地磅防作弊信號偵測屏蔽系統設計與實現
介紹一種通過接收電路實時偵測高頻信號,同時解碼作弊信號并實時報警,根據接收機偵測到的作弊信號參 數,由單片機控制編碼發射電路實時發射無線干擾信號,有針對性地實施無線電屏蔽作弊信號的防作弊系統。
科技的進步給生活和生產帶來便利的同時也 被應用于一些特殊的場合進行不法活動。PT2262 與PT2272是配對的編解碼芯片,基于此對芯片構 成的無線遠距離控制電路給生活和生產都帶來了 極大的方便,現已被廣泛的應用于車輛防盜系統、 家庭防盜系統、遙控玩具及其他電器遙控設備及 工控現場,但某些不法分子卻用此種遙控設備從 事非法活動為自己謀取私利。圖1為已發現的在地磅稱量過程中的無線遙控作弊裝置。以 下針對此種情況介紹了一種通過信號偵測屏蔽的 防作弊系統。
1.作弊系統
無線遙控作弊裝置稱重傳感器接線如圖2所示。圖中所示,將地磅中一只稱重傳感器的電纜線外皮剝開,將稱重傳感器的激勵電壓正 (E+)線斷開,將遙控接收裝置串入了稱重傳感器 的激勵電壓正(E+)線中。通常狀態下,該裝置不影 響地磅的正常使用,只有在犯罪分子在幾 十米開外利用遙控裝置遙控時,遙控接收裝置接收 到信號后,其中的繼電器動作,將一電阻串連接入 稱重傳感器的激勵電壓正(E+)線中,從而造成給 稱重傳感器惠斯通電橋的供電電壓變小,造成地磅所稱重量減輕,該種作弊方法可以產生 約幾噸重量的誤差,且行動隱蔽,更不易被發覺。
2.防作弊系統設計
2.1防作弊遙控接收系統設計方案
防作弊無線遙控接收系統主要由無線遙控接 收電路、解碼電路和單片機微處理器組成。原理圖 如圖3所示。
遙控接收部分的工作原理如下:默認狀態下CPU 處于掉電狀態,遙控接收模塊和PT2272 —直處于 工作狀態,當接收到作弊信號時,遙控接收模塊接 收到己調波信號,經過解調還原成方波信號,這些 方波信號經過電壓匹配處理,輸入解碼芯片 PT2272產生輸出,這個輸出將CPU從掉電模式中 喚醒,使CPU處于正常工作狀態,CPU接受數據, 然后CPU對接收到的數據輸入進行處理,產生相 應的操作結果。
2.2防作弊無線遙控發射系統設計方案
防作弊無線遙控發射系統主要由發射模塊、復 位電路、穩壓電路、鍵盤輸入、發射待機控制按鈕 電路、編碼模塊和單片機微處理器組成。 原理圖如 圖4所示。
遙控發射部分的工作原理如下:默認狀態下CPU處于掉電狀態,遙控發射模塊和PT2262 —直 處于待機狀態,當鍵盤輸入有鍵按下時,將CPU從 掉電模式中喚醒,使CPU處于正常工作狀態,CPU 接受鍵盤數據,并經過處理傳送給編碼芯片 PT2262;PT2262將按鍵的狀態編碼產生方波,采用 315M報警專用高頻頻率作為載波,在經過OOK 調制,由遙控發射模塊發射出去。由于工作環境的 不同和各種因素的影響,系統通過發射待機控制 按鈕可以選擇恰當的發射模塊對作弊信號進行干 擾,同時系統可以通過復位電路進行復位操作。
2.3防作弊系統軟件設計方案
根據作弊信號特點,利用防作弊遙控接收系 統偵測空間是否存在作弊信號,依據作弊信號的 地址特征,生成防作弊發射信號,防作弊系統程序 流程如圖5所示。
3.防作弊硬件電路實現
3.1防作弊接收電路硬件實現
電路以RX3310A為核心。首先,從23.5cm外接天線接收的信號經電容耦合到電感和電容組成 的選頻網絡進行阻抗變換后輸入RX3310A的內部 高頻放大器輸入端14腳,經芯片內的高頻放大后 (增益為15~20DB)的信號再經混頻器與本機振蕩 信號(316.8M)混頻,產生1.8M的中頻信號,此中頻 信號經內部中頻放大后由第3腳輸出,再進入比較 器放大整形,最后數據從第8腳輸出。
3.2防作弊發射電路硬件實現
電路以MICRF102為核心。MICRF102的ASK 端(8引腳)用來接收PT2262的發射數據信息,并通 過UHF合成器產生載頻和正交信號輸出。輸入相 位信號用來驅動RF功率放大器。天線調諧正交信 號用來比較天線信號相位。天線調諧控制部分檢 測天線通道中發射信號的相位和控制變容二極管 的電容,以調諧天線,實現天線自動調諧。鑒于發 射系統的安全性和可操作性,分別設計了手動和 自動兩種控制方式。手動控制方式通過開關實現 對發射模塊的發射、待機兩種模式的操作,同時也 可以作為強制按鈕,對系統進行應急操作。自動控 制方式是通過單片機的自動操作來實現發射模塊 的自動控制。
3.3防作弊硬件電路抗干擾實現
由于無線射頻的發射和接收是屬于模擬電路 部分,單片機及其外圍器件屬于數字電路部分,因 此本系統是一個數字和模擬相結合的高頻電路系 統。系統信號的接收與發射的相互干擾以及 來自電源、印制板排版走線互相干擾。外部干擾一 般通過輻射或IO 口輸入,通常可以采用靜電屏蔽 原理,把敏感器件屏蔽起來。在高頻信號中,干擾 和有用信號的區別在于頻率不同,因此可以在信 號的傳播路徑上添加濾波器或隔離光耦來阻斷高 頻干擾的傳播。
針對系統特點,設計中所采取具體抗干擾措施 如下:
1)在電路設計中,采取分區設計,將數字部分 和模擬部分分別獨立設計成相應的模塊,以減少 相互干擾。
2)天線對信號的接收和發射,通過控制系統, 時分復用。
3)給供電電源設計濾波電路,并給單片機電源 設計穩壓電路。
4)在電路設計中增加續流回路,消除電路動態 過程中產生的不穩定性。
5)在開關器件電路兩端并接RC串聯電路,減小電火花影響。
6)在對電路沒有影響的前提下把本來懸空的 器件引腳接地,避免干擾通過Io 口輸入。
7)為避免系統中數字電路如單片機的晶振與 發射或接收信號調制解調中的晶振產生互相干 擾,在滿足性能指標要求下選擇晶振頻率較低的 晶振作為單片機的晶振。
8)布線整齊規律,用圓弧形彎折,避免交叉,加 粗電源線和地線,并將數字地線與模擬地線分開。
4.結束語
本系統針對對數字電路和模擬電路、信號的 接收與發射進行的設計與實現,采取了相應的抗 干擾措施,通過接收電路實時偵測高頻作弊信 號,同時解碼作弊信號并實時報警,根據接收機 偵測到的作弊信號參數,由單片機控制編碼發射 電路按一定的執行程序實時發射無線電干擾信 號,有針對性地實施無線電干擾,能夠有效屏蔽 作弊信號。