基于RFID的汽車(chē)防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

來(lái)源：電子元器件應(yīng)用; 作者：李雙華 曾春年
0引言
射頻識(shí)別技術(shù)(RFID，即Radio Frequency I-dentification)是從20世紀(jì)80年代開(kāi)始走向成熟的一項(xiàng)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。它利用射頻方式進(jìn)行非接觸式雙向通信方式來(lái)交換數(shù)據(jù)以達(dá)到識(shí)別目的?？捎糜谧R(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)射頻卡，而且操作快捷方便，不怕油漬、灰塵污染等惡劣的環(huán)境，特別適合于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化且不易損壞。本文介紹的射頻識(shí)別系統(tǒng)是將射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用到汽車(chē)防盜系統(tǒng)中的一次成功嘗試。
1 RFID汽車(chē)防盜系統(tǒng)概述
隨著科技的發(fā)展，汽車(chē)防盜裝置日趨嚴(yán)密和完善，目前防盜器按其結(jié)構(gòu)與功能可分四大類(lèi)：機(jī)械式、電子式、芯片式和網(wǎng)絡(luò)式，雖然各有優(yōu)劣，但汽車(chē)防盜的發(fā)展方向則向智能程度更高的芯片式和網(wǎng)絡(luò)式發(fā)展。 RFID汽車(chē)防盜系統(tǒng)屬于芯片式防盜系統(tǒng)，它是RFID的新應(yīng)用。由于這是一種足夠小的、能夠封裝到汽車(chē)鑰匙當(dāng)中并含有特定碼字的射頻卡。該系統(tǒng)在汽車(chē)方向盤(pán)下安裝有閱讀器，閱讀器離點(diǎn)火鑰匙的距離小于7厘米，當(dāng)插入一把帶有應(yīng)答器的正確鑰匙并打到"M"位時(shí)，汽車(chē)防盜系統(tǒng)上電工作，閱讀器讀取到有效的UID號(hào)，系統(tǒng)語(yǔ)音提示鑰匙正確，并自動(dòng)完成對(duì)碼、解鎖發(fā)動(dòng)機(jī)電腦，否則語(yǔ)音報(bào)警，發(fā)動(dòng)機(jī)電腦處于閉鎖狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)(EMS)鎖定油路和引擎，發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火和噴油的控制被切斷，汽車(chē)無(wú)法啟動(dòng)，汽車(chē)的中央計(jì)算機(jī)也就能容易地防止短路點(diǎn)火，實(shí)現(xiàn)防盜功能。

2 RFID汽車(chē)防盜系統(tǒng)組成原理
RFID系統(tǒng)為該汽車(chē)防盜系統(tǒng)的核心組成部分。一般由標(biāo)簽(TAG，即射頻卡)、閱讀器、射頻天線三部分組成。標(biāo)簽由耦合元件及芯片組成，含有內(nèi)置天線，用于和射頻天線間通訊；閱讀器用于讀取(在讀寫(xiě)卡中還可以寫(xiě)入)標(biāo)簽信息；射頻天線用于在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào)。系統(tǒng)的基本工作流程是閱讀器通過(guò)射頻天線發(fā)送一定頻率的射頻信號(hào)；射頻卡進(jìn)入射頻天線工作區(qū)域時(shí)即產(chǎn)生感應(yīng)電流，射頻卡獲得能量被激活，然后由射頻卡將自身編碼等信息通過(guò)卡內(nèi)天線發(fā)送出去；射頻天線接收到從射頻卡發(fā)送來(lái)的載波信號(hào)，并經(jīng)調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器后，閱讀器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼，然后送到后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該卡的合法性，同時(shí)針對(duì)不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，并發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。

3 RFID汽車(chē)防盜系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本RFID汽車(chē)防盜系統(tǒng)以RFID系統(tǒng)為核心組成。汽車(chē)防盜系統(tǒng)硬件控制單元選用Motorola(Freescale)的16位單片機(jī)MC9S12D64，射頻識(shí)別系統(tǒng)由閱讀器S6700、應(yīng)答器TAG-IT和射頻天線組成。此外，系統(tǒng)還包括存儲(chǔ)電路(AT24C01)，檢測(cè)電路，語(yǔ)音電路和CAN總線通訊電路。RFID汽車(chē)防盜系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。



本系統(tǒng)中的控制單元單片機(jī)MC9S12D64延續(xù)了飛思卡爾半導(dǎo)體在車(chē)用微控制器領(lǐng)域的優(yōu)良傳統(tǒng)，是以速度更快的S12內(nèi)核(Star Core)為核心的MC9S12系列單片機(jī)成員，這兩種器件管腳兼容，存儲(chǔ)器可以得到升級(jí)。并且片內(nèi)有多種外圍設(shè)備可供選擇。MC9S12D64共有8種工作模式，模式的設(shè)定可通過(guò)復(fù)位期間采集BKGD、MODB、MODA三個(gè)引腳的狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣可增強(qiáng)應(yīng)用的可選擇性。
控制單元主要負(fù)責(zé)與應(yīng)用系統(tǒng)軟件進(jìn)行通信、執(zhí)行應(yīng)用系統(tǒng)軟件發(fā)來(lái)的命令、控制與射頻卡的通信過(guò)程(主-從原則)及信號(hào)的編解碼、對(duì)一些特殊的系統(tǒng)還要執(zhí)行反碰撞算法、對(duì)射頻卡與閱讀器問(wèn)要傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密，以及進(jìn)行射頻卡和閱讀器間的身份驗(yàn)證等附加功能。
S6700 IC卡讀寫(xiě)多協(xié)議收發(fā)器與應(yīng)答器TAG-IT共同組成射頻系統(tǒng)，S6700采用13.56 MHz工作頻率。并具有防沖突機(jī)制。由于S6700采用的是曼徹斯特編碼方式，故能允許多張卡同時(shí)讀寫(xiě)而不會(huì)發(fā)生沖突。典型發(fā)送功率為200 mW。它支持的協(xié)議包括TI TAG-IT協(xié)議、ISO／IEC15693-2協(xié)議和ISO／IEC 14443-2協(xié)議。S6700與CPU的接口為同步串行接口(SPI)。SCLOCK、DIND、OUT分別為時(shí)鐘線、數(shù)據(jù)輸入線、數(shù)據(jù)輸出線。時(shí)鐘線為雙向，DOUT在接收數(shù)據(jù)期間用于數(shù)據(jù)輸出，而在發(fā)送數(shù)據(jù)期間則用來(lái)指示S6700內(nèi)部FIFO寄存器的情況。
應(yīng)答器TAG-IT完全兼容ISO／IEC15693協(xié)議?？▋?nèi)有64位的UID(卡號(hào))和8位的AFI (應(yīng)用識(shí)別號(hào))、8位的DSFID(數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式)，其中UID是不可修改的。另外，卡內(nèi)有2 KB的EEPROM，分成64塊，每塊32Bit，每個(gè)塊均可鎖定，以保護(hù)數(shù)據(jù)免于修改。射頻系統(tǒng)的閱讀器電路設(shè)計(jì)圖如圖2所示。



AT24C01是具有I2C總線的1K位電可擦除存儲(chǔ)器，具有獨(dú)立的寫(xiě)周期(最大10 ms)