基于RFID的汽车防盗系统设计与实现

来源：电子元器件应用; 作者：李双华 曾春年
0引言
射频识别技术(RFID，即Radio Frequency I-dentification)是从20世纪80年代开始走向成熟的一项自动识别技术。它利用射频方式进行非接触式双向通信方式来交换数据以达到识别目的。可用于识别高速运动物体并可同时识别多个射频卡，而且操作快捷方便，不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境，特别适合于实现系统的自动化且不易损坏。本文介绍的射频识别系统是将射频识别技术应用到汽车防盗系统中的一次成功尝试。
1 RFID汽车防盗系统概述
随着科技的发展，汽车防盗装置日趋严密和完善，目前防盗器按其结构与功能可分四大类：机械式、电子式、芯片式和网络式，虽然各有优劣，但汽车防盗的发展方向则向智能程度更高的芯片式和网络式发展。 RFID汽车防盗系统属于芯片式防盗系统，它是RFID的新应用。由于这是一种足够小的、能够封装到汽车钥匙当中并含有特定码字的射频卡。该系统在汽车方向盘下安装有阅读器，阅读器离点火钥匙的距离小于7厘米，当插入一把带有应答器的正确钥匙并打到"M"位时，汽车防盗系统上电工作，阅读器读取到有效的UID号，系统语音提示钥匙正确，并自动完成对码、解锁发动机电脑，否则语音报警，发动机电脑处于闭锁状态，发动机管理系统(EMS)锁定油路和引擎，发动机点火和喷油的控制被切断，汽车无法启动，汽车的中央计算机也就能容易地防止短路点火，实现防盗功能。

2 RFID汽车防盗系统组成原理
RFID系统为该汽车防盗系统的核心组成部分。一般由标签(TAG，即射频卡)、阅读器、射频天线三部分组成。标签由耦合元件及芯片组成，含有内置天线，用于和射频天线间通讯；阅读器用于读取(在读写卡中还可以写入)标签信息；射频天线用于在标签和读取器间传递射频信号。系统的基本工作流程是阅读器通过射频天线发送一定频率的射频信号；射频卡进入射频天线工作区域时即产生感应电流，射频卡获得能量被激活，然后由射频卡将自身编码等信息通过卡内天线发送出去；射频天线接收到从射频卡发送来的载波信号，并经调节器传送到阅读器后，阅读器对接收的信号进行解调和解码，然后送到后台主系统进行相关处理；主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，同时针对不同的设定做出相应的处理和控制，并发出指令信号控制执行机构动作。

3 RFID汽车防盗系统硬件设计
本RFID汽车防盗系统以RFID系统为核心组成。汽车防盗系统硬件控制单元选用Motorola(Freescale)的16位单片机MC9S12D64，射频识别系统由阅读器S6700、应答器TAG-IT和射频天线组成。此外，系统还包括存储电路(AT24C01)，检测电路，语音电路和CAN总线通讯电路。RFID汽车防盗系统的硬件设计框图如图1所示。



本系统中的控制单元单片机MC9S12D64延续了飞思卡尔半导体在车用微控制器领域的优良传统，是以速度更快的S12内核(Star Core)为核心的MC9S12系列单片机成员，这两种器件管脚兼容，存储器可以得到升级。并且片内有多种外围设备可供选择。MC9S12D64共有8种工作模式，模式的设定可通过复位期间采集BKGD、MODB、MODA三个引脚的状态来实现，这样可增强应用的可选择性。
控制单元主要负责与应用系统软件进行通信、执行应用系统软件发来的命令、控制与射频卡的通信过程(主-从原则)及信号的编解码、对一些特殊的系统还要执行反碰撞算法、对射频卡与阅读器问要传送的数据进行加密和解密，以及进行射频卡和阅读器间的身份验证等附加功能。
S6700 IC卡读写多协议收发器与应答器TAG-IT共同组成射频系统，S6700采用13.56 MHz工作频率。并具有防冲突机制。由于S6700采用的是曼彻斯特编码方式，故能允许多张卡同时读写而不会发生冲突。典型发送功率为200 mW。它支持的协议包括TI TAG-IT协议、ISO／IEC15693-2协议和ISO／IEC 14443-2协议。S6700与CPU的接口为同步串行接口(SPI)。SCLOCK、DIND、OUT分别为时钟线、数据输入线、数据输出线。时钟线为双向，DOUT在接收数据期间用于数据输出，而在发送数据期间则用来指示S6700内部FIFO寄存器的情况。
应答器TAG-IT完全兼容ISO／IEC15693协议。卡内有64位的UID(卡号)和8位的AFI (应用识别号)、8位的DSFID(数据存储格式)，其中UID是不可修改的。另外，卡内有2 KB的EEPROM，分成64块，每块32Bit，每个块均可锁定，以保护数据免于修改。射频系统的阅读器电路设计图如图2所示。



AT24C01是具有I2C总线的1K位电可擦除存储器，具有独立的写周期(最大10 ms)