無線射頻識別技術汽車防盜系統設計研究

梁慶杰

（廣西機電職業技術學院，廣西 南寧530007）

隨著國民經濟不斷攀升，人民生活日益美好，汽車逐漸成為人們日常生活中不可分割的一部分。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中的應用技術，為汽車防盜問題的解決提供了重要的理論指導與實踐經驗。

1 無線射頻識別技術汽車防盜系統簡述

1.1 無線射頻識別技術

無線射頻識別技術也稱作RFID，其最早出現于20 世紀80年代，屬于一種自動識別技術。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據交換從而來進行識別[1]。這種識別技術不但能夠對很多快速行駛車輛進行迅速識別，而且能夠在同一時段內識別數張不同的射頻卡，使用起來非常簡單方便，即使在各種惡劣環境下也能使用，且不易損壞車輛的自動化系統。

1.2 無線射頻識別技術汽車防盜系統

本文研究的無線射頻識別技術汽車防盜系統屬于芯片防盜系統。它的優點是體積小，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。此系統的閱讀器通常設計在方向盤下方位置，這樣閱讀器與點火開關距離就很接近，不會超過0.07m。倘若在點火鑰匙孔中使用含有應答器的正確鑰匙，再將鑰匙旋轉到“M”字母位處時，汽車防盜系紡才能啟動運行[2]。當閱讀器檢讀到UID 號時，汽車防盜系統就會自動發出鑰匙正確的語音播報，當然前提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，發動機電腦與語音播報均不能處正常工作狀態。倘若發揮EMS（發動機管理系統）的作用，對油路進行關閉與引擎停止，那么發動機就會出現無法點火，噴油控制失效，這時汽車就處于熄火狀態，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，從而達到防盜的目的。

2 無線射頻識別技術汽車防盜系統構成

無線射頻識別技術汽車防盜系統關鍵部分主要由3 部分構成，分別是閱讀器（讀卡器）、射頻卡與射頻電線。閱讀器功能主要應用于讀取射頻卡上的相關信息；射頻卡是由芯片與耦合元件兩部分構成，它內部還帶有天線，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]。該系統工作流程如下：

（1）讀卡器利用射頻天線把其有關射頻信號向外傳送；

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

（3）射頻卡將它內部有關信息，經其自身的天線向外傳送；

（4）從射頻卡傳送出來的載波信號，再由調節控制器送入讀卡器；

（5）經過讀卡器進行處理之后，再輸送到主系統進行處理；

（6）主系統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，還要對不同的設定采取相對應的管制與處理措施；同時還發出指令信號控制對機構動作進行實施。

3 無線射頻識別技術汽車防盜系統硬件設計分析

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

此系統的控制單元單片機通過繼承半導體在車用微控制器方面具有的很多優勢，為高速的S12 內核為中心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化改造，而且還能根據需要選取片內各種功能單元。MC9S12 系列單片機有多種工作方式，其工作方式能夠在復位期間，通過搜集三個引腳的狀態對其進行設置，這三個引腳狀態分別是指BKGD、MODB、MODA。

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

射頻系統是由型號為S6700 的IC 卡收發器與型號為TAC-IT 的應答器兩部分組成，由于S6700 通常是由曼徹斯特形式進行數據編碼，所以，不同許可數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,其技持的協議以ISO/IEC15693-2 和TI TAC-IT 兩種協議為主。同步串行接口包括CPU、S6700 接口等。SCLOCK 為時鐘線、DIND 為數據輸入、OUT 為輸出線，SCLOCK 是屬于雙向線，DOUT 在進行數據接收時段內也屬于輸出線，主要功能就是輸出數據，不過它在數據發送時段內，其功能與數據接收時有所改變，主要用來對S6700 內部的FIFO 寄存器工作狀況進行指示。應答器TAC-IT 能夠在ISO/IEC15693 協議中較穩定地工作。卡內存有60 多位卡號、8 位應用識別號、還有8 位數據儲存格式，其中卡號是不能進行變動的。此外，卡內還有2KB 的EEPROM由60 多塊構成，每塊均為32Bit,同時每塊均能進行封鎖，避免數據發生修改。該無線射頻系統的閱讀器其電路設計示意圖，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，能進行在線數據編程工作，斷電時，能夠長期儲存其編程結果。AT24C01 存儲器中UID的功能通常是用于對應答器上的UID 進行核實。語音電路最為關鍵部位為ISD5216 集成語音芯片，ISD5216 主要負責對4MB相關數字資源進行存儲與錄音播放，再與其它相配套設施相結合，比如功放電路等，完成多段語音錄放，從而更加有利于實現無線射頻防盜系統功能，比如報警、提醒等。檢測電路主要用來對汽車剎車、電源等各種相關狀態信息進行檢查與測量。MCU依據所檢測到汽車各種信息狀態結果進行識別，然后做出決定。再通過有關執行機構對電源、方向燈等加強控制[4]。

CAN 通訊網絡模塊的功能就是將啟動信號與檢測信號由本模塊的網絡輸送給汽車中央處理器進行處理。中央處理器再依據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，當前，廣泛地應用于汽車控制系統之中。CAN通訊接口硬件設計詳見圖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 來使得系統的抗干擾能力得到很大程度的提升。

4 無線射頻識別技術汽車防盜系統軟件設計

4.1 讀卡軟件設計

讀卡軟件設計分二步，第一步為信號接收與調整，天線接收IC 卡發射過來的數據之后，再由基站芯片進行處理之后，把數據流輸送至處理器，第二步微處理器依據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，本文的數據卡中存儲器參數編碼屬于曼徹斯特編碼，以RF/32 作為數據位輸出的速度，再經計算得到P=32/125KHz=25μs 為每一位數據的傳輸時間。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 卡的發射數據順序要遵守數據塊順序的原則，應該依次從第一區至最大區進行循環發射，不能將其順序發送錯誤；其二，對數據儲存時，字節的地址要正確，字節間地址變化與其方向要統一，倘若不統一，將會產生數據高低位與實際順序迥異狀況。

4.2 寫卡軟件的設計

基站在發出的數據的同時也可以將數據進行編碼，再加載到發射信號之中，基站芯片是利用可變天線負載的信號，再經過關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據間隔較大，從而更加有利于與射頻卡進行同步，其時間間隔也要依據程序設置，進行數據發送時，其射頻區域狀態，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，寫卡時也應該注意數據高低位問題，尤其在寫入順序方面，不能將上一個區域數據寫入下一個數據區；另一方面數據移位過程也是一個邏輯很強的過程。

5 結論

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