基于射频识别的汽车防盗装置的设计

    射频识别（RFID）技术是从20世纪80年代逐渐走向成熟的一种自动识别技术。射频识别是无线电识别的简称，即通过无线电波进行识别。射频识别应用电磁场，以非接触、无视觉、高可靠的方式传递特定识别信息，适合用于汽车防盗装置。

    汽车防盗装置应具有无接触、工作距离大、精度高、信息收集处理快捷及较好的环境适应性等特点，以便加速信息的采集和处理。本文将介绍基于射频识别技术的汽车防盗装置的设计。这一系统克服了市场上使用的电池遥控装置的弱点，能够有效地达到汽车防盗的目的。

系统工作原理

    本文的创新之处是以射频识别技术为基础，提出了汽车防盗装置的方案。该方案的基本原理是将汽车启动的机械钥匙与应答器相结合，即将小型应答器直接装入到钥匙把手内。当一个具有正确识别码的钥匙插入点火开关后，汽车才能用正确的方式进行启动。该装置能够提供输出信号控制点火系统，即使有人以破坏方式进入汽车内部，也不能通过配制钥匙启动汽车达到盗窃的目的。系统原理图如图1所示。

图1  系统原理框图

射频识别系统组成

    一个典型的射频识别系统由两部分组成，应答器（又称电子标签、射频卡）和阅读器（又称读写器、读卡器），其基本组成如图2所示。应答器是信息的载体，应置于要识别的物体上或由个人携带；阅读器可以具有读或读/写功能，这取决于系统所用应答器的性能。

图2  射频识别系统的组成

1 应答器

    应答器是射频识别系统真正的数据载体，由线圈（天线）和用于存储有关应用标识信息的存储器及微电子芯片组成。基于不同的应用，对应答器的体积、性能等的要求也各不相同。一般来说应答器的主要功能、特点有：具有信息存储、处理能力；可接收、发送无线信号，外围部件少，功耗低，能在低电压下工作；依据不同需要，具有无线、射频微波探测器、调制器、解调器、控制逻辑即存储器等部件；多种工作距离。

2 阅读器

    阅读器应能实现下述功能：向应答器提供射频能量；从应答器中读出数据或写入数据至应答器；完成数据信息处理，并实现应用操作；如果需要，应能和高层处理应用交互。

    虽然因频率范围、通信协议、数据传输方法的不同，各种阅读器会有很大的区别，但是所有的阅读器在上述功能上是很相似的。阅读器的组成如图3所示。图3中各部分的功能如下。发送通道：对载波信号进行功率放大；向应答器传送操作命令及写数据。接收通道：接收应答器传送至阅读器的响应及数据。载波产生器：采用晶体振荡器，产生所需频率的载波信号，并保证载波信号的频率稳定度。时钟产生电路：通过分频器形成工作所需的各种时钟。MCU：微控制器是读写器工作的核心，完成收发控制、向应答器发命令及写数据、数据读取与处理、与高层处理应用系统的通信等工作。天线：与应答器形成耦合交连。

图3  阅读器组成结构框图

硬件电路设计

    本系统中的硬件电路设计主要选择了射频识别基站芯片U2270B、单片机AT89S51、语音合成芯片ISD2560和双RS232发送/接收器MAX232等。

1 U2270B在系统中的应用

    U2270B是非接触识别系统中典型的一种低频读写基站芯片，它是应答器和单片机之间的接口。一方面向应答器传输能量、交换数据，另一方面负责应答器和单片机的数据通信。本系统的射频电路如图4所示。

图4  系统射频电路图

2 AT89S51与ISD2560的通信

    语音报警电路以美国ISD公司生产的语音合成芯片ISD2560为核心，该芯片采用EEPROM将模拟语音信号直接写入半导体存储单元中，无须另加A/D或D/A变换来存放或重放。该器件有音质自然、使用方便、单片存放、反复录音、低功耗等许多特点。车主开车时，如果应答器里面的密钥正确，单片机就发出正确的信号给汽车电子点火系统，汽车才可以启动，此时语音报警电路不工作；如果有人非法用配置钥匙启动汽车时，单片机就发出信号给语音系统，语音系统立刻发出报警声音。
在实际电路设计时，将单片机AT89S51的P1口、P3.4和P3.5与ISD2560的地址线相连，用以设置语音段的起始地址。P3.0～P3.3用以控制录放音状态。AT89S51与ISD2560的接口电路如图5所示。

图5  AT89S51与ISD2560接口电路

3 AT89S51与MAX232的通信

    在PC中一般有两个标准RS-232C串行接口COM1和COM2。该标准规定最高数据传送速率可达19.2Kb/s，最长传送电缆可达15m。RS-232C标准的电平采用负逻辑，规定+3～+15V之间的任意电平为逻辑“0”电平，-3～-15V之间的任意电平为逻辑“1”电平，与TTL和CMOS电平是不同的。在接口电路和计算机接口芯片中大都为TTL或CMOS电平，所以在通信时，必须进行电平转换，以便与RS-232C标准的电平匹配。MAX232芯片可以完成电平转换这一工作。

    MAX232芯片是Maxim公司生产的低功耗、单电源双RS232发送/接收器，它的内部有一个电源电压变换器，可以把输入的+5V电源变换成RS-232C输出电平所需±10V电压，所以采用此芯片接口的串行通信系统只要单一的+5V电源就可以了。AT89S51与MAX232的接口电路如图6所示。

图6  AT89S51与MAX232的接口电路

软件系统设计

    系统软件设计包括读卡软件设计、写卡软件设计、语音报警程序设计和串行通信程序设计等。下面给出读卡软件的具体设计方案。

    IC卡发射数据由基站天线接收后，由U2270B处理后经基站的Output脚把得到的数据流发给微处理器AT89S51的输入口。这里基站只完成信号的接收和整流的工作，而信号的解调解码的工作要由微处理器来完成。微处理器要根据输入信号在高电平、低电平的持续时间来模拟时序进行解码操作。