基于射頻識別的汽車(chē)防盜裝置的設計

射頻識別（RFID）技術(shù)是從20世紀80年代逐漸走向成熟的一種自動(dòng)識別技術(shù)。射頻識別是無(wú)線(xiàn)電識別的簡(jiǎn)稱(chēng)，即通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波進(jìn)行識別。射頻識別應用電磁場(chǎng)，以非接觸、無(wú)視覺(jué)、高可靠的方式傳遞特定識別信息，適合用于汽車(chē)防盜裝置。

汽車(chē)防盜裝置應具有無(wú)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別技術(shù)的汽車(chē)防盜裝置的設計。這一系統克服了市場(chǎng)上使用的電池遙控裝置的弱點(diǎn)，能夠有效地達到汽車(chē)防盜的目的。

系統工作原理

本文的創(chuàng )新之處是以射頻識別技術(shù)為基礎，提出了汽車(chē)防盜裝置的方案。該方案的基本原理是將汽車(chē)啟動(dòng)的機械鑰匙與應答器相結合，即將小型應答器直接裝入到鑰匙把手內。當一個(gè)具有正確識別碼的鑰匙插入點(diǎn)火開(kāi)關(guān)后，汽車(chē)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控制點(diǎn)火系統，即使有人以破壞方式進(jìn)入汽車(chē)內部，也不能通過(guò)配制鑰匙啟動(dòng)汽車(chē)達到盜竊的目的。系統原理圖如圖1所示。

圖1 系統原理框圖

射頻識別系統組成

一個(gè)典型的射頻識別系統由兩部分組成，應答器（又稱(chēng)電子標簽、射頻卡）和閱讀器（又稱(chēng)讀寫(xiě)器、讀卡器），其基本組成如圖2所示。應答器是信息的載體，應置于要識別的物體上或由個(gè)人攜帶；閱讀器可以具有讀或讀/寫(xiě)功能，這取決于系統所用應答器的性能。

圖2 射頻識別系統的組成

1 應答器

應答器是射頻識別系統真正的數據載體，由線(xiàn)圈（天線(xiàn)）和用于存儲有關(guān)應用標識信息的存儲器及微電子芯片組成。基于不同的應用，對應答器的體積、性能等的要求也各不相同。一般來(lái)說(shuō)應答器的主要功能、特點(diǎn)有：具有信息存儲、處理能力；可接收、發(fā)送無(wú)線(xiàn)信號，外圍部件少，功耗低，能在低電壓下工作；依據不同需要，具有無(wú)線(xiàn)、射頻微波探測器、調制器、解調器、控制邏輯即存儲器等部件；多種工作距離。

2 閱讀器

閱讀器應能實(shí)現下述功能：向應答器提供射頻能量；從應答器中讀出數據或寫(xiě)入數據至應答器；完成數據信息處理，并實(shí)現應用操作；如果需要，應能和高層處理應用交互。

雖然因頻率范圍、通信協(xié)議、數據傳輸方法的不同，各種閱讀器會(huì )有很大的區別，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：對載波信號進(jìn)行功率放大；向應答器傳送操作命令及寫(xiě)數據。接收通道：接收應答器傳送至閱讀器的響應及數據。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，并保證載波信號的頻率穩定度。時(shí)鐘產(chǎn)生電路：通過(guò)分頻器形成工作所需的各種時(shí)鐘。MCU：微控制器是讀寫(xiě)器工作的核心，完成收發(fā)控制、向應答器發(fā)命令及寫(xiě)數據、數據讀取與處理、與高層處理應用系統的通信等工作。天線(xiàn)：與應答器形成耦合交連。

圖3 閱讀器組成結構框圖

硬件電路設計

本系統中的硬件電路設計主要選擇了射頻識別基站芯片U2270B、單片機AT89S51、語(yǔ)音合成芯片ISD2560和雙RS232發(fā)送/接收器MAX232等。

1 U2270B在系統中的應用

U2270B是非接觸識別系統中典型的一種低頻讀寫(xiě)基站芯片，它是應答器和單片機之間的接口。一方面向應答器傳輸能量、交換數據，另一方面負責應答器和單片機的數據通信。本系統的射頻電路如圖4所示。

圖4 系統射頻電路圖

2 AT89S51與ISD2560的通信

語(yǔ)音報警電路以美國ISD公司生產(chǎn)的語(yǔ)音合成芯片ISD2560為核心，該芯片采用EEPROM將模擬語(yǔ)音信號直接寫(xiě)入半導體存儲單元中，無(wú)須另加A/D或D/A變換來(lái)存放或重放。該器件有音質(zhì)自然、使用方便、單片存放、反復錄音、低功耗等許多特點(diǎn)。車(chē)主開(kāi)車(chē)時(shí)，如果應答器里面的密鑰正確，單片機就發(fā)出正確的信號給汽車(chē)電子點(diǎn)火系統，汽車(chē)才可以啟動(dòng)，此時(shí)語(yǔ)音報警電路不工作；如果有人非法用配置鑰匙啟動(dòng)汽車(chē)時(shí)，單片機就發(fā)出信號給語(yǔ)音系統，語(yǔ)音系統立刻發(fā)出報警聲音。
在實(shí)際電路設計時(shí)，將單片機AT89S51的P1口、P3.4和P3.5與ISD2560的地址線(xiàn)相連，用以設置語(yǔ)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)標準RS-232C串行接口COM1和COM2。該標準規定最高數據傳送速率可達19.2Kb/s，最長(cháng)傳送電纜可達15m。RS-232C標準的電平采用負邏輯，規定+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。在接口電路和計算機接口芯片中大都為T(mén)TL或CMOS電平，所以在通信時(shí)，必須進(jìn)行電平轉換，以便與RS-232C標準的電平匹配。MAX232芯片可以完成電平轉換這一工作。

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

軟件系統設計

系統軟件設計包括讀卡軟件設計、寫(xiě)卡軟件設計、語(yǔ)音報警程序設計和串行通信程序設計等。下面給出讀卡軟件的具體設計方案。

IC卡發(fā)射數據由基站天線(xiàn)接收后，由U2270B處理后經(jīng)基站的Output腳把得到的數據流發(fā)給微處理器AT89S51的輸入口。這里基站只完成信號的接收和整流的工作，而信號的解調解碼的工作要由微處理器來(lái)完成。微處理器要根據輸入信號在高電平、低電平的持續時(shí)間來(lái)模擬時(shí)序進(jìn)行解碼操作。