基于射頻識(shí)別的汽車防盜裝置的設(shè)計(jì)

射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)是從20世紀(jì)80年代逐漸走向成熟的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。射頻識(shí)別是無線電識(shí)別的簡稱，即通過無線電波進(jìn)行識(shí)別。射頻識(shí)別應(yīng)用電磁場，以非接觸、無視覺、高可靠的方式傳遞特定識(shí)別信息，適合用于汽車防盜裝置。

汽車防盜裝置應(yīng)具有無接觸、工作距離大、精度高、信息收集處理快捷及較好的環(huán)境適應(yīng)性等特點(diǎn)，以便加速信息的采集和處理。本文將介紹基于射頻識(shí)別技術(shù)的汽車防盜裝置的設(shè)計(jì)。這一系統(tǒng)克服了市場上使用的電池遙控裝置的弱點(diǎn)，能夠有效地達(dá)到汽車防盜的目的。

系統(tǒng)工作原理

本文的創(chuàng)新之處是以射頻識(shí)別技術(shù)為基礎(chǔ)，提出了汽車防盜裝置的方案。該方案的基本原理是將汽車啟動(dòng)的機(jī)械鑰匙與應(yīng)答器相結(jié)合，即將小型應(yīng)答器直接裝入到鑰匙把手內(nèi)。當(dāng)一個(gè)具有正確識(shí)別碼的鑰匙插入點(diǎn)火開關(guān)后，汽車才能用正確的方式進(jìn)行啟動(dòng)。該裝置能夠提供輸出信號(hào)控制點(diǎn)火系統(tǒng)，即使有人以破壞方式進(jìn)入汽車內(nèi)部，也不能通過配制鑰匙啟動(dòng)汽車達(dá)到盜竊的目的。系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)原理框圖

射頻識(shí)別系統(tǒng)組成

一個(gè)典型的射頻識(shí)別系統(tǒng)由兩部分組成，應(yīng)答器（又稱電子標(biāo)簽、射頻卡）和閱讀器（又稱讀寫器、讀卡器），其基本組成如圖2所示。應(yīng)答器是信息的載體，應(yīng)置于要識(shí)別的物體上或由個(gè)人攜帶；閱讀器可以具有讀或讀/寫功能，這取決于系統(tǒng)所用應(yīng)答器的性能。

圖2 射頻識(shí)別系統(tǒng)的組成

1 應(yīng)答器

應(yīng)答器是射頻識(shí)別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體，由線圈（天線）和用于存儲(chǔ)有關(guān)應(yīng)用標(biāo)識(shí)信息的存儲(chǔ)器及微電子芯片組成。基于不同的應(yīng)用，對(duì)應(yīng)答器的體積、性能等的要求也各不相同。一般來說應(yīng)答器的主要功能、特點(diǎn)有：具有信息存儲(chǔ)、處理能力；可接收、發(fā)送無線信號(hào)，外圍部件少，功耗低，能在低電壓下工作；依據(jù)不同需要，具有無線、射頻微波探測器、調(diào)制器、解調(diào)器、控制邏輯即存儲(chǔ)器等部件；多種工作距離。

2 閱讀器

閱讀器應(yīng)能實(shí)現(xiàn)下述功能：向應(yīng)答器提供射頻能量；從應(yīng)答器中讀出數(shù)據(jù)或?qū)懭霐?shù)據(jù)至應(yīng)答器；完成數(shù)據(jù)信息處理，并實(shí)現(xiàn)應(yīng)用操作；如果需要，應(yīng)能和高層處理應(yīng)用交互。

雖然因頻率范圍、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)傳輸方法的不同，各種閱讀器會(huì)有很大的區(qū)別，但是所有的閱讀器在上述功能上是很相似的。閱讀器的組成如圖3所示。圖3中各部分的功能如下。發(fā)送通道：對(duì)載波信號(hào)進(jìn)行功率放大；向應(yīng)答器傳送操作命令及寫數(shù)據(jù)。接收通道：接收應(yīng)答器傳送至閱讀器的響應(yīng)及數(shù)據(jù)。載波產(chǎn)生器：采用晶體振蕩器，產(chǎn)生所需頻率的載波信號(hào)，并保證載波信號(hào)的頻率穩(wěn)定度。時(shí)鐘產(chǎn)生電路：通過分頻器形成工作所需的各種時(shí)鐘。MCU：微控制器是讀寫器工作的核心，完成收發(fā)控制、向應(yīng)答器發(fā)命令及寫數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)讀取與處理、與高層處理應(yīng)用系統(tǒng)的通信等工作。天線：與應(yīng)答器形成耦合交連。

圖3 閱讀器組成結(jié)構(gòu)框圖

硬件電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中的硬件電路設(shè)計(jì)主要選擇了射頻識(shí)別基站芯片U2270B、單片機(jī)AT89S51、語音合成芯片ISD2560和雙RS232發(fā)送/接收器MAX232等。

1 U2270B在系統(tǒng)中的應(yīng)用

U2270B是非接觸識(shí)別系統(tǒng)中典型的一種低頻讀寫基站芯片，它是應(yīng)答器和單片機(jī)之間的接口。一方面向應(yīng)答器傳輸能量、交換數(shù)據(jù)，另一方面負(fù)責(zé)應(yīng)答器和單片機(jī)的數(shù)據(jù)通信。本系統(tǒng)的射頻電路如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)射頻電路圖

2 AT89S51與ISD2560的通信

語音報(bào)警電路以美國ISD公司生產(chǎn)的語音合成芯片ISD2560為核心，該芯片采用EEPROM將模擬語音信號(hào)直接寫入半導(dǎo)體存儲(chǔ)單元中，無須另加A/D或D/A變換來存放或重放。該器件有音質(zhì)自然、使用方便、單片存放、反復(fù)錄音、低功耗等許多特點(diǎn)。車主開車時(shí)，如果應(yīng)答器里面的密鑰正確，單片機(jī)就發(fā)出正確的信號(hào)給汽車電子點(diǎn)火系統(tǒng)，汽車才可以啟動(dòng)，此時(shí)語音報(bào)警電路不工作；如果有人非法用配置鑰匙啟動(dòng)汽車時(shí)，單片機(jī)就發(fā)出信號(hào)給語音系統(tǒng)，語音系統(tǒng)立刻發(fā)出報(bào)警聲音。
在實(shí)際電路設(shè)計(jì)時(shí)，將單片機(jī)AT89S51的P1口、P3.4和P3.5與ISD2560的地址線相連，用以設(shè)置語音段的起始地址。P3.0～P3.3用以控制錄放音狀態(tài)。AT89S51與ISD2560的接口電路如圖5所示。

圖5 AT89S51與ISD2560接口電路

3 AT89S51與MAX232的通信

在PC中一般有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)RS-232C串行接口COM1和COM2。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最高數(shù)據(jù)傳送速率可達(dá)19.2Kb/s，最長傳送電纜可達(dá)15m。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的電平采用負(fù)邏輯，規(guī)定+3～+15V之間的任意電平為邏輯“0”電平，-3～-15V之間的任意電平為邏輯“1”電平，與TTL和CMOS電平是不同的。在接口電路和計(jì)算機(jī)接口芯片中大都為TTL或CMOS電平，所以在通信時(shí)，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，以便與RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的電平匹配。MAX232芯片可以完成電平轉(zhuǎn)換這一工作。

MAX232芯片是Maxim公司生產(chǎn)的低功耗、單電源雙RS232發(fā)送/接收器，它的內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變換器，可以把輸入的+5V電源變換成RS-232C輸出電平所需10V電壓，所以采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只要單一的+5V電源就可以了。AT89S51與MAX232的接口電路如圖6所示。

圖6 AT89S51與MAX232的接口電路

軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括讀卡軟件設(shè)計(jì)、寫卡軟件設(shè)計(jì)、語音報(bào)警程序設(shè)計(jì)和串行通信程序設(shè)計(jì)等。下面給出讀卡軟件的具體設(shè)計(jì)方案。

IC卡發(fā)射數(shù)據(jù)由基站天線接收后，由U2270B處理后經(jīng)基站的Output腳把得到的數(shù)據(jù)流發(fā)給微處理器AT89S51的輸入口。這里基站只完成信號(hào)的接收和整流的工作，而信號(hào)的解調(diào)解碼的工作要由微處理器來完成。微處理器要根據(jù)輸入信號(hào)在高電平、低電平的持續(xù)時(shí)間來模擬時(shí)序進(jìn)行解碼操作。