基于MSP430單片機(jī)的汽車防盜鑰匙芯片的研究與實(shí)現(xiàn)

鄭惠琴+林慶超+李盛龍

摘 要： 利用分離器件搭建一個(gè)類似于DST40鑰匙芯片用于汽車防盜系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出的電路能夠達(dá)到實(shí)際應(yīng)用所要求的體積、功耗、距離等指標(biāo)，并且符合低頻RFID協(xié)議以及符合汽車防盜的安全性和可靠性。

關(guān)鍵詞： MSP430； DST40； RFID； 汽車防盜系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： TN911.7?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）15?0157?02

Research and implementation of vehicle anti?theft key chip based on MSP430

ZHENG Hui?qin1， LIN Qing?chao2， LI Sheng?long3

（1. School of Information Science and Engineering， Guangxi University for Nationalities， Nanning 530006， China；

2. Guangxi Taicheng Land Investment and Consulting Co.， Nanning 530021， China；

3. School of Information Technology， Guilin University of Electronic Technology， Guilin 541004， China）

Abstract： An analog chip similar to DST40 function is built with separate device for automotive alarm system. The designed circuit can satisfy the practical application requirements of size， power consumption， alarm distance and other indexes， abids by low frequency RFID protocol， and is in line with the vehicle alarm security and reliability.

Keywords： MSP430； DST40； RFID； vehicle alarm system

0 引 言

隨著人們經(jīng)濟(jì)收入的不斷提高以及汽車業(yè)的快速發(fā)展，汽車已越來(lái)越多地進(jìn)入普通家庭，汽車防盜也成為人們?nèi)粘Ｉ钪械囊患笫隆Ｆ嚪辣I器主要分為四大類：機(jī)械式、電子式、芯片式和網(wǎng)絡(luò)式。電子式防盜是目前應(yīng)用最多的防盜方式，而芯片式的數(shù)碼防盜和網(wǎng)絡(luò)式防盜則是汽車防盜技術(shù)的發(fā)展方向[1]。

1 基本原理

1.1 MSP430單片機(jī)

MSP430是TI公司推出的16位單片機(jī)系列產(chǎn)品，具有超低功耗、精簡(jiǎn)指令集（RISC）等優(yōu)點(diǎn)。在電池供電的低功耗應(yīng)用中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，其工作電壓為1.8～3.6 V，正常工作時(shí)功耗可控制在200 μA左右，可實(shí)現(xiàn)2 μA甚至0.1 μA的低功耗。

MSP430具有高集成度，通常在單個(gè)芯片上集成了12位的A/D轉(zhuǎn)換器、比較器、多個(gè)定時(shí)器，以及片內(nèi)US?ART、看門狗、片內(nèi)DCO等。MSP430系列單片機(jī)作為性能優(yōu)異的單片機(jī)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用[2]。

1.2 射頻識(shí)別技術(shù)

RFID（Radio Frequency Identification，射頻識(shí)別技術(shù)）是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合（交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)）實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。常用的有低頻（125～134.2 kHz）、高頻（13.56 MHz）、超高頻，無(wú)源等技術(shù)。RFID具有很多突出優(yōu)點(diǎn)：非接觸操作，長(zhǎng)距離識(shí)別；無(wú)機(jī)械磨損，壽命長(zhǎng)；可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)電子標(biāo)簽；讀寫器具有不直接對(duì)最終用戶開(kāi)放的物理接口，保證其自身的安全性；數(shù)據(jù)安全方面除電子標(biāo)簽的密碼保護(hù)外，數(shù)據(jù)部分可用一些算法實(shí)現(xiàn)安全管理[3]。

1.3 建立DST40模型

DST40具有88位的非易失性存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)8位的密碼、8比特識(shí)別符、24位序列號(hào)、制造商代碼和8位以及40位的加密密鑰。在DST40存儲(chǔ)器中，共分為四頁(yè)，即：密碼EEPROM（page1），識(shí)別EEPROM（page2），系列碼（page3），密鑰EEPROM（page4）。每一頁(yè)都有一個(gè)單獨(dú)的鎖位，并且是可編程的。通過(guò)操作寄存器方式實(shí)現(xiàn)DST40讀和寫的功能，因此可用MSP430的EEPROM或者FLASH開(kāi)辟一個(gè)存儲(chǔ)空間模擬DST40的各個(gè)page。

1.4 數(shù)據(jù)接收與存儲(chǔ)

本系統(tǒng)目的在于模擬DST40芯片電路模塊，所以對(duì)模塊的數(shù)據(jù)操作必須嚴(yán)格按照DST40芯片的datasheet時(shí)序?qū)ζ溥M(jìn)行讀寫操作。DST4采用FSK方式發(fā)送數(shù)據(jù)，具有抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。典型的數(shù)據(jù)“0”為134.5 kHz頻率，典型數(shù)據(jù)“1”為123.7 kHz頻率，如圖1所示。寫數(shù)據(jù)格式如圖2所示，對(duì)DST40進(jìn)行寫操作；對(duì)DST40讀操作數(shù)據(jù)格式，如圖3所示。

圖1 DST40 FSK數(shù)據(jù)發(fā)送格式

圖2 DST40寫操作數(shù)據(jù)格式

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)框圖

由于MSP430具有超低功耗的特性，本系統(tǒng)充分利用天線上的134.2 kHz載波能量（充電）。通過(guò)二極管整流、LDO穩(wěn)壓得到穩(wěn)定的直流電源。滿足了低功耗的MSP430單片機(jī)完成接收、發(fā)送（FSK）、存儲(chǔ)等所有功能如圖4所示。實(shí)現(xiàn)了模擬無(wú)源DST40芯片的汽車防盜功能。

2.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

天線諧振電容調(diào)試匹配后，讀寫器對(duì)DST40模擬芯片進(jìn)行充電。天線接收的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)無(wú)源濾波器濾掉無(wú)關(guān)雜波，濾波后的數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)MSP430單片機(jī)模擬比較器后輸出完整的數(shù)據(jù)波形供單片機(jī)解碼。

圖3 DST40讀操作數(shù)據(jù)格式

圖4 DST40系統(tǒng)框架圖

單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行軟解碼后根據(jù)DST40數(shù)據(jù)寫指令按照PAGE方式存入EEPROM或者FLASH中，當(dāng)收到DST40讀指令既可讀出對(duì)應(yīng)位置的數(shù)據(jù)（模擬DST40的page）。整個(gè)過(guò)程完成了模擬DST40芯片的功能。通過(guò)電路仿真后，利用Protel軟件搭建的硬件如圖5所示。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文使用低功耗MSP430單片機(jī)與RFID技術(shù)，以及其他模擬器件搭建出類似于DST40功能的模擬芯片，獲得了校級(jí)項(xiàng)目支持。該電路板的面積比集成芯片略大，但只要能安裝在汽車鑰匙的塑料殼中，就能滿足實(shí)際需要。生產(chǎn)這樣的一塊模擬芯片成本低，而目前鑰匙芯片的市場(chǎng)價(jià)是成本價(jià)的7～10倍，因此制作模擬芯片有很大的利潤(rùn)空間和廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 歐陽(yáng)宏志，王新林.基于RFID技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)式汽車安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2011，19（7）：1719?1721.

[2] 沈建華，楊艷琴.MSP430系列16位超低功耗單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[3] FINKENZELLER K.射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)[M].陳大才，譯.2版.北京：電子工業(yè)出版社，2001.

[4] 夏術(shù)泉.基于MSP430單片機(jī)的汽車防盜器設(shè)計(jì)[J].黃石理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，25（2）：6?8.

[5] 胡大可.MSP430系列單片機(jī)C語(yǔ)言設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.

[6] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分[M].4版.北京：高等教育出版社，1999.

[7] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].4版.北京：高等教育出版社，1999.

2.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

天線諧振電容調(diào)試匹配后，讀寫器對(duì)DST40模擬芯片進(jìn)行充電。天線接收的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)無(wú)源濾波器濾掉無(wú)關(guān)雜波，濾波后的數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)MSP430單片機(jī)模擬比較器后輸出完整的數(shù)據(jù)波形供單片機(jī)解碼。

圖3 DST40讀操作數(shù)據(jù)格式

圖4 DST40系統(tǒng)框架圖

單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行軟解碼后根據(jù)DST40數(shù)據(jù)寫指令按照PAGE方式存入EEPROM或者FLASH中，當(dāng)收到DST40讀指令既可讀出對(duì)應(yīng)位置的數(shù)據(jù)（模擬DST40的page）。整個(gè)過(guò)程完成了模擬DST40芯片的功能。通過(guò)電路仿真后，利用Protel軟件搭建的硬件如圖5所示。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文使用低功耗MSP430單片機(jī)與RFID技術(shù)，以及其他模擬器件搭建出類似于DST40功能的模擬芯片，獲得了校級(jí)項(xiàng)目支持。該電路板的面積比集成芯片略大，但只要能安裝在汽車鑰匙的塑料殼中，就能滿足實(shí)際需要。生產(chǎn)這樣的一塊模擬芯片成本低，而目前鑰匙芯片的市場(chǎng)價(jià)是成本價(jià)的7～10倍，因此制作模擬芯片有很大的利潤(rùn)空間和廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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[7] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].4版.北京：高等教育出版社，1999.

2.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

天線諧振電容調(diào)試匹配后，讀寫器對(duì)DST40模擬芯片進(jìn)行充電。天線接收的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)無(wú)源濾波器濾掉無(wú)關(guān)雜波，濾波后的數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)MSP430單片機(jī)模擬比較器后輸出完整的數(shù)據(jù)波形供單片機(jī)解碼。

圖3 DST40讀操作數(shù)據(jù)格式

圖4 DST40系統(tǒng)框架圖

單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行軟解碼后根據(jù)DST40數(shù)據(jù)寫指令按照PAGE方式存入EEPROM或者FLASH中，當(dāng)收到DST40讀指令既可讀出對(duì)應(yīng)位置的數(shù)據(jù)（模擬DST40的page）。整個(gè)過(guò)程完成了模擬DST40芯片的功能。通過(guò)電路仿真后，利用Protel軟件搭建的硬件如圖5所示。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文使用低功耗MSP430單片機(jī)與RFID技術(shù)，以及其他模擬器件搭建出類似于DST40功能的模擬芯片，獲得了校級(jí)項(xiàng)目支持。該電路板的面積比集成芯片略大，但只要能安裝在汽車鑰匙的塑料殼中，就能滿足實(shí)際需要。生產(chǎn)這樣的一塊模擬芯片成本低，而目前鑰匙芯片的市場(chǎng)價(jià)是成本價(jià)的7～10倍，因此制作模擬芯片有很大的利潤(rùn)空間和廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用。

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