基于RFID與GSM技術(shù)的煙酒防偽裝置設(shè)計(jì)

 在市場經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，為了滿足消費(fèi)者的不同需求，產(chǎn)品種類越來越多，但假冒偽劣產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，嚴(yán)重?fù)p害了正當(dāng)市場競爭以及消費(fèi)者利益，尤其是高端煙酒行業(yè)，大量的假冒偽劣產(chǎn)品～直充斥著市場。

傳統(tǒng)的防偽技術(shù)主要有包裝防偽和電子防偽。目前，煙酒類市場因?yàn)榧夹g(shù)的非獨(dú)占性，導(dǎo)致消費(fèi)者識別困難而不能很好的發(fā)揮作用，給假冒偽劣產(chǎn)品創(chuàng)造了很大的生存空間。

本文將當(dāng)前迅速發(fā)展并應(yīng)用越來越成熟的射頻識別技術(shù)(RFID，俗稱電子標(biāo)簽)與GSM技術(shù)，成功的應(yīng)用到煙酒業(yè)的防偽，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的防偽裝置，實(shí)現(xiàn)了對產(chǎn)品的真正防偽的目的。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電子標(biāo)簽中存放了商品ID、生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)地、生產(chǎn)日期、產(chǎn)品批號、產(chǎn)品價(jià)格、打折情況等信息，通過研制的防偽裝置讀取內(nèi)置在煙酒中的電子標(biāo)簽信息，如果能夠成功讀取，則說明該產(chǎn)品不是假冒產(chǎn)品，并將電子標(biāo)簽中的有效煙酒信息清0，防止被二次非法使用。為了做到真正防偽，利用GSM將讀取到的該商品信息發(fā)送給廠家，廠家收到信息經(jīng)確認(rèn)后回復(fù)產(chǎn)品是否偽劣。系統(tǒng)模型如圖1所示。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

以經(jīng)濟(jì)夠用為原則，采用C8051F340作為主控制器，該芯片功耗低、性能強(qiáng)，完全滿足設(shè)計(jì)需求。RFID讀寫器模塊選用國民技術(shù)公司開發(fā)的NZRM710模塊，其工作電壓為3.3～5 V，有效讀取標(biāo)簽距離可以達(dá)到6 m。GSM模塊選用SIM300利用ZIF連接器外接SIM卡，CPU通過發(fā)送AT指令與SIM300進(jìn)行通信，利用串口進(jìn)行調(diào)試。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)有4個(gè)方面，分別是電子標(biāo)簽設(shè)計(jì)、電源設(shè)計(jì)、顯示器模塊設(shè)計(jì)及GSM通信技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。

2.1 電子標(biāo)簽設(shè)計(jì)

電子標(biāo)簽采用國民技術(shù)公司的通用電子標(biāo)簽，標(biāo)簽的尺寸、天線的材質(zhì)和標(biāo)簽印刷的LOGO均可按用戶的要求定制，完全滿足標(biāo)簽內(nèi)置產(chǎn)品包裝的設(shè)計(jì)需求。標(biāo)簽芯片采用

Nz2201，工作頻率為840～960 MHz，存儲容量為192bit/512bit，最大讀取距離可達(dá)8米，可在-25～85℃范圍內(nèi)穩(wěn)定工作，存儲器擦寫次數(shù)高達(dá)10萬次，支持EPC C1G2/ISO 1800—6C協(xié)議。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，課題組給每個(gè)標(biāo)簽設(shè)置唯一的ID號，即產(chǎn)品的身份識別號。電子標(biāo)簽在接收到有效的讀取命令后會利用RFID技術(shù)自動給防偽裝置發(fā)送存儲器內(nèi)部存儲的產(chǎn)品信息，安全可靠。

根據(jù)NZRM710通信協(xié)議，結(jié)合本項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)際需求，設(shè)計(jì)向電子標(biāo)簽寫數(shù)據(jù)通信協(xié)議如表1所示，讀電子標(biāo)簽通信協(xié)議如表2所示。

表1中，幀頭為0x7E 0x81，幀長度為此命令幀的實(shí)際長度，幀類型為0x86，訪問密碼為4個(gè)字節(jié)長度，MB為信息存放的Bank區(qū)，SA為信息存放的起始地址，DL為寫入的商品信息的長度，商品信息包含了商品ID號、生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)地、生產(chǎn)日期、產(chǎn)品批號、產(chǎn)品價(jià)格、打折情況，校驗(yàn)碼為1個(gè)字節(jié)長度，幀尾為0x0D 0x0A。

表2中，幀頭為0x7E 0x81，幀長度為此命令幀的實(shí)際長度，幀類型為0x84，訪問密碼、MB、SA、DL以及校驗(yàn)碼與表1與表1中設(shè)置一致，幀尾為0x0D 0x0A。

當(dāng)防偽裝置發(fā)送的讀數(shù)據(jù)幀命令中的訪問密碼及校驗(yàn)碼與表1設(shè)置的不一致時(shí)，讀取標(biāo)簽信息會失敗，以此充分保證了系統(tǒng)使用的安全性。

2.2 電源設(shè)計(jì)

電源的合理設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵，在對功耗控制有很高要求的手持設(shè)備中顯得尤為重要。本系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)分為2部分，分別是電池充電電路設(shè)計(jì)與系統(tǒng)工作電源設(shè)計(jì)。

采用3.7 V鋰電池作為系統(tǒng)儲能部件，鋰電池通過USB充電。選用TLC4065作為鋰電池充電控制器。TLC4065是一款專門為在USB電源規(guī)范內(nèi)工作而設(shè)計(jì)的，用于單節(jié)鋰離子電池的完整恒定電流/恒定電壓線性充電器，尤其適合便攜式應(yīng)用。當(dāng)充電電流降至其設(shè)定值的10%時(shí)，引腳將發(fā)出指示信號，內(nèi)部定時(shí)器根據(jù)電池商提供的產(chǎn)品規(guī)格來終止充電操作。PROG引腳為充電電流設(shè)置與監(jiān)視引腳。設(shè)計(jì)時(shí)，將單片機(jī)P1.1引腳設(shè)置為AD采樣電池電量的輸入通道，可以將電池的儲電情況實(shí)時(shí)在顯示器上顯示，以便用戶及時(shí)充電。P2.3引腳設(shè)置為AD采樣充電電流的輸入通道，可以實(shí)時(shí)獲取電池充電情況，并在顯示器上顯示，方便用戶對電池充電。硬件設(shè)計(jì)如圖2所示。其中VCC5V是USB電壓，VCC3.7 V是鋰電池輸出電壓。

在鋰電池輸出的3.7 V電壓的基礎(chǔ)上，用兩片TPS7A7001分別產(chǎn)生3.3 V與5 V的兩路電壓，3.3 V作為單片機(jī)系統(tǒng)工作電源，5 V作為NZRM710工作電源。電路原理圖如圖3所示。TPS7A7001是一款高性能的LD0穩(wěn)壓器，設(shè)計(jì)有使能引腳，方便的關(guān)斷模式下進(jìn)一步減少功率耗散。單片機(jī)的P0.6與該引腳相連，在系統(tǒng)開啟之后，如果連續(xù)3次都沒有檢測到有效的標(biāo)簽信息，則通過程序控制P0.6自動關(guān)閉系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)充分節(jié)能目的。

2.3 顯示器模塊設(shè)計(jì)

顯示器是專門定制的，需要顯示“測試”、“成功”、“失敗”、“打折”以及電池圖形等信息。

由于單片機(jī)I/O口無法直接驅(qū)動顯示器，需要設(shè)計(jì)驅(qū)動電路。本系統(tǒng)采用段式LCD驅(qū)動器CP2400作為驅(qū)動芯片，該芯片可以支持多達(dá)128段的LCD，支持低功耗閃爍功能，可在1.8～3.3 V低電壓下穩(wěn)定工作。CP2400與單片機(jī)通過SPI總線通信。CP2400與單片機(jī)及顯示器的接口電路設(shè)計(jì)如圖4所示。

2.4 SMS通信技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

本項(xiàng)目中，GSM技術(shù)實(shí)現(xiàn)需要設(shè)計(jì)3個(gè)程序，分別是GSM網(wǎng)絡(luò)注冊程序設(shè)計(jì)、單片機(jī)識別并處理GSM模塊接收來自廠商短信的程序設(shè)計(jì)、GSM模塊向廠商發(fā)送信息程序設(shè)計(jì)。限于篇幅，筆者主要討論利用GSM模塊接收和發(fā)送信息。

2.4.1 GSM發(fā)送信息

首先需要將預(yù)接收短信的號碼進(jìn)行16進(jìn)制編碼。編碼的方法是在號碼后面加F，然后將相鄰奇偶位換位即可。

其次是對欲發(fā)送的信息內(nèi)容進(jìn)行編碼。采用“漢字/Unicode互換工具”進(jìn)行編碼，操作方便，只需要在該軟件“雙字節(jié)漢字”欄中填入如要編碼的漢字，然后點(diǎn)擊“漢字轉(zhuǎn)

Unicode”，在“Unicode碼”這一欄中會自動顯示轉(zhuǎn)化后的16進(jìn)制Unicode碼。

再次是進(jìn)行PDU格式編碼。PDU編碼格式為001100(前序)+0D(目的號碼長度)+91(中國地區(qū)接入碼)+86(國際接入碼)+目的手機(jī)號碼+0008(發(fā)送方式為8bit)+A7(信息保存時(shí)間)+信息長度+短信內(nèi)容(Unicode)。

GSM發(fā)送信息軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖5所示。

2.4.2 GSM接收信息

GSM模塊在接收到AT指令及廠商發(fā)來的確認(rèn)短信時(shí)均會通過串口向單片機(jī)發(fā)送反饋信息，在程序設(shè)計(jì)時(shí)定義數(shù)組gsm_data[]來接收來自GSM的反饋信息。其中，在收到短信的反饋信息中會包含“+CMGS”字符，通過調(diào)用strstr(gsm_data，“+CMTI：”)函數(shù)即可識別GSM是否接收到短信。然后向GSM發(fā)送讀取短信的AT指令A(yù)T+CMGR=1，gsm_data[]即可接收短信內(nèi)容。

3 系統(tǒng)整體軟件設(shè)計(jì)

當(dāng)按下防偽裝置的電源按鍵后，單片機(jī)首先檢測當(dāng)前電池電量，并在顯示器上顯示，如果電亮不足，會自動關(guān)機(jī)，然后開始利用串口向NZRM710模塊發(fā)送讀標(biāo)簽命令，NZRM 710會利用RFID技術(shù)將命令傳送給電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽校對命令數(shù)據(jù)幀中的訪問密碼、校驗(yàn)碼來確定讀標(biāo)簽命令是否合法，如合法，則自動將標(biāo)簽內(nèi)部存儲的商品信息發(fā)送給NZRM 710，NZRM710再通過串口將采集到的數(shù)據(jù)交給單片機(jī)處理，在單片機(jī)的控制下，將商品信息在顯示器上予以顯示，利用GSM模塊向廠商發(fā)送商品信息，收到商家的反饋信息后在顯示器上顯示，同時(shí)通過NZRM710將電子標(biāo)簽信息清0。為了節(jié)能，在連續(xù)3次檢測標(biāo)簽失敗后，系統(tǒng)會自動關(guān)機(jī)。軟件實(shí)現(xiàn)流程圖如圖6所示。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，功耗較低，完全滿足手持設(shè)備的功耗要求。表3列出了系統(tǒng)待機(jī)測試的電流值以及筆者在每間隔1分鐘情況下連續(xù)測得的系統(tǒng)工作電流值，電流單位為mA。

5 結(jié)束語

針對假冒偽劣煙酒擾亂市場，給廠家和消費(fèi)者帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失，設(shè)計(jì)了一款基于GPRS與GSM技術(shù)的防偽裝置，電子標(biāo)簽可回收使用，設(shè)計(jì)成本低，實(shí)驗(yàn)證明該方案可行性高，運(yùn)營成本低具有很好的應(yīng)用前景。