射頻識(shí)別芯片在汽車(chē)智能防盜報(bào)警裝置中的應(yīng)用

 摘要：介紹了以TMS3705為射頻基站的射頻識(shí)別系統(tǒng)，給出了其在汽車(chē)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(jì)方法和軟件流程；同時(shí)介紹了為提高識(shí)別可靠性而對(duì)TMS3705信息讀取采用的16位循環(huán)冗余校驗(yàn)的具體算法。

射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification,以下簡(jiǎn)稱(chēng)ＲＦＩＤ)技術(shù)是近幾年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，它是射頻技術(shù)和ＩＣ卡技術(shù)有機(jī)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(hù)和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是它解決了無(wú)源（卡中無(wú)電源）和免接觸這兩大難題。與磁卡、ＩＣ卡等接觸式識(shí)別技術(shù)不同，ＲＦＩＤ系統(tǒng)的應(yīng)答器和讀寫(xiě)器之間無(wú)須物理接觸就可完成識(shí)別功能，因而可實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)識(shí)別、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)識(shí)別，因而可應(yīng)用在更廣泛的場(chǎng)合。文中介紹的射頻識(shí)別系統(tǒng)和相應(yīng)的數(shù)據(jù)校驗(yàn)算法是射頻識(shí)別技術(shù)在汽車(chē)防盜器中應(yīng)用的一次成功嘗試。

１　射頻識(shí)別基本原理

典型的射頻識(shí)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(xiě)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(hào)，這樣，當(dāng)非接觸式卡（應(yīng)答器）片內(nèi)的一個(gè)ＬＣ串聯(lián)諧振電路進(jìn)入閱讀器讀寫(xiě)終端的工作區(qū)域內(nèi)，且其工作頻率與讀寫(xiě)終端發(fā)送信號(hào)的頻率相同時(shí)，在電磁波激勵(lì)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(shí)在電容另一端接的一個(gè)單向?qū)?a target="_blank">電子泵就可以將電容內(nèi)的電荷送到另一個(gè)電容內(nèi)并存儲(chǔ)。當(dāng)所積累的電荷的電壓值達(dá)到２Ｖ時(shí)，這個(gè)電壓就可作為應(yīng)答器的工作電源。此時(shí)，應(yīng)答器響應(yīng)閱讀器的要求，并將信息調(diào)制，同時(shí)發(fā)出以供閱讀器解調(diào)讀取。應(yīng)答器內(nèi)的Ｅ２ＰＲＯＭ用來(lái)存儲(chǔ)其唯一電子標(biāo)簽的ＩＤ號(hào)（編碼長(zhǎng)度為６４位）以及其它用戶(hù)數(shù)據(jù)。

圖1

２　射頻識(shí)別汽車(chē)防盜報(bào)警器設(shè)計(jì)

本文研制的射頻識(shí)別系統(tǒng)是以美國(guó)德州儀器公司的ＴＭＳ３７０５為射頻信號(hào)讀寫(xiě)芯片，并以該公司的ＲＩ－ＴＲＰ－ＲＲ２Ｂ（只讀型）作為應(yīng)答器。該設(shè)計(jì)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(lái)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(hào)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(hào)，閱讀器只負(fù)責(zé)信號(hào)的解調(diào)工作，而信號(hào)的解碼由微處理器來(lái)完成。微處理器可根據(jù)輸入信號(hào)的高、低電平持續(xù)時(shí)間進(jìn)行解碼操作。

２．１ ＲＩ－ＴＲＰ－ＲＲ２Ｂ射頻卡中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(hù)數(shù)據(jù)區(qū)共有１０個(gè)字節(jié)，其中第２～９字節(jié)為用戶(hù)６４位ＩＤ區(qū)，第１０、１１字節(jié)為ＣＲＣ校驗(yàn)碼。

表1 RI-TRP-RR2B內(nèi)的數(shù)據(jù)

２．２ 基于射頻識(shí)別技術(shù)的汽車(chē)防盜器

該系統(tǒng)以ＡＴＭＥＬ公司的ＡＴ８９Ｃ５１單片機(jī)為核心，其硬件組成如圖２所示。該系統(tǒng)由射頻識(shí)別裝置、外部存儲(chǔ)器、語(yǔ)音電路、時(shí)鐘電路、電源管理電路、看門(mén)狗和檢測(cè)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?xún)r(jià)比較高的汽車(chē)防盜裝置。該防盜報(bào)警系統(tǒng)的主要功能特點(diǎn)如下：

（１）普通汽車(chē)防盜器主要是采用鍵盤(pán)輸入方式對(duì)司機(jī)身份進(jìn)行識(shí)別的，這種方式給駕駛帶來(lái)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(shí)別技術(shù)來(lái)識(shí)別身份，則可有效解決這一問(wèn)題。車(chē)主只須攜帶應(yīng)答器（３２ｍｍ）靠近閱讀器的感應(yīng)線圈（進(jìn)入７ｃｍ左右的感應(yīng)范圍），即可在瞬間完成身份識(shí)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(huì)自動(dòng)清除，同時(shí)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(chǔ)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(chǔ)器，可用來(lái)存儲(chǔ)車(chē)主的ＩＤ和突然掉電前單片機(jī)的標(biāo)志信息。由于它是非易失性存儲(chǔ)器，所以，掉電后其存儲(chǔ)的信息不會(huì)丟失。重新上電后，系統(tǒng)又會(huì)回到掉電前的狀態(tài)，這樣可以有效地防止人為對(duì)汽車(chē)電源的破壞，提高安全性。

（３）語(yǔ)音電路以ＩＳＤ１４２０集成語(yǔ)音芯片為核心，結(jié)合調(diào)理和功放電路便可實(shí)現(xiàn)多段語(yǔ)音的錄放，而且其音質(zhì)良好。利用該電路可以方便地實(shí)現(xiàn)防盜系統(tǒng)的安全提示和報(bào)警功能。

（４）電源管理電路和看門(mén)狗電路采用ＭＡＸ７０５來(lái)完成。該芯片兼有電源管理與看門(mén)狗的功能。其中電源管理與單片機(jī)軟件結(jié)合主要可用來(lái)對(duì)突然掉電進(jìn)行數(shù)據(jù)保護(hù)，使單片機(jī)將掉電前瞬間的狀態(tài)信息保存到Ｅ２ＰＲＯＭ中，以備重新上電時(shí)讀取。而看門(mén)狗電路則可有效地進(jìn)行單片機(jī)監(jiān)控，防止汽車(chē)上的各種干擾使單片機(jī)陷入死循環(huán)，從而提高整機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性。

圖3

    （５）檢測(cè)控制電路用來(lái)檢測(cè)汽車(chē)的各種狀態(tài)信息，以供單片機(jī)決策判斷之用。其中包括對(duì)車(chē)門(mén)的檢測(cè)、對(duì)電源的檢測(cè)、對(duì)剎車(chē)信號(hào)的檢測(cè)和對(duì)按鍵的檢測(cè)?？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(shí)別系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

射頻識(shí)別系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)核心是對(duì)射頻卡發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行讀取和校驗(yàn)。其中身份識(shí)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(yàn)無(wú)誤后與Ｅ２ＰＲＯＭ中已存的ＩＤ進(jìn)行對(duì)比，即可確定車(chē)主身份。

３．１ 射頻信號(hào)的讀取

圖４給出了信號(hào)每個(gè)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(shí)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(shí)序。射頻卡發(fā)出的數(shù)據(jù)采用ＦＳＫ調(diào)制。操作時(shí)可將ＴＸＣＴ置為０，延時(shí)５０ｍｓ，然后再將ＴＸＣＴ恢復(fù)成１。此后約經(jīng)過(guò)３ｍｓ，ＳＣＩＯ開(kāi)始輸出數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)的第一個(gè)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(yàn)算法

ＣＲＣ校驗(yàn)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(yàn)碼（ＣＲＣ－ＣＣＩＴＴ），其生成的多項(xiàng)式為：

    ＣＲＣ校驗(yàn)碼由于其實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)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(cè)出所有的雙錯(cuò)、奇數(shù)位錯(cuò)、突發(fā)長(zhǎng)度不大于１６的突發(fā)錯(cuò)、９９．９９７％的突發(fā)長(zhǎng)度為１７的突發(fā)錯(cuò)和９９．９９８％的突發(fā)長(zhǎng)度大于或等于１８的突發(fā)錯(cuò)。ＣＲＣ校驗(yàn)碼的運(yùn)算可以用移位寄存器和半加器來(lái)實(shí)現(xiàn)?具體的校驗(yàn)原理如圖６所示。發(fā)送端的校驗(yàn)過(guò)程如下：

（１）先將ＣＲＣ校驗(yàn)碼(２個(gè)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(yàn)碼全部右移一位，并在Ａ處與要進(jìn)行ＣＲＣ校驗(yàn)的數(shù)據(jù)的第１位作ＸＯＲ運(yùn)算。

(３)經(jīng)步驟２運(yùn)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(yùn)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(yùn)算，所得最后數(shù)值就是ＣＲＣ校驗(yàn)碼。

接收端校驗(yàn)的過(guò)程實(shí)際是所有信息碼加上ＣＲＣ校驗(yàn)碼，然后將其作為一個(gè)整體再求一次ＣＲＣ校驗(yàn)的過(guò)程，如果最后結(jié)果是全零，則表示ＣＲＣ校驗(yàn)正確，否則表示錯(cuò)誤。

應(yīng)答器信息的讀取必須嚴(yán)格按照其時(shí)序進(jìn)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(yǔ)

本文主要介紹了射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于汽車(chē)防盜系統(tǒng)的方法和實(shí)現(xiàn)。筆者運(yùn)用射頻識(shí)別技術(shù)研制的新型汽車(chē)防盜器，經(jīng)過(guò)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(shí)際應(yīng)用中也取得了良好的效果。實(shí)踐表明，該防盜器具有技術(shù)先進(jìn)、實(shí)用、方便、兼容性好、體積小和功能全等優(yōu)點(diǎn)，是一種比較理想的汽車(chē)防盜系統(tǒng)。