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射頻識別芯片在汽車智能防盜報警裝置中的應(yīng)用

文章出處:http://m.overnightmodel.com 作者:21IC   人氣: 發(fā)表時間:2011年10月19日

[文章內(nèi)容簡介]:介紹了以TMS3705為射頻基站的射頻識別系統(tǒng),給出了其在汽車智能防盜裝置中的應(yīng)用工作原理、硬件組成,以及軟件設(shè)計方法和軟件流程;同時介紹了為提高識別可靠性而對TMS3705信息讀取采用的16位循環(huán)冗余校驗的具體算法。

射頻識別(Radio Frequency Identification,以下簡稱RFID)技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的一項新技術(shù),它是射頻技術(shù)和IC卡技術(shù)有機結(jié)合的產(chǎn)物。較之普通的磁卡和IC卡,RFID技術(shù)具有使用方便、數(shù)據(jù)交換速度快、便于維護和使用壽命長等優(yōu)點。特別是它解決了無源(卡中無電源)和免接觸這兩大難題。與磁卡、IC卡等接觸式識別技術(shù)不同,RFID系統(tǒng)的應(yīng)答器和讀寫器之間無須物理接觸就可完成識別功能,因而可實現(xiàn)多目標(biāo)識別、運動目標(biāo)識別,因而可應(yīng)用在更廣泛的場合。文中介紹的射頻識別系統(tǒng)和相應(yīng)的數(shù)據(jù)校驗算法是射頻識別技術(shù)在汽車防盜器中應(yīng)用的一次成功嘗試。

1 射頻識別基本原理
典型的射頻識別系統(tǒng)由應(yīng)答器(Transponder)、閱讀器(Reader)以及數(shù)據(jù)交換和管理系統(tǒng)等組成。該系統(tǒng)的基本工作原理為:閱讀器讀寫終端不斷地發(fā)出一組固定頻率(一般為134.2 kHz)的電磁波信號,這樣,當(dāng)非接觸式卡(應(yīng)答器)片內(nèi)的一個LC串聯(lián)諧振電路進入閱讀器讀寫終端的工作區(qū)域內(nèi),且其工作頻率與讀寫終端發(fā)送信號的頻率相同時,在電磁波激勵下,LC諧振電路產(chǎn)生共振。共振使卡內(nèi)的電容有了電荷,此時在電容另一端接的一個單向?qū)娮颖镁涂梢詫㈦娙輧?nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)并存儲。當(dāng)所積累的電荷的電壓值達(dá)到2V時,這個電壓就可作為應(yīng)答器的工作電源。此時,應(yīng)答器響應(yīng)閱讀器的要求,并將信息調(diào)制,同時發(fā)出以供閱讀器解調(diào)讀取。應(yīng)答器內(nèi)的E2PROM用來存儲其唯一電子標(biāo)簽的ID號(編碼長度為64位)以及其它用戶數(shù)據(jù)。



2 射頻識別汽車防盜報警器設(shè)計
本文研制的射頻識別系統(tǒng)是以美國德州儀器公司的TMS3705為射頻信號讀寫芯片,并以該公司的RI-TRP-RR2B(只讀型)作為應(yīng)答器。該設(shè)計中的基站芯片與微處理器(MCU)的通信只需兩根通用I/0口線即可,因而使用起來十分方便。調(diào)制解調(diào)電路如圖1所示.
應(yīng)答器發(fā)射的信號經(jīng)閱讀器天線接收、基站處理后即可送至微處理器的I/O口。送入閱讀器的是FSK(Frequency Shift Keyed)信號,閱讀器只負(fù)責(zé)信號的解調(diào)工作,而信號的解碼由微處理器來完成。微處理器可根據(jù)輸入信號的高、低電平持續(xù)時間進行解碼操作。
2.1 RI-TRP-RR2B射頻卡中的數(shù)據(jù)存儲格式
RI-TRP-RR2B應(yīng)答器內(nèi)共有14字節(jié)的數(shù)據(jù),其存放順序如表1所列。用戶數(shù)據(jù)區(qū)共有10個字節(jié),其中第2~9字節(jié)為用戶64位ID區(qū),第10、11字節(jié)為CRC校驗碼。

表1 RI-TRP-RR2B內(nèi)的數(shù)據(jù)
第1個字節(jié) 起始字節(jié)FEH
第2~11個字節(jié) 用戶數(shù)據(jù)區(qū)
第12個字節(jié) 停止字節(jié)FEH
第13、14個字節(jié) 第13個字節(jié)=第2個字節(jié);第14個字節(jié)=3字節(jié)
2.2 基于射頻識別技術(shù)的汽車防盜器
該系統(tǒng)以ATMEL公司的AT89C51單片機為核心,其硬件組成如圖2所示。該系統(tǒng)由射頻識別裝置、外部存儲器、語音電路、時鐘電路、電源管理電路、看門狗和檢測控制電路組成。此系統(tǒng)的兼容性很高,可與其它防盜器配套使用,是一種性價比較高的汽車防盜裝置。該防盜報警系統(tǒng)的主要功能特點如下:
(1)普通汽車防盜器主要是采用鍵盤輸入方式對司機身份進行識別的,這種方式給駕駛帶來諸多不便,而且由于其密碼組合有限,較容易被竊取和破譯。而采用射頻識別技術(shù)來識別身份,則可有效解決這一問題。車主只須攜帶應(yīng)答器(32mm)靠近閱讀器的感應(yīng)線圈(進入7cm左右的感應(yīng)范圍),即可在瞬間完成身份識別,并且其密碼不宜破譯,因而大大提高了防盜效果。如果原有的應(yīng)答器丟失,那么,使用者只須按下“學(xué)習(xí)”鍵,然后將備用的應(yīng)答器靠近感應(yīng)天線即可完成ID的學(xué)習(xí),原有的ID會自動清除,同時使丟失的應(yīng)答器失效,備用應(yīng)答器生效。
(2)它的外部存儲器采用ATMEL的AT24C01串型E2PROM。AT24C01是具有I2C總線的1k 位電可擦除存儲器,可用來存儲車主的ID和突然掉電前單片機的標(biāo)志信息。由于它是非易失性存儲器,所以,掉電后其存儲的信息不會丟失。重新上電后,系統(tǒng)又會回到掉電前的狀態(tài),這樣可以有效地防止人為對汽車電源的破壞,提高安全性。
(3)語音電路以ISD1420集成語音芯片為核心,結(jié)合調(diào)理和功放電路便可實現(xiàn)多段語音的錄放,而且其音質(zhì)良好。利用該電路可以方便地實現(xiàn)防盜系統(tǒng)的安全提示和報警功能。
(4)電源管理電路和看門狗電路采用MAX705來完成。該芯片兼有電源管理與看門狗的功能。其中電源管理與單片機軟件結(jié)合主要可用來對突然掉電進行數(shù)據(jù)保護,使單片機將掉電前瞬間的狀態(tài)信息保存到E2PROM中,以備重新上電時讀取。而看門狗電路則可有效地進行單片機監(jiān)控,防止汽車上的各種干擾使單片機陷入死循環(huán),從而提高整機的穩(wěn)定性和可靠性。



    (5)檢測控制電路用來檢測汽車的各種狀態(tài)信息,以供單片機決策判斷之用。其中包括對車門的檢測、對電源的檢測、對剎車信號的檢測和對按鍵的檢測??刂齐娐穭t包括方向燈的控制、電源的控制、中控鎖的控制和輪轂鎖的控制。

3 射頻識別系統(tǒng)的軟件設(shè)計
射頻識別系統(tǒng)的軟件設(shè)計核心是對射頻卡發(fā)出的信號進行讀取和校驗。其中身份識別子程序流程圖如圖3所示。本系統(tǒng)中所用到的射頻卡是只讀卡,所以只需將其唯一的64位ID讀出,然后經(jīng)校驗無誤后與E2PROM中已存的ID進行對比,即可確定車主身份。
3.1 射頻信號的讀取
圖4給出了信號每個字節(jié)的格式,它由10 位組成。第一位是起始位,固定為 1,最后一位是停止位,固定為0,第2~9位是實際發(fā)送的數(shù)據(jù)(最先收到的位為LSB),由于是負(fù)邏輯故數(shù)據(jù)需反相處理。
圖5所示是閱讀器讀取數(shù)據(jù)的時序。射頻卡發(fā)出的數(shù)據(jù)采用FSK調(diào)制。操作時可將TXCT置為0,延時50ms,然后再將TXCT恢復(fù)成1。此后約經(jīng)過3ms,SCIO開始輸出數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)即為起始字節(jié),總共輸出14 字節(jié)數(shù)據(jù)。
3.2 CRC數(shù)據(jù)校驗算法
CRC校驗是為了檢查信息字段是否傳送正確而設(shè)置的,它是信息字段的函數(shù)。本文采用16位循環(huán)冗余校驗碼(CRC-CCITT),其生成的多項式為:


    CRC校驗碼由于其實現(xiàn)簡單、準(zhǔn)確率高而在通訊中廣泛采用。本文采用的CRC-CCITT能檢測出所有的雙錯、奇數(shù)位錯、突發(fā)長度不大于16的突發(fā)錯、99.997%的突發(fā)長度為17的突發(fā)錯和99.998%的突發(fā)長度大于或等于18的突發(fā)錯。CRC校驗碼的運算可以用移位寄存器和半加器來實現(xiàn)具體的校驗原理如圖6所示。發(fā)送端的校驗過程如下:
(1)先將CRC校驗碼(2個字節(jié))的初始值設(shè)定為00H,00H(圖6中0~15表示CRC的位0~15)。
(2)CRC校驗碼全部右移一位,并在A處與要進行CRC校驗的數(shù)據(jù)的第1位作XOR運算。
(3)經(jīng)步驟2運算后,A處的結(jié)果如為1,則反相MSB(位15),然后檢查MSB是否為1,如MSB為1則反相位13和位10,否則轉(zhuǎn)到步驟4。而如果A處的結(jié)果為0,則檢查MSB是否為1,若MSB為1則反相位3和位10,不是則轉(zhuǎn)到步驟4。
(4)檢查A處是否已運算64次,若不是,則重復(fù)步驟2到4。

    (5)重復(fù)2~4步,做CRC運算,所得最后數(shù)值就是CRC校驗碼。
接收端校驗的過程實際是所有信息碼加上CRC校驗碼,然后將其作為一個整體再求一次CRC校驗的過程,如果最后結(jié)果是全零,則表示CRC校驗正確,否則表示錯誤。
應(yīng)答器信息的讀取必須嚴(yán)格按照其時序進行,否則將得不到所需的正確信息。限于篇幅,本文未列出具體程序。

4 結(jié)束語
本文主要介紹了射頻識別技術(shù)應(yīng)用于汽車防盜系統(tǒng)的方法和實現(xiàn)。筆者運用射頻識別技術(shù)研制的新型汽車防盜器,經(jīng)過數(shù)次調(diào)試和試用,其性能不僅穩(wěn)定,而且安全可靠。在實際應(yīng)用中也取得了良好的效果。實踐表明,該防盜器具有技術(shù)先進、實用、方便、兼容性好、體積小和功能全等優(yōu)點,是一種比較理想的汽車防盜系統(tǒng)。

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