《冶金自动４Ｅ｝２０１２年Ｓ２基于ＲＦｍ技术的汽车防盗系统的设计张武（中冶京诚工程技术有限公司电气工程技术所，北京１００１７６）摘要：射频识别（ＲＦＩＤ）是一种新兴的自动识别技术，它成功地实现了多目标的跟踪与识别。它以非接触性、存储容量大、识别速度快、可以多卡识别等优子其他自动识别技术的特性在近年来受到人们的广泛重视。其关键技术是数据传输的完整性和安全性。本文介绍的汽车防盗系统，技术先进，系统稳定，安全性高，可靠性好，同时又低成本、小体积、低功耗，操作简单。关键词：射频识别；读卡器；电子标签；天线Ｏ引言ＲＦＩＤ射频识别技术是一种无线的、非接触式的自动识别技术【１］，此技术目前已经在公共交通、门禁、物流、生产自动化等领域得到广泛应用。随着汽车的大量应用，汽车丢失现象也日趋严重，为了更好地保障用户利益，我们设计并研发了此防盗系统，目前此系统还处于设计阶段。文中介绍了ＲＦＩＤ防盗系统的软件及硬件设计，其中分别对硬件设计及软件设计中的车载基站和电子标签两部分进行了阐述。１汽车ＲＫＥ系统的硬件设计基于无线射频技术设计的汽车ＲＫＥ（ＲｅｍｏｔｅＫｅｙｌｅｓｓ圈１车载薹蛄系统枢舶１．１．１Ｅｎｔｒｙ，远程无钥匙进入）系统，利用ＲＦＩＤＣＰＵ芯片技术实现了在一定覆盖范围内。车载基站对电子钥匙的检验。通过该系统，当车主携带合法的电子钥匙靠近汽车时，汽车能够通过校验来确定车主身份，进而自动打开车门或者禁止普通钥匙开锁。整个系统主要由车载基站，电子标签及天线三部分组成。１．１车载基站的设计作为基于无线射频技术的汽车砌（Ｅ系统的重要组成部分，车载基站实现车辆对电子钥匙的识别，进而判定车主的身份。同时，车载基站还实现了对车辆中控锁以及车灯等车体信号的控制。车载基站主要由控制芯片、低频发射模块、高频接收模块、汽车控制接口等模块组成，系统框图如图ｌ所示。ＣＰＵ芯片采用ＭＣ９ＳＯＳＡＷｌ６，此芯片是首个能支持５Ｖ并基于高性能ＨＣＳ０８核系列成员。它包含众多有价值的特性：１６ＫＢｆｌａｓｈ存储器、ｌＫＢＲＡＭ、灵活而无需外部元件的内部时钟发生器、低压检测、高性能模数转换器（ＡＤＣ）、串行通信模块等。即使在各类恶劣环境下，９Ｓ０８ＡＷ系列亦能达到极佳的ＥＭＣ性能。它提供了不同的引脚数（６４。４８或４４）、封装选项（ＱＦＰ，ＬＱＦＰ或ＱＦＮ）及温度范围（一４０一８５℃和一４０一１２５。Ｃ）。该器件适于工业与汽车应用。１．１．２低频（ＬＦ）发射模块设计在低频发射模块的设计中，发射芯片采用美国德州仪器公司（Ⅱ）的ＴＭＳ３７０５Ａ芯片。它被广收稿日期：２０１２－０４－２７；修改稿收到日期：２０１２－０５－０４作者简介：张武（１９７７．），山东青岛人，工程师，硕士，主要从事钢厂电气工厂设计及自动化系统设计工作。・４４８・《冶金自动４艺））２０１２年Ｓ２泛应用在无线射频系统中的基站上，作为低频发射模块。芯片的ＴＸＣＴ引脚与微处理器的ＰＴＥ３引脚相连，接收由ＣＰＵ发送过来的数据调制信号。当系统处于工作状态时，通过基站的天线，发送调制信号，并且探测和解调电子标签的响应信号。ＴＭＳ３７０５Ａ是１ｒＩ公司生产的ＲＦＩＤ前端模拟芯片，通过ＴＸＣＴ引脚接收来自ＭＣ９Ｓ０８ＡＷ’１６微处理器芯片的１６位编码信号，由引脚ＡＮＴＩ输出给外围信号调制电路，调制信号由基站天线发送出去。１．１。３高频（ＵＨＦ）接收模块在本次设计中，高频接收部分采用市购３１５ＭＨｚ的高频接收模块，超外差工作方式，ＳＡＷ谐振，具有稳定性强、抗干扰性强等特点，可直接与单片机连接使用，广泛应用于遥控车库门、伸缩门、道闸、工业控制，通信及安防等领域。当电子标签进人到基站的感应范围内，电子标签被唤醒发射信号，通过高频接收模块接收到的信号，由ＭＣ９Ｓ０８ＡＷｌ６微处理器判断电子标签的有效性。若判断为正常有效的电子标签，则由ＣＰＵ发送控制信号，汽车防盗系统解除，车门、转向灯、指示灯等动作；若判断为非法无效电子标签，则系统仍然处于防盗状态。１．１．４电源模块基于本系统的最终产品是安放在汽车内，所以系统电源都是来自于汽车蓄电池部分。从汽车蓄电池取到１２Ｖ电源，通过电源模块输出５Ｖ电压，这就是系统芯片所需的电压来源。在电源模块的设计中，为微处理器引入一个Ｋｅｙｏｎ信号。当汽车起动时，１２Ｖ电压信号通过转换电路提供一个数字信号，由此判断汽车的启动／停止状态。继而触发继电器，开启发动机和油门等。１．２电子标签的设计在电子标签的设计中，ＣＰＵ芯片采用ＭＣ９ＳＯＳＱＣＡ，接收模块采用１ｒＩ公司的ＴＭＳ３７１２２芯片。１．２．１ＭＣ９Ｓ０８ＱＣＡ芯片ＭＣ９Ｓ０８ＱＧ４芯片采用高性能、低功耗ＨＣＳ０８内核，有很高的集成度。芯片高紧凑的硬件结构，高集成度以及低功耗的设计，都是符合系统设计中对电子标签的要求，即使工作电压在低于１．８Ｖ时，芯片也能发挥最大效能。１．２．２接收模块在电子标签设计中，射频接收模块采用，Ｉ＇Ｉ公司的ＴＭＳ３７１２２接收芯片，它是三维模拟前端电路集成芯片，可以接收三个任意方向天线发送来的低频信号。芯片的读取距离为２．５—３１１１，具有可编程的唤醒模式和低频监视，通过ｗａｋｅｕｐ输出来驱动外部设备，进而唤醒外部设备。为了降低电流消耗，可以选择关闭不使用天线，进而使电流降低到２舭。低电流消耗的特性提高了芯片的使用寿命，使芯片更加适用于低功耗的应用。在本次设计中，汽车在布防状态下，基站的低频发射模块一直处于工作状态，通过基站天线向周围发送射频信号。当车主手持电子钥匙进入基站射频信号辐射范围内时，电子钥匙上的ＣＰＵ通过检测基站射频信号幅度衰减，进行脉冲位置解调，得出１６位编码，进行比对，得出正确的识别码，利用电子标签天线以高频信号发送给基站。至此完成信号的传输过程。当识别到电子标签是有效时，汽车鸣笛一声，提示车主汽车布防状态解除，车门自动打开，汽车转向灯闪烁一下。１．３天线设计任何依靠电磁波传送信息的无线电设备都需要天线口。１。天线是一种转能器，发射时，它把发射机的高频电流转化成空间电磁波；接收时，它又把从空间截获的电磁波转换成高频电流送入接收机。对于设计一个应用在射频识别系统中的无线收发设备来说，天线的设计是其中的重要部分。设计良好的天线系统可以使通信距离达到最佳。天线主要分为两部分：电子标签上的集成天线和基站环形天线。可以说，在无线射频系统中，天线的作用是十分重要的，它是基站和电子标签之间进行通信的硬件基础。当电子标签进入基站信号辐射范围时，标签上天线接收到辐射信号，经标签ＣＰＵ芯片判断信号是否有效。若有效，则由天线发射高频信号，基站高频模块接收信号；再经过基站ＣＰＵ判断，由天线发射低频信号。可见，天线在整个系统的正常工作中发挥着举足轻重的作用。天线工作的基本原理就是谐振原理。由于应答器线圈中感应的电压将用于给无源应答器中的微型芯片供电，因此，为了显著提高供电效率，将一个电容器ｃ与读写器的天线线圈并联或者串・４４９・《冶金自动４艺））２０１２年Ｓ２联，它就与天线线圈的电感一起，构成谐振频率和读写器发射频率相符的谐振电路。其发生谐振的条件是电路感抗和容抗相等，谐振频率可由式，＝—』－＝＝给出。２，ｔｒ，／ＬＣ２汽车ＲＫＥ系统的软件设计２．１车载基站的软件设计车载基站的主要功能是：接收钥匙的高频信号，判断钥匙的验证码是否正确，然后去控制汽车ＥＣＵ执行防盗、解除防盗状态等操作。基站软件流程如图２所示。在正常防盗状态下，软件的初始化为：（１）系统上电出示黄灯闪烁为报警状态；（２）循环侦测目标；（３）对接收的数据进行解码验证；（４）验证通过后，转向灯闪烁一下。图２基站软件流程首先对系统进行初始化，接着进行唤醒等待。若接收到唤醒信号（基站发送），则判断是不是唤・４５０・醒信号的起始位。若不是，则继续等待；若是唤醒信号的起始位，则开始接收探测码。在接收完探测码后，清零相应的标志位。最后，将所接收到的探测码与钥匙内预先保存的码进行比较，如果相同，就驱动ＵＨＦ发送高频信号给基站；若不同，则重新进人唤醒等待。电子标签软件流程如图３所示。图３标签软件流程图３实验情况该系统的设计目前是在实验室设计研发阶段，基站及电子标签的硬件设计及软件设计已基本完成，并对车辆进行过实体试验，效果成效基本能达到设计初衷。接下来还需要对系统功耗、天线设计、通信的抗干扰性及数据加密等进一步完善。参考文献：［１］ＫｌａｕｓＦｉｎｋｅｎｚｅｌｌｅｒ（德）．射频识别（ＲＦＩＤ）技术——无线电感应的应答器和非接触Ｉｃ卡的原理和应用［Ｍ］．陈大材，译．２版．北京：电子工业出版社，２００１．［２］ＢｄａｎｉｓＣＡ．ＡｎｔｅｎｎａＴｈｅｏｒｙ，ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＤｅｓｉｇｎ［Ｍ］．［ｓ．１．］：ＪｏｈｎＷｉｌｅｙ＆ｓｏｎｓ，Ｉｎｅ．，１９７７．［３］马汉炎．天线技术［Ｍ］．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，２０００：４５．６０．［编辑：初秀兰］２．２电子标签的软件设计
