阮家玉RUAN Jia-yu；甄枝千ZHEN Zhi-qian；李飛LⅠFei

（山東英才學(xué)院工學(xué)院，濟(jì)南 250104）

0 引言

隨著我國(guó)母嬰用品的不斷發(fā)展，母嬰產(chǎn)品的類別也越來(lái)越多。多數(shù)家庭對(duì)嬰兒車(chē)的追求慢慢偏向更舒適、更安全，所以防盜也成為了母嬰市場(chǎng)關(guān)注的熱點(diǎn)。然而，目前市面上大部分的防盜系統(tǒng)功能過(guò)于單一，只能簡(jiǎn)單地預(yù)防盜竊，在真的遇到盜竊事件后也只能報(bào)警處理。如若采用這樣的防盜系統(tǒng)，對(duì)嬰兒的安全不利，對(duì)嬰兒車(chē)的使用也是不安全的。由于錯(cuò)過(guò)了最佳的找尋時(shí)間，如果丟失了，需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能找回被盜的嬰兒車(chē)。目前這種效率低下且過(guò)于簡(jiǎn)單的防盜系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法滿足人們對(duì)防盜系統(tǒng)的需求。

近年來(lái)，不管是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外市場(chǎng)，智能嬰兒車(chē)在母嬰市場(chǎng)扮演著十分重要的角色，影響著母嬰產(chǎn)品整體行業(yè)的發(fā)展。國(guó)內(nèi)的智能嬰兒車(chē)也在創(chuàng)新方面逐步突破，智能嬰兒車(chē)產(chǎn)品迅速成熟，通過(guò)產(chǎn)品的不斷升級(jí)和更新?lián)Q代，實(shí)現(xiàn)由價(jià)格到價(jià)值的轉(zhuǎn)變。如國(guó)內(nèi)近來(lái)迅速發(fā)展的“I.believe”研發(fā)的智能嬰兒車(chē)，嵌入了B-Touch 智能剎車(chē)系統(tǒng)，內(nèi)置了人手感應(yīng)芯片及微動(dòng)觸發(fā)開(kāi)關(guān)，設(shè)計(jì)了移動(dòng)音樂(lè)廳，可播放音樂(lè)和童話故事等等，豐富了寶寶生活。但針對(duì)嬰兒車(chē)防盜的系統(tǒng)目前比較缺乏，所以本設(shè)計(jì)著重關(guān)注嬰兒車(chē)防盜系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)利用RFID 的無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能的防盜防丟失系統(tǒng)?；赗FID 的嬰兒車(chē)防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)推翻傳統(tǒng)防盜系統(tǒng)局限性，讓人們可以在任何有網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方使用該防盜系統(tǒng)，也能夠讓人們?cè)趮雰很?chē)被盜時(shí)做出及時(shí)處理，實(shí)時(shí)保障了嬰兒及嬰兒車(chē)的安全。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)的基于RFID 的嬰兒車(chē)防盜系統(tǒng)運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的研究，經(jīng)典的物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要分為三部分：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。感知層：運(yùn)用震動(dòng)傳感器和RFID 的識(shí)別讀取數(shù)據(jù)，由主控芯片進(jìn)行識(shí)別篩選信息，做出反饋或傳回?cái)?shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)層：使用GPRS 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊傳回?cái)?shù)據(jù)。應(yīng)用層：使用百度地圖API 將接收到的經(jīng)緯度轉(zhuǎn)化為實(shí)時(shí)坐標(biāo)，利用第三方APP 實(shí)時(shí)查看嬰兒車(chē)的數(shù)據(jù)及位置。具有三重防盜系統(tǒng)：第一重防盜，以電控鎖的方式從根本上防盜；第二重防盜，通過(guò)震動(dòng)傳感器感應(yīng)預(yù)警防盜；第三重防盜：通過(guò)定位系統(tǒng)追回被盜嬰兒車(chē)。系統(tǒng)框圖如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)總框架圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)將STM32-F103C8T6 作為主控模塊，控制其他模塊的通信與工作，STM32-F103C8T6 使用高性能ARMRCortexTM-M3 的RISC 內(nèi)核，內(nèi)置高速存儲(chǔ)器，工作頻率為72MHz。整個(gè)系統(tǒng)的供電電壓為2.0V 至3.6V，溫度范圍在-40°C 至+85°C；電控鎖防盜使用3V 輸入通電瞬間開(kāi)鎖，設(shè)計(jì)荷載條件下，使用壽命大于20 萬(wàn)次；震動(dòng)傳感器使用無(wú)方向性震動(dòng)感應(yīng)觸發(fā)開(kāi)關(guān)，任何角度均可觸發(fā)，震動(dòng)報(bào)警作用范圍在10 米左右；GPRS 定位模塊精度為1 至3 米，刷新頻率為15 秒。

2.1 射頻識(shí)別模塊

使用M4255 -HA 作為讀寫(xiě)器， 支持協(xié)議為ISO14443A，工作頻率：13.56MHZ，工作電壓為3.3V，標(biāo)準(zhǔn)白卡的讀寫(xiě)距離可達(dá)6cm，工作模式有命令模式、自動(dòng)讀卡號(hào)、自動(dòng)讀塊數(shù)據(jù)、自動(dòng)讀卡號(hào)與塊數(shù)據(jù)。主要功能：讀卡號(hào)，讀寫(xiě)扇區(qū)數(shù)據(jù)塊，扇區(qū)加密，增減值等。支持兩路IO輸出，可以命令控制IO 設(shè)備，IO 輸出電平為3.3V。

M4255-HA 模塊與單片機(jī)直接連接采用UARTTT 接口，模塊的TXD 引腳接單片機(jī)的RXD 引腳，模塊的RXD引腳接單片機(jī)的TXD 引腳，GND 與單片機(jī)的GND 相連形成共地，另外模塊還需供電，VCC 引腳為模塊供電引腳電源正極。

2.2 震動(dòng)傳感器模塊

SW-1801P 是一個(gè)密封彈簧型、無(wú)方向性震動(dòng)感應(yīng)的觸發(fā)開(kāi)關(guān)，任何角度的偏移都可以觸發(fā)；開(kāi)關(guān)在靜止時(shí)為開(kāi)路狀態(tài)，當(dāng)移動(dòng)速度達(dá)到適當(dāng)離心力時(shí)，或受到外力碰觸而達(dá)到相應(yīng)震動(dòng)力時(shí)，導(dǎo)電接腳會(huì)產(chǎn)生瞬間導(dǎo)通呈ON狀態(tài)；當(dāng)外力消失時(shí)，開(kāi)關(guān)恢復(fù)為開(kāi)路狀態(tài)，SW-1801P 適用于小電流控制電路的觸發(fā)。

2.3 電控鎖模塊

電控鎖結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。

圖2 電控鎖結(jié)構(gòu)圖

2.4 GPRS 定位模塊

本設(shè)計(jì)使用游園公司的GPRS 定位模塊，此模塊使用MTK2503 主控，運(yùn)算速度快，功耗低，定位穩(wěn)。并且具有遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)機(jī)的功能。

2.5 聲音報(bào)警模塊電路設(shè)計(jì)

蜂鳴片也叫壓電陶瓷蜂鳴片，是壓電陶瓷中應(yīng)用最廣的產(chǎn)品之一。有源自激型蜂鳴器的工作發(fā)聲原理是：直流電源輸入經(jīng)過(guò)振蕩系統(tǒng)的放大取樣電路在諧振裝置作用下產(chǎn)生聲音信號(hào)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)總程序流程

本次設(shè)計(jì)選擇使用Keil5 軟件作為軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的搭建環(huán)境。本次嬰兒車(chē)防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為四個(gè)小模塊，同樣的軟件設(shè)計(jì)也可以進(jìn)行模塊化的編寫(xiě)。將軟件設(shè)計(jì)模塊化不僅有利于軟件系統(tǒng)的維護(hù)和修改，還可以增加系統(tǒng)的運(yùn)行流暢度和可讀性。把一個(gè)原本復(fù)雜的程序劃分為一個(gè)個(gè)簡(jiǎn)單功能的集合子程序模塊，對(duì)整體而言是一種合理的編譯方法。

在軟件系統(tǒng)的邏輯設(shè)計(jì)之前，需要根據(jù)硬件的模塊和硬件的型號(hào)去編寫(xiě)，讓實(shí)際的硬件電路根據(jù)系統(tǒng)的程序運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)分為射頻識(shí)別模塊、智能電控鎖模塊、震動(dòng)傳感器模塊、聲音報(bào)警模塊4 個(gè)模塊，令系統(tǒng)的編程模塊化不僅提高了系統(tǒng)的可靠性和可讀性也有利于程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試，將一個(gè)多功能復(fù)雜的程序劃分為多個(gè)簡(jiǎn)單、功能單一的小程序模塊，又將小模塊串聯(lián)起來(lái)形成一個(gè)大系統(tǒng)，在編譯成功之后可以生成一個(gè)后綴名為”.hex”的文件，再用STM32 ST-LINK Utility 軟件將編譯好的程序燒錄入主控芯片內(nèi)，在系統(tǒng)上電成功后即可完成相對(duì)應(yīng)的功能。系統(tǒng)總程序流程圖如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)總程序流程圖

3.2 射頻識(shí)別模塊

射頻識(shí)別模塊（M4255-HA）在運(yùn)行初需要等待系統(tǒng)穩(wěn)定，然后接通RFID、打開(kāi)射頻天線電路、打開(kāi)防碰撞（防止識(shí)別多卡，無(wú)法讀卡），然后進(jìn)行尋卡操作，在選定卡片的時(shí)候讀取卡片的信息，并且匹配讀取的IC 卡信息。如果信息匹配則向主控模塊發(fā)送“1”，若信息不匹配則發(fā)送“0”。

3.3 震動(dòng)傳感器模塊

震動(dòng)傳感模塊在系統(tǒng)穩(wěn)定之后就打開(kāi)，如果數(shù)值超過(guò)偏移量就報(bào)警。開(kāi)關(guān)在靜止時(shí)為開(kāi)路狀態(tài)，當(dāng)移動(dòng)速度達(dá)到適當(dāng)離心力時(shí)，或受到外力碰觸而達(dá)到相應(yīng)震動(dòng)力時(shí)，導(dǎo)電接腳會(huì)產(chǎn)生瞬間導(dǎo)通呈ON 狀態(tài)；當(dāng)外力消失時(shí)，開(kāi)關(guān)恢復(fù)為開(kāi)路狀態(tài)，適用于小電流控制電路的觸發(fā)。若RFID匹配成功，則打開(kāi)電控鎖，同時(shí)關(guān)閉震動(dòng)傳感器報(bào)警系統(tǒng)。

3.4 智能電控鎖模塊

智能電控鎖模塊只要通電就可以打開(kāi)，所以在系統(tǒng)穩(wěn)定之后只要RFID 讀取IC 卡的信息匹配成功，就會(huì)向主控芯片發(fā)送1。在主控芯片讀到信息之后給電控鎖模塊供電2 秒，打開(kāi)電控鎖后斷開(kāi)供電。

3.5 聲音報(bào)警模塊

聲音報(bào)警模塊會(huì)因讀卡錯(cuò)誤或震動(dòng)傳感器模塊觸發(fā)，在打開(kāi)震動(dòng)傳感器的時(shí)候就在等待命令，若觸發(fā)震動(dòng)傳感器，則聲音報(bào)警模塊也會(huì)觸發(fā)。在關(guān)閉震動(dòng)傳感器模塊的同時(shí)也會(huì)徹底關(guān)閉聲音報(bào)警模塊。其次，聲音報(bào)警模塊在讀取IC 卡不匹配時(shí)也會(huì)觸發(fā)。

4 系統(tǒng)測(cè)試與調(diào)整

4.1 第一重防盜系統(tǒng)測(cè)試

當(dāng)讀寫(xiě)器識(shí)別IC 卡的信息與庫(kù)信息相匹配時(shí)，STM32 芯片將控制電控鎖打開(kāi)，反之則不打開(kāi)。測(cè)試結(jié)果如圖4 所示。

圖4 第一、二重防盜測(cè)試

4.2 第二重防盜系統(tǒng)測(cè)試

若沒(méi)有打開(kāi)電子鎖，則在晃動(dòng)或移動(dòng)?jì)雰很?chē)時(shí)會(huì)觸發(fā)震動(dòng)傳感器模塊（SW-1801P）并且觸發(fā)聲音報(bào)警器，以警示的方式防止盜竊。測(cè)試結(jié)果如圖4 所示。

4.3 第三重防盜系統(tǒng)測(cè)試

當(dāng)嬰兒車(chē)被盜竊后，可以打開(kāi)嬰兒車(chē)定位APP?？梢杂^察嬰兒車(chē)的運(yùn)動(dòng)蹤跡及實(shí)時(shí)定位（定位刷新頻率為15s）。第三重防盜測(cè)試結(jié)果如圖5 所示。

圖5 第三重防盜測(cè)試

5 結(jié)語(yǔ)

本產(chǎn)品對(duì)比市面上傳統(tǒng)的防盜系統(tǒng)，其使用RFID 射頻識(shí)別技術(shù)、GPRS 技術(shù)、震動(dòng)感應(yīng)技術(shù)等，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于RFID 的智能防盜系統(tǒng)。本產(chǎn)品是一個(gè)操作使用簡(jiǎn)單，安全性高、響應(yīng)迅速的防盜系統(tǒng)，它不僅擁有傳統(tǒng)防盜系統(tǒng)所沒(méi)有的唯一、不可復(fù)制性，高實(shí)時(shí)性，也更具有靈活性，適用于多種防盜場(chǎng)景。該系統(tǒng)將被動(dòng)防盜轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)時(shí)主動(dòng)監(jiān)控防盜，可以實(shí)時(shí)有效地保護(hù)嬰兒及嬰兒車(chē)的安全，其市場(chǎng)的應(yīng)用價(jià)值及潛在價(jià)值很大。