射頻識別芯片在汽車智能防盜報警裝置中的應用

分類：技術教程日期：2007-04-09 00:00:00

　　射頻識別(Radio Frequency Identification,以下簡稱ＲＦＩＤ)技術是近幾年發展起來的一項新技術，它是射頻技術和ＩＣ卡技術有機結合的產物。較之普通的磁卡和ＩＣ卡，ＲＦＩＤ技術具有使用方便、數據交換速度快、便于維護和
使用壽命長等優點。特別是它解決了無源（卡中無電源）和免接觸這兩大難題。與磁卡、ＩＣ卡等接觸式識別技術不同，ＲＦＩＤ系統的應答器和讀寫器之間無須物理接觸就可完成識別功能，因而可實現多目標識別、運動目標識別，因而可應用在更廣泛的場合。文中介紹的射頻識別系統和相應的數據校驗算法是射頻識別技術在汽車防盜器中應用的一次成功嘗試。
　　１　射頻識別基本原理
　　典型的射頻識別系統由應答器（Ｔｒａｎｓｐｏｎｄｅｒ）、閱讀器（Ｒｅａｄｅｒ）以及數據交換和管理系統等組成。該系統的基本工作原理為：閱讀器讀寫終端不斷地發出一組固定頻率（一般為１３４．２ｋＨｚ）的電磁波信號，這樣，當非接觸式卡（應答器）片內的一個ＬＣ串聯諧振電路進入閱讀器讀寫終端的工作區域內，且其工作頻率與讀寫終端發送信號的頻率相同時，在電磁波激勵下，ＬＣ諧振電路產生共振。共振使卡內的電容有了電荷，此時在電容另一端接的一個單向導通電子泵就可以將電容內的電荷送到另一個電容內并存儲。當所積累的電荷的電壓值達到２Ｖ時，這個電壓就可作為應答器的工作電源。此時，應答器響應閱讀器的要求，并將信息調制，同時發出以供閱讀器解調讀取。應答器內的Ｅ２ＰＲＯＭ用來存儲其唯一電子標簽的ＩＤ號（編碼長度為６４位）以及其它用戶數據。
　　２　射頻識別汽車防盜報警器設計
　　本文研制的射頻識別系統是以美國德州儀器公司的ＴＭＳ３７０５為射頻信號讀寫芯片，并以該公司的ＲＩ－ＴＲＰ－ＲＲ２Ｂ（只讀型）作為應答器。該設計中的基站芯片與微處理器（ＭＣＵ）的通信只需兩根通用Ｉ／０口線即可，因而使用起來十分方便。調制解調電路如圖１所示.

　　應答器發射的信號經閱讀器天線接收、基站處理后即可送至微處理器的Ｉ／Ｏ口。送入閱讀器的是ＦＳＫ(ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＳｈｉｆｔＫｅｙｅｄ)信號，閱讀器只負責信號的解調工作，而信號的解碼由微處理器來完成。微處理器可根據輸入信號的高、低電平持續時間進行解碼操作。
　　２．１ＲＩ－ＴＲＰ－ＲＲ２Ｂ射頻卡中的數據存儲格式
　　ＲＩ－ＴＲＰ－ＲＲ２Ｂ應答器內共有１４字節的數據，其存放順序如表１所列。用戶數據區共有１０個字節，其中第２～９字節為用戶６４位ＩＤ區，第１０、１１字節為ＣＲＣ校驗碼。
　　表1 RI-TRP-RR2B內的數據

　　２．２基于射頻識別技術的汽車防盜器
　　該系統以ＡＴＭＥＬ公司的ＡＴ８９Ｃ５１單片機為核心，其硬件組成如圖２所示。該系統由射頻識別裝置、外部存儲器、語音電路、時鐘電路、電源管理電路、看門狗和檢測控制電路組成。此系統的兼容性很高，可與其它防盜器配套使用，是一種性價比較高的汽車防盜裝置。該防盜報警系統的主要功能特點如下：

　　（１）普通汽車防盜器主要是采用鍵盤輸入方式對司機身份進行識別的，這種方式給駕駛帶來諸多不便，而且由于其密碼組合有限，較容易被竊取和破譯。而采用射頻識別技術來識別身份，則可有效解決這一問題。車主只須攜帶應答器（３２ｍｍ）靠近閱讀器的感應線圈（進入７ｃｍ左右的感應范圍），即可在瞬間完成身份識別，并且其密碼不宜破譯，因而大大提高了防盜效果。如果原有的應答器丟失，那么，使用者只須按下“學習”鍵，然后將備用的應答器靠近感應天線即可完成ＩＤ的學習，原有的ＩＤ會自動清除，同時使丟失的應答器失效，備用應答器生效。
　　（２）它的外部存儲器采用ＡＴＭＥＬ的ＡＴ２４Ｃ０１串型Ｅ２ＰＲＯＭ。ＡＴ２４Ｃ０１是具有Ｉ２Ｃ總線的１ｋ位電可擦除存儲器，可用來存儲車主的ＩＤ和突然掉電前單片機的標志信息。由于它是非易失性存儲器，所以，掉電后其存儲的信息不會丟失。重新上電后，系統又會回到掉電前的狀態，這樣可以有效地防止人為對汽車電源的破壞，提高安全性。
　　（３）語音電路以ＩＳＤ１４２０集成語音芯片為核心，結合調理和功放電路便可實現多段語音的錄放，而且其音質良好。利用該電路可以方便地實現防盜系統的安全提示和報警功能。
　　（４）電源管理電路和看門狗電路采用ＭＡＸ７０５來完成。該芯片兼有電源管理與看門狗的功能。其中電源管理與單片機軟件結合主要可用來對突然掉電進行數據保護，使單片機將掉電前瞬間的狀態信息保存到Ｅ２ＰＲＯＭ中，以備重新上電時讀取。而看門狗電路則可有效地進行單片機監控，防止汽車上的各種干擾使單片機陷入死循環，從而提高整機的穩定性和可靠性。
　　（５）檢測控制電路用來檢測汽車的各種狀態信息，以供單片機決策判斷之用。其中包括對車門的檢測、對電源的檢測、對剎車信號的檢測和對按鍵的檢測。控制電路則包括方向燈的控制、電源的控制、中控鎖的控制和輪轂鎖的控制。
　　３　射頻識別系統的軟件設計
　　射頻識別系統的軟件設計核心是對射頻卡發出的信號進行讀取和校驗。其中身份識別子程序流程圖如圖３所示。本系統中所用到的射頻卡是只讀卡，所以只需將其唯一的６４位ＩＤ讀出，然后經校驗無誤后與Ｅ２ＰＲＯＭ中已存的ＩＤ進行對比，即可確定車主身份。

　　３．１射頻信號的讀取
　　圖４給出了信號每個字節的格式，它由１０位組成。第一位是起始位，固定為１，最后一位是停止位，固定為０，第２～９位是實際發送的數據(最先收到的位為ＬＳＢ)，由于是負邏輯故數據需反相處理。

　　圖５所示是閱讀器讀取數據的時序。射頻卡發出的數據采用ＦＳＫ調制。操作時可將ＴＸＣＴ置為０，延時５０ｍｓ，然后再將ＴＸＣＴ恢復成１。此后約經過３ｍｓ，ＳＣＩＯ開始輸出數據。該數據的第一個字節即為起始字節，總共輸出１４字節數據。

　　３．２ＣＲＣ數據校驗算法
　　ＣＲＣ校驗是為了檢查信息字段是否傳送正確而設置的，它是信息字段的函數。本文采用１６位循環冗余校驗碼（ＣＲＣ－ＣＣＩＴＴ），其生成的多項式為：
　　ＣＲＣ校驗碼由于其實現簡單、準確率高而在通訊中廣泛采用。本文采用的ＣＲＣ－ＣＣＩＴＴ能檢測出所有的雙錯、奇數位錯、突發長度不大于１６的突發錯、９９．９９７％的突發長度為１７的突發錯和９９．９９８％的突發長度大于或等于１８的突發錯。ＣＲＣ校驗碼的運算可以用移位寄存器和半加器來實現，具體的校驗原理如圖６所示。發送端的校驗過程如下：

　　（１）先將ＣＲＣ校驗碼(２個字節)的初始值設定為００Ｈ，００Ｈ(圖６中０～１５表示ＣＲＣ的位０～１５)。
　　（２）ＣＲＣ校驗碼全部右移一位，并在Ａ處與要進行ＣＲＣ校驗的數據的第１位作ＸＯＲ運算。
　　(３)經步驟２運算后,Ａ處的結果如為１，則反相ＭＳＢ(位１５)，然后檢查ＭＳＢ是否為１，如ＭＳＢ為１則反相位１３和位１０，否則轉到步驟４。而如果Ａ處的結果為０，則檢查ＭＳＢ是否為１，若ＭＳＢ為１則反相位３和位１０，不是則轉到步驟４。
　　(４）檢查Ａ處是否已運算６４次，若不是，則重復步驟２到４。
　　(５)重復２～４步，做ＣＲＣ運算，所得最后數值就是ＣＲＣ校驗碼。
　　接收端校驗的過程實際是所有信息碼加上ＣＲＣ校驗碼，然后將其作為一個整體再求一次ＣＲＣ校驗的過程，如果最后結果是全零，則表示ＣＲＣ校驗正確，否則表示錯誤。
　　應答器信息的讀取必須嚴格按照其時序進行，否則將得不到所需的正確信息。限于篇幅，本文未列出具體程序。
　　４結束語
　　本文主要介紹了射頻識別技術應用于汽車防盜系統的方法和實現。筆者運用射頻識別技術研制的新型汽車防盜器，經過數次調試和試用，其性能不僅穩定,而且安全可靠。在實際應用中也取得了良好的效果。實踐表明，該防盜器具有技術先進、實用、方便、兼容性好、體積小和功能全等優點，是一種比較理想的汽車防盜系統