基于RFID與GSM技術的煙酒防偽裝置設計

在市場經(jīng)濟飛速發(fā)展的今天，為了滿足消費者的不同需求，產(chǎn)品種類越來越多，但假冒偽劣產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，嚴重損害了正當市場競爭以及消費者利益，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)的防偽技術主要有包裝防偽和電子防偽。目前，煙酒類市場因為技術的非獨占性，導致消費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。

本文將當前迅速發(fā)展并應用越來越成熟的射頻識別技術(RFID，俗稱電子標簽)與GSM技術，成功的應用到煙酒業(yè)的防偽，設計了相應的防偽裝置，實現(xiàn)了對產(chǎn)品的真正防偽的目的。

1 系統(tǒng)設計

電子標簽中存放了商品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)確認后回復產(chǎn)品是否偽劣。系統(tǒng)模型如圖1所示。

2 系統(tǒng)設計關鍵技術

以經(jīng)濟夠用為原則，采用C8051F340作為主控制器，該芯片功耗低、性能強，完全滿足設計需求。RFID讀寫器模塊選用國民技術公司開發(fā)的NZRM710模塊，其工作電壓為3.3～5 V，有效讀取標簽距離可以達到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進行通信，利用串口進行調(diào)試。

本系統(tǒng)設計關鍵技術有4個方面，分別是電子標簽設計、電源設計、顯示器模塊設計及GSM通信技術的實現(xiàn)。

2.1 電子標簽設計

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

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10萬次，支持EPC C1G2/ISO 1800—6C協(xié)議。在項目設計時，課題組給每個標簽設置唯一的ID號，即產(chǎn)品的身份識別號。電子標簽在接收到有效的讀取命令后會利用RFID技術自動給防偽裝置發(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)合本項目設計實際需求，設計向電子標簽寫數(shù)據(jù)通信協(xié)議如表1所示，讀電子標簽通信協(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際長度，幀類型為0x86，訪問密碼為4個字節(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)品價格、打折情況，校驗碼為1個字節(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際長度，幀類型為0x84，訪問密碼、MB、SA、DL以及校驗碼與表1與表1中設置一致，幀尾為0x0D 0x0A。

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

2.2 電源設計

電源的合理設計十分關鍵，在對功耗控制有很高要求的手持設備中顯得尤為重要。本系統(tǒng)電源設計分為2部分，分別是電池充電電路設計與系統(tǒng)工作電源設計。

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)工作而設計的，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，尤其適合便攜式應用。當充電電流降至其設定值的10%時，引腳將發(fā)出指示信號，內(nèi)部定時器根據(jù)電池商提供的產(chǎn)品規(guī)格來終止充電操作。PROG引腳為充電電流設置與監(jiān)視引腳。設計時，將單片機P1.1引腳設置為AD采樣電池電量的輸入通道，可以將電池的儲電情況實時在顯示器上顯示，以便用戶及時充電。P2.3引腳設置為AD采樣充電電流的輸入通道，可以實時獲取電池充電情況，并在顯示器上顯示，方便用戶對電池充電。硬件設計如圖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，設計有使能引腳，方便的關斷模式下進一步減少功率耗散。單片機的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簽信息，則通過程序控制P0.6自動關閉系統(tǒng)，實現(xiàn)充分節(jié)能目的。

2.3 顯示器模塊設計

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I/O口無法直接驅(qū)動顯示器，需要設計驅(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與單片機通過SPI總線通信。CP2400與單片機及顯示器的接口電路設計如圖4所示。

2.4 SMS通信技術的實現(xiàn)

本項目中，GSM技術實現(xiàn)需要設計3個程序，分別是GSM網(wǎng)絡注冊程序設計、單片機識別并處理GSM模塊接收來自廠商短信的程序設計、GSM模塊向廠商發(fā)送信息程序設計。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

首先需要將預接收短信的號碼進行16進制編碼。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)容進行編碼。采用“漢字/Unicode互換工具”進行編碼，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進制Unicode碼。

再次是進行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)+目的手機號碼+0008(發(fā)送方式為8bit)+A7(信息保存時間)+信息長度+短信內(nèi)容(Unicode)。

GSM發(fā)送信息軟件設計流程圖如圖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)來的確認短信時均會通過串口向單片機發(fā)送反饋信息，在程序設計時定義數(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AT+CMGR=1，gsm_data[]即可接收短信內(nèi)容。

3 系統(tǒng)整體軟件設計

當按下防偽裝置的電源按鍵后，單片機首先檢測當前電池電量，并在顯示器上顯示，如果電亮不足，會自動關機，然后開始利用串口向NZRM710模塊發(fā)送讀標簽命令，NZRM 710會利用RFID技術將命令傳送給電子標簽，電子標簽校對命令數(shù)據(jù)幀中的訪問密碼、校驗碼來確定讀標簽命令是否合法，如合法，則自動將標簽內(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)交給單片機處理，在單片機的控制下，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，同時通過NZRM710將電子標簽信息清0。為了節(jié)能，在連續(xù)3次檢測標簽失敗后，系統(tǒng)會自動關機。軟件實現(xiàn)流程圖如圖6所示。

4 實驗結(jié)果

根據(jù)反復的實驗，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，功耗較低，完全滿足手持設備的功耗要求。表3列出了系統(tǒng)待機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，給廠家和消費者帶來巨大經(jīng)濟損失，設計了一款基于GPRS與GSM技術的防偽裝置，電子標簽可回收使用，設計成本低，實驗證明該方案可行性高，運營成本低具有很好的應用前景。