基于射頻識別的汽車防盜裝置的設計

    射頻識別（RFID）技術是從20世紀80年代逐漸走向成熟的一種自動識別技術。射頻識別是無線電識別的簡稱，即通過無線電波進行識別。射頻識別應用電磁場，以非接觸、無視覺、高可靠的方式傳遞特定識別信息，適合用于汽車防盜裝置。

    汽車防盜裝置應具有無接觸、工作距離大、精度高、信息收集處理快捷及較好的環(huán)境適應性等特點，以便加速信息的采集和處理。本文將介紹基于射頻識別技術的汽車防盜裝置的設計。這一系統(tǒng)克服了市場上使用的電池遙控裝置的弱點，能夠有效地達到汽車防盜的目的。

系統(tǒng)工作原理

    本文的創(chuàng)新之處是以射頻識別技術為基礎，提出了汽車防盜裝置的方案。該方案的基本原理是將汽車啟動的機械鑰匙與應答器相結合，即將小型應答器直接裝入到鑰匙把手內(nèi)。當一個具有正確識別碼的鑰匙插入點火開關后，汽車才能用正確的方式進行啟動。該裝置能夠提供輸出信號控制點火系統(tǒng)，即使有人以破壞方式進入汽車內(nèi)部，也不能通過配制鑰匙啟動汽車達到盜竊的目的。系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1  系統(tǒng)原理框圖

射頻識別系統(tǒng)組成

    一個典型的射頻識別系統(tǒng)由兩部分組成，應答器（又稱電子標簽、射頻卡）和閱讀器（又稱讀寫器、讀卡器），其基本組成如圖2所示。應答器是信息的載體，應置于要識別的物體上或由個人攜帶；閱讀器可以具有讀或讀/寫功能，這取決于系統(tǒng)所用應答器的性能。

圖2  射頻識別系統(tǒng)的組成

1 應答器

    應答器是射頻識別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體，由線圈（天線）和用于存儲有關應用標識信息的存儲器及微電子芯片組成?；诓煌膽茫瑢鹌鞯捏w積、性能等的要求也各不相同。一般來說應答器的主要功能、特點有：具有信息存儲、處理能力；可接收、發(fā)送無線信號，外圍部件少，功耗低，能在低電壓下工作；依據(jù)不同需要，具有無線、射頻微波探測器、調制器、解調器、控制邏輯即存儲器等部件；多種工作距離。

2 閱讀器

    閱讀器應能實現(xiàn)下述功能：向應答器提供射頻能量；從應答器中讀出數(shù)據(jù)或寫入數(shù)據(jù)至應答器；完成數(shù)據(jù)信息處理，并實現(xiàn)應用操作；如果需要，應能和高層處理應用交互。

    雖然因頻率范圍、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)傳輸方法的不同，各種閱讀器會有很大的區(qū)別，但是所有的閱讀器在上述功能上是很相似的。閱讀器的組成如圖3所示。圖3中各部分的功能如下。發(fā)送通道：對載波信號進行功率放大；向應答器傳送操作命令及寫數(shù)據(jù)。接收通道：接收應答器傳送至閱讀器的響應及數(shù)據(jù)。載波產(chǎn)生器：采用晶體振蕩器，產(chǎn)生所需頻率的載波信號，并保證載波信號的頻率穩(wěn)定度。時鐘產(chǎn)生電路：通過分頻器形成工作所需的各種時鐘。MCU：微控制器是讀寫器工作的核心，完成收發(fā)控制、向應答器發(fā)命令及寫數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)讀取與處理、與高層處理應用系統(tǒng)的通信等工作。天線：與應答器形成耦合交連。

圖3  閱讀器組成結構框圖

硬件電路設計

    本系統(tǒng)中的硬件電路設計主要選擇了射頻識別基站芯片U2270B、單片機AT89S51、語音合成芯片ISD2560和雙RS232發(fā)送/接收器MAX232等。

1 U2270B在系統(tǒng)中的應用

    U2270B是非接觸識別系統(tǒng)中典型的一種低頻讀寫基站芯片，它是應答器和單片機之間的接口。一方面向應答器傳輸能量、交換數(shù)據(jù)，另一方面負責應答器和單片機的數(shù)據(jù)通信。本系統(tǒng)的射頻電路如圖4所示。

圖4  系統(tǒng)射頻電路圖

2 AT89S51與ISD2560的通信

    語音報警電路以美國ISD公司生產(chǎn)的語音合成芯片ISD2560為核心，該芯片采用EEPROM將模擬語音信號直接寫入半導體存儲單元中，無須另加A/D或D/A變換來存放或重放。該器件有音質自然、使用方便、單片存放、反復錄音、低功耗等許多特點。車主開車時，如果應答器里面的密鑰正確，單片機就發(fā)出正確的信號給汽車電子點火系統(tǒng)，汽車才可以啟動，此時語音報警電路不工作；如果有人非法用配置鑰匙啟動汽車時，單片機就發(fā)出信號給語音系統(tǒng)，語音系統(tǒng)立刻發(fā)出報警聲音。
在實際電路設計時，將單片機AT89S51的P1口、P3.4和P3.5與ISD2560的地址線相連，用以設置語音段的起始地址。P3.0～P3.3用以控制錄放音狀態(tài)。AT89S51與ISD2560的接口電路如圖5所示。

圖5  AT89S51與ISD2560接口電路

3 AT89S51與MAX232的通信

    在PC中一般有兩個標準RS-232C串行接口COM1和COM2。該標準規(guī)定最高數(shù)據(jù)傳送速率可達19.2Kb/s，最長傳送電纜可達15m。RS-232C標準的電平采用負邏輯，規(guī)定+3～+15V之間的任意電平為邏輯“0”電平，-3～-15V之間的任意電平為邏輯“1”電平，與TTL和CMOS電平是不同的。在接口電路和計算機接口芯片中大都為TTL或CMOS電平，所以在通信時，必須進行電平轉換，以便與RS-232C標準的電平匹配。MAX232芯片可以完成電平轉換這一工作。

    MAX232芯片是Maxim公司生產(chǎn)的低功耗、單電源雙RS232發(fā)送/接收器，它的內(nèi)部有一個電源電壓變換器，可以把輸入的+5V電源變換成RS-232C輸出電平所需±10V電壓，所以采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只要單一的+5V電源就可以了。AT89S51與MAX232的接口電路如圖6所示。

圖6  AT89S51與MAX232的接口電路

軟件系統(tǒng)設計

    系統(tǒng)軟件設計包括讀卡軟件設計、寫卡軟件設計、語音報警程序設計和串行通信程序設計等。下面給出讀卡軟件的具體設計方案。

    IC卡發(fā)射數(shù)據(jù)由基站天線接收后，由U2270B處理后經(jīng)基站的Output腳把得到的數(shù)據(jù)流發(fā)給微處理器AT89S51的輸入口。這里基站只完成信號的接收和整流的工作，而信號的解調解碼的工作要由微處理器來完成。微處理器要根據(jù)輸入信號在高電平、低電平的持續(xù)時間來模擬時序進行解碼操作。