無線射頻識別技術(shù)汽車防盜系統(tǒng)設(shè)計研究

梁慶杰

（廣西機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧530007）

隨著國民經(jīng)濟不斷攀升，人民生活日益美好，汽車逐漸成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢煞指畹囊徊糠?。越來越多的人們擁有私家車，而汽車被盜事件也日益增多，這不但給人們帶來很大的經(jīng)濟損失，而且形成比較大的社會不安定因素，故汽車安全問題已成為車主們最為關(guān)心的問題之一。因此，本文提出一種基于無線射頻識別在汽車防盜系統(tǒng)中的應(yīng)用技術(shù)，為汽車防盜問題的解決提供了重要的理論指導(dǎo)與實踐經(jīng)驗。

1 無線射頻識別技術(shù)汽車防盜系統(tǒng)簡述

1.1 無線射頻識別技術(shù)

無線射頻識別技術(shù)也稱作RFID，其最早出現(xiàn)于20 世紀(jì)80年代，屬于一種自動識別技術(shù)。主要識別的方法是通過無線射頻形式進行隔空無接觸，再以雙向通信的方式進行數(shù)據(jù)交換從而來進行識別[1]。這種識別技術(shù)不但能夠?qū)芏嗫焖傩旭傑囕v進行迅速識別，而且能夠在同一時段內(nèi)識別數(shù)張不同的射頻卡，使用起來非常簡單方便，即使在各種惡劣環(huán)境下也能使用，且不易損壞車輛的自動化系統(tǒng)。

1.2 無線射頻識別技術(shù)汽車防盜系統(tǒng)

本文研究的無線射頻識別技術(shù)汽車防盜系統(tǒng)屬于芯片防盜系統(tǒng)。它的優(yōu)點是體積小，能夠密裝于一個體積不大的鑰匙中，且具有比較特殊的碼字射頻卡。此系統(tǒng)的閱讀器通常設(shè)計在方向盤下方位置，這樣閱讀器與點火開關(guān)距離就很接近，不會超過0.07m。倘若在點火鑰匙孔中使用含有應(yīng)答器的正確鑰匙，再將鑰匙旋轉(zhuǎn)到“M”字母位處時，汽車防盜系紡才能啟動運行[2]。當(dāng)閱讀器檢讀到UID 號時，汽車防盜系統(tǒng)就會自動發(fā)出鑰匙正確的語音播報，當(dāng)然前提UID 是屬于有效的。而且還能使得對碼等方面的作用自動完成，不然，發(fā)動機電腦與語音播報均不能處正常工作狀態(tài)。倘若發(fā)揮EMS（發(fā)動機管理系統(tǒng)）的作用，對油路進行關(guān)閉與引擎停止，那么發(fā)動機就會出現(xiàn)無法點火，噴油控制失效，這時汽車就處于熄火狀態(tài)，沒有辦法正常駕駛。汽車中央計算機就能有效避免短路點火，從而達(dá)到防盜的目的。

2 無線射頻識別技術(shù)汽車防盜系統(tǒng)構(gòu)成

無線射頻識別技術(shù)汽車防盜系統(tǒng)關(guān)鍵部分主要由3 部分構(gòu)成，分別是閱讀器（讀卡器）、射頻卡與射頻電線。閱讀器功能主要應(yīng)用于讀取射頻卡上的相關(guān)信息；射頻卡是由芯片與耦合元件兩部分構(gòu)成，它內(nèi)部還帶有天線，其功能主要是與射頻天線間進行通訊；射頻電線的功能是用于讀卡器與射頻卡之間相互的射頻信號進行傳遞[3]。該系統(tǒng)工作流程如下：

（1）讀卡器利用射頻天線把其有關(guān)射頻信號向外傳送；

（3）射頻天線范圍內(nèi)的射頻卡形成感應(yīng)電流，從而射頻卡才能被激活處于工作狀態(tài)；

（3）射頻卡將它內(nèi)部有關(guān)信息，經(jīng)其自身的天線向外傳送；

（4）從射頻卡傳送出來的載波信號，再由調(diào)節(jié)控制器送入讀卡器；

（5）經(jīng)過讀卡器進行處理之后，再輸送到主系統(tǒng)進行處理；

（6）主系統(tǒng)通過進行邏輯運算的方法對這卡的是否合法進行判斷，此外，還要對不同的設(shè)定采取相對應(yīng)的管制與處理措施；同時還發(fā)出指令信號控制對機構(gòu)動作進行實施。

3 無線射頻識別技術(shù)汽車防盜系統(tǒng)硬件設(shè)計分析

此防盜系統(tǒng)是以無線射頻系統(tǒng)為中心的構(gòu)成，其硬件設(shè)計選擇使用Motorola 十六位單片機，此射頻識別系統(tǒng)通常是由應(yīng)答器（TAG-IT）、閱讀器（S6700）、以及射頻天線構(gòu)成。除此之外，系統(tǒng)還包含了多種不同電路，比如存儲電路、語音電路等。

此系統(tǒng)的控制單元單片機通過繼承半導(dǎo)體在車用微控制器方面具有的很多優(yōu)勢，為高速的S12 內(nèi)核為中心MC9S12 系列單片機最為重要成員之一，其存儲器與管腳兼容均得到了優(yōu)化改造，而且還能根據(jù)需要選取片內(nèi)各種功能單元。MC9S12 系列單片機有多種工作方式，其工作方式能夠在復(fù)位期間，通過搜集三個引腳的狀態(tài)對其進行設(shè)置，這三個引腳狀態(tài)分別是指BKGD、MODB、MODA。

控制單元的功能主要是實現(xiàn)與完成相關(guān)通信、進行指令調(diào)用、控制射頻通信過程，以及對信號編、解碼等，除此之外，還能對相關(guān)設(shè)備的身份比如射頻卡、讀卡器等進行驗證。

射頻系統(tǒng)是由型號為S6700 的IC 卡收發(fā)器與型號為TAC-IT 的應(yīng)答器兩部分組成，由于S6700 通常是由曼徹斯特形式進行數(shù)據(jù)編碼，所以，不同許可數(shù)的卡能夠在同一個時間段里進行讀寫，且非常順暢。具有代表性型號的輸送功率大約200KW,其技持的協(xié)議以ISO/IEC15693-2 和TI TAC-IT 兩種協(xié)議為主。同步串行接口包括CPU、S6700 接口等。SCLOCK 為時鐘線、DIND 為數(shù)據(jù)輸入、OUT 為輸出線，SCLOCK 是屬于雙向線，DOUT 在進行數(shù)據(jù)接收時段內(nèi)也屬于輸出線，主要功能就是輸出數(shù)據(jù)，不過它在數(shù)據(jù)發(fā)送時段內(nèi)，其功能與數(shù)據(jù)接收時有所改變，主要用來對S6700 內(nèi)部的FIFO 寄存器工作狀況進行指示。應(yīng)答器TAC-IT 能夠在ISO/IEC15693 協(xié)議中較穩(wěn)定地工作?？▋?nèi)存有60 多位卡號、8 位應(yīng)用識別號、還有8 位數(shù)據(jù)儲存格式，其中卡號是不能進行變動的。此外，卡內(nèi)還有2KB 的EEPROM由60 多塊構(gòu)成，每塊均為32Bit,同時每塊均能進行封鎖，避免數(shù)據(jù)發(fā)生修改。該無線射頻系統(tǒng)的閱讀器其電路設(shè)計示意圖，詳見圖1。

圖1 閱讀器外圍電路

AT24C01 是帶有I2C 總線的容量為1KB 的可擦除存儲器，含有最高為10ms 的讀寫周期，上電后，能進行在線數(shù)據(jù)編程工作，斷電時，能夠長期儲存其編程結(jié)果。AT24C01 存儲器中UID的功能通常是用于對應(yīng)答器上的UID 進行核實。語音電路最為關(guān)鍵部位為ISD5216 集成語音芯片，ISD5216 主要負(fù)責(zé)對4MB相關(guān)數(shù)字資源進行存儲與錄音播放，再與其它相配套設(shè)施相結(jié)合，比如功放電路等，完成多段語音錄放，從而更加有利于實現(xiàn)無線射頻防盜系統(tǒng)功能，比如報警、提醒等。檢測電路主要用來對汽車剎車、電源等各種相關(guān)狀態(tài)信息進行檢查與測量。MCU依據(jù)所檢測到汽車各種信息狀態(tài)結(jié)果進行識別，然后做出決定。再通過有關(guān)執(zhí)行機構(gòu)對電源、方向燈等加強控制[4]。

CAN 通訊網(wǎng)絡(luò)模塊的功能就是將啟動信號與檢測信號由本模塊的網(wǎng)絡(luò)輸送給汽車中央處理器進行處理。中央處理器再依據(jù)接收信號做出識別決定。CAN 總線具有通信速率高、抗干擾能力強的特點，當(dāng)前，廣泛地應(yīng)用于汽車控制系統(tǒng)之中。CAN通訊接口硬件設(shè)計詳見圖2。

圖2 CAN 通信接口硬件電路示意圖

82C520 是CAN 控制器與物理總線之間的接口，該接口與CAN 控制器之間通過使用光隔P113 來使得系統(tǒng)的抗干擾能力得到很大程度的提升。

4 無線射頻識別技術(shù)汽車防盜系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1 讀卡軟件設(shè)計

讀卡軟件設(shè)計分二步，第一步為信號接收與調(diào)整，天線接收IC 卡發(fā)射過來的數(shù)據(jù)之后，再由基站芯片進行處理之后，把數(shù)據(jù)流輸送至處理器，第二步微處理器依據(jù)輸入信號的高低電平來決定是否進行模擬解碼操作[5]。

前文分析過，本文的數(shù)據(jù)卡中存儲器參數(shù)編碼屬于曼徹斯特編碼，以RF/32 作為數(shù)據(jù)位輸出的速度，再經(jīng)計算得到P=32/125KHz=25μs 為每一位數(shù)據(jù)的傳輸時間。圖3 是IC 讀卡程序的流程圖：

圖3 IC 讀卡流程示意圖

對于讀卡程序編寫，還要注意兩個問題：其一，IC 卡的發(fā)射數(shù)據(jù)順序要遵守數(shù)據(jù)塊順序的原則，應(yīng)該依次從第一區(qū)至最大區(qū)進行循環(huán)發(fā)射，不能將其順序發(fā)送錯誤；其二，對數(shù)據(jù)儲存時，字節(jié)的地址要正確，字節(jié)間地址變化與其方向要統(tǒng)一，倘若不統(tǒng)一，將會產(chǎn)生數(shù)據(jù)高低位與實際順序迥異狀況。

4.2 寫卡軟件的設(shè)計

基站在發(fā)出的數(shù)據(jù)的同時也可以將數(shù)據(jù)進行編碼，再加載到發(fā)射信號之中，基站芯片是利用可變天線負(fù)載的信號，再經(jīng)過關(guān)閉與開啟天線所形成的信號間隔來編碼，開始與終止時間比數(shù)據(jù)間隔較大，從而更加有利于與射頻卡進行同步，其時間間隔也要依據(jù)程序設(shè)置，進行數(shù)據(jù)發(fā)送時，其射頻區(qū)域狀態(tài)，詳見圖5 所示。

在對寫卡程序進行編寫時，要注意：一方面與讀卡程序一致，寫卡時也應(yīng)該注意數(shù)據(jù)高低位問題，尤其在寫入順序方面，不能將上一個區(qū)域數(shù)據(jù)寫入下一個數(shù)據(jù)區(qū)；另一方面數(shù)據(jù)移位過程也是一個邏輯很強的過程。

5 結(jié)論

本文首先通過對無線射頻識別技術(shù)概念與無線射頻識別汽車防盜系統(tǒng)進行闡述，指出無線射頻識別汽車防盜系統(tǒng)是由射頻卡、射頻天線、以及閱讀器三大核心部件構(gòu)成。接著結(jié)合了Motorola 十六位車用微控制器，論述射頻識別技術(shù)在汽車防盜系統(tǒng)中的應(yīng)用原理，詳細(xì)分析以IC 卡為讀寫多協(xié)議收發(fā)器為中心構(gòu)成的無線射頻識別技術(shù)汽車防盜系統(tǒng)的硬件設(shè)計。最后從讀卡與寫卡兩方面探討無線射頻識別技術(shù)汽車防盜系統(tǒng)的軟件設(shè)計，并介紹了程序流程圖與相對應(yīng)的時序圖，整個軟硬件設(shè)計實現(xiàn)了汽車防盜系統(tǒng)的目的。