一種基于SAWRFID信號閱讀器的行李防盜器設計＊

徐超

（安徽理工大學力學與光電物理學院，安徽 淮南 232001）

隨著社會的快速發展，人們的生活水平有了很大的提升，其重要表現之一就是旅客的增多，但目前旅客通常沒有合適的行李防盜器用來防盜，有的也只是適用于機場和火車站等場所的大型行李防盜系統，并不適用于普通旅客。據此，本文基于SAWRFID信號閱讀器設計了一種價格適宜、便于攜帶的行李防盜器。

1 防盜器的總體設計

防盜器以SAWRFID信號閱讀器為主體，SAWRFID信號閱讀器雖然比較簡單只是一個無線系統，但是該系統可以滿足行李防盜器的需求。系統由一個詢問器（或閱讀器）和多個應答器（或標簽）構成。SAWRFID的工作原理比較簡單，當行李離開旅客超過2 m后感應器就會發出相應的信號，SAWRFID信號閱讀器在接收信號后，由接收解讀器發出與其相對應的射頻信號，然后解讀器會接收該射頻信號，之后讀取信息并解碼，最后將解碼送到中央信息系統進行對應的數據處理以便該防盜器正常工作。

本設計的總體思路如下：防盜器包括與行李相連接的SAWRFID信號閱讀器和帶有報警功能和GSM（Global System for Mobile Communications，全球移動通信系統）功能的接收器。SAWRFID信號閱讀器包括信號發射接收轉換電路、發射電路、主控處理電路、數字采集電路、儲存電路、放大電路和報警器。

主控處理電路通過數字采集電路與儲存電路電連接，通過放大電路與報警器電連接，還通過發射電路與信號發射接收轉換電路電連接。主控處理電路通過傳輸電路與信號傳輸、接收和轉換電路電連接，確保接收器能夠將射頻發送給SAWRFID信號閱讀器，并接收SAWRFID信號閱讀器響應的射頻。正常情況下，接收器與SAWRFID信號閱讀器的響應距離保持在2 m以內。然而，當行李被盜時，SAWRFID信號閱讀器會被儲存在行李中。當SAWRFID信號閱讀器與接收器之間的距離大于SAWRFID信號閱讀器的響應距離時，主控處理電路通過放大電路驅動報警器和GSM模塊提醒乘客行李被盜，最大響應距離的設置存儲在存儲電路中，存儲電路通過數字采集電路與主控處理電路電連接。SAWRFID信號閱讀器與接收器匹配對應，接收器設定了2 m的響應距離，采用感應器與隨身物品連接的方式，一旦行李離開接收器超過響應距離，接收器會啟動報警功能并且向用戶手機發送短信，從而達到防盜報警的效果。圖1為防盜器的總體設計框架，由SAWRFID信號閱讀器控制、報警模塊、GSM模塊等組成。

圖1 防盜器的總體設計框架

2 閱讀器的設計

合理地選用感應器對于本設計的意義重大，市場上許多感應器的出錯率和精準度不足，不能完全滿足本設計的要求。通過實驗分析，本設計采用SAWRFID感應器。

圖2為該閱讀器的功能框圖，閱讀器采用模塊化設計，最基本的單元為射頻電路與信號處理電路[1]。由發射電路、接收電路、信號處理電路共同組成的射頻系統配合由信號處理單元與外圍電路共同運轉的信號處理電路工作，該SAWRFID信號閱讀器所設計的SAWRFID信號閱讀器能接收到50 ns左右的脈沖詢問信號，并且所有的脈沖回波的延遲時間為110 ns左右。

圖2 閱讀器的功能框圖

如果行李在旅客身邊，防盜器處于待機狀態，當SAWRFID信號閱讀器和感應器的距離大于2 m后讀取器開始工作，信號處理電路產生脈沖控制信號，脈寬為50 ns，發送給發射電路。發射電路經過特定的調制將該脈沖控制信號轉換成脈寬為50 ns、載頻為920 MHz的射頻詢問信號，再發射給SAWRFID信號閱讀器，SAWRFID信號閱讀器將射頻回波信號與標簽信息反射回來。讀取器在接收時，通過接收電路處理，解調代表標簽信息的回波包絡信號。當開關閉合時，在正常情況下，接收器與SAWRFID信號閱讀器之間保持2 m內的響應距離，但當行李被盜時，SAWRFID信號閱讀器與行李連接，SAWRFID信號閱讀器與接收器的距離大于SAWRFID信號閱讀器的響應距離，主控處理電路通過放大電路驅動報警器和GSM模塊工作，提醒旅客隨身物品被盜，而最大響應距離的設定需在儲存電路中，存儲電路通過數字采集電路與主控處理電路電連接。

使用時，SAWRFID信號閱讀器和接收器匹配使用，接收器由旅客隨身攜帶，SAWRFID信號閱讀器則與行李連接。接收器中，主控處理電路通過發射電路與信號發射接收轉換電路電連接保證了接收器能夠穩定發射無線電頻率至SAWRFID信號閱讀器，同時接收感應器應答的無線電頻率，最大響應距離設定存儲在儲存電路中，儲存電路通過數字采集電路與主控處理電路電連接，主控處理電路讀取存儲在儲存電路中的最大響應距離。

在旅客正常使用行李的情況下，SAWRFID信號閱讀器與接收器之間保持正常的響應距離，但當行李被盜時，由于SAWRFID信號閱讀器與行李連接，所以感應器與接收器的距離一旦大于SAWRFID信號閱讀器的最大響應距離，主控處理電路即通過放大電路驅動報警器工作，報警器振動并發出聲響提醒旅客隨身物品被盜。當開關打開時，接收器與感應器的距離大于SAWRFID信號閱讀器的最大響應距離時，電路也不會工作。信號處理電路主要負責閱讀器的系統控制和信號處理任務，包括工作時，控制射頻開關截取40 ns脈沖信號，然后對射頻接收電路會開始采集數字，將上述信號轉換為標簽編碼數據再繼續進一步處理。回波信號每個脈沖的脈寬為50 ns，每個脈沖信號的延時時間為120 ns，帶寬為1/40 ns=25 MHz。

接收和處理過程是一個高速的數據采集過程，根據分析指標要求，信號處理電路設計要點如下：①產生高速控制信號，控制發射端射頻開關在40 ns內開、關；②控制模擬信號到數字信號的轉換速度；③工作時，采樣速率非常快，信號處理器收集數據的速度務必與模擬數字轉換器的工作速度相適應。

3 報警器的設計

報警器為蜂鳴器，蜂鳴器一般分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器，本文采用的蜂鳴器為電磁式蜂鳴器。電磁式蜂鳴器在接通電源后，音頻信號由振蕩器產生，隨后電流通過電磁線圈，使電磁線圈產生磁場，振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發聲。電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器等組成，多振器由電磁蜂鳴器驅動。蜂鳴器工作時需要電流穿過電磁線圈，然后由線圈產生的磁場使膜振動發聲，因此，需要一定的電流來驅動它。該蜂鳴器采用COMS數字集成邏輯控制芯片[2]，由紐扣電池為內部設計的二次穩壓電路供電，同時設計了濾波抗干擾電路、抗極性反接保護電路和音頻振蕩電路。輸入功率信號后，提高控制電路電壓，放大功率后，蜂鳴器葉片振動輸出蜂鳴聲。聲壓振動信號通過回聲室，聲波經過多次折射后，聲振蕩信號回波增強，通過上部殼體的聲孔輸出更強、更大的聲壓，這樣更有利于旅客在嘈雜的環境中快速發現行李丟失。該蜂鳴器體積?。é?8 mm×38 mm）、質量輕（40 g左右），而且結構不僅緊湊還易安裝，聲壓大（120 dB），各方面都符合該防盜器的需求。

4 GSM模塊的設計

GSM模塊的選擇對本文的意義重大，在中國可使用的GSM種類有很多。雖然市場上可以執行遠程通信的功能的GSM模塊比較普遍，而且這些GSM模塊使用及原理的差距并不大，并且都擁有符合國家規格的命令接口。但相比之下，BENQ M22更可靠，而且價格也不高，所以BENQ M22對該防盜器來說性價比最高，質量也相對于其他GSM模塊更好。因此本設計選用BENQ M22模塊，BENQ M22是BENQ推出的一款內置TCP/IP over PPP模塊。該模塊是針對不同領域對GSM的需求推出的，它的設計巧妙，滿足許多領域對GSM的需求。該GSM模塊設計符合該防盜器的要求，具體表現在該模塊設計緊湊，能滿足小型產品用戶的使用需求。經測試，BENQ M22模塊符合該防盜器的需求，并且支持TCP/IP協議，能通過CSD和GPRS這2種方式實現上網功能。但BENQ M22模塊必須與合適的外圍電路相配合才能正常運行，外圍電路包括電源電路、數據通信電路、啟動電路和SIM卡接口電路等[3]。在設計結構上，用槽代替扁線，可以放置在空中而不占用PCB面積。在它下面可以放置SIM卡槽、其他芯片和電路。通過AT指令完成GPRS撥號、PPP連接、TCP/IP應用，使用方便。雖然TCP/IP的功能有限，但它只能實現標準的TCP/UDP通信。雖然只能作為客戶端使用，不支持監聽，不能作為服務器使用，但即使可以提供監聽功能模塊，在大多數GPRS環境下也無法使用。因為通常情況下，中國移動為GPRS終端用戶分配的IP地址并不是Internet上的公網IP，而是通過NAT訪問Internet的移動內網地址，這樣一來，公網IP用戶就無法連接到移動內網IP。如果使用一些DTU，甚至不需要編寫短信識別程序。一般情況下，DTU自帶SMS連接GPRS功能，僅僅只需要簡單設置幾個參數，所以適用于該防盜器。

GSM模塊的程序設計是通過程序的觸發，將SAWRFID傳感器中預先編輯好的報警信息發送到用戶的手機上，同時接收用戶的反饋信息。短消息的編碼方式采用的是ETSI制定的短消息發送協議[4]。本文采用串口線將SAWRFID信號閱讀器與GSM通信模塊連接，短信編碼由短信中心號碼+被叫號碼+短信內容3部分完成。發送短信的過程如下：SAWRFID信號閱讀器首先需要通過AT命令與BENQ M22進行連接，然后根據相應的編碼格式將相應的短信內容視為編碼，再根據短信內容進行編碼，將數據轉換成SMS發送出去。要接收信息首先要建立SAWRFID信號閱讀與BENQ M22的連接，然后將接收到的代碼轉換成相應的短信發送到所設置的手機號碼，這樣既能及時提醒旅客注意自己的行李安全又不會過于頻繁地觸發。

5 結束語

為防止物品被盜，很多廠家設計了各種防盜報警裝置。但是絕大多數廠家所設計的防盜報警裝置主要由感應模塊和控制報警模塊組成。當控制告警模塊通過感應模塊檢測到對象異常時，控制告警模塊發出告警信號。他們所設計的防盜報警裝置的感應模塊通常通過電線與控制報警模塊電連接，感應模塊的安裝、使用或移動不便，限制了防盜報警裝置的應用。而且感應模塊采用壓力感應探頭等，體積較大，不利于行李等個人物品的應用，特別是在旅客旅游途中。故本文主要針對行李被盜問題設計了一種基于SAWRFID感應器的簡易行李防盜器，本設計小巧且易攜帶、響應距離適中、觸發準確及時，既兼顧了報警的需求，又兼顧了實用性。該防盜裝置是根據實際需要開發和實現的，可以更安全、高效地提高人們的旅途質量。

（編輯：丁琳）