中心議題：
解決方案：
- 采用射頻識別技術(shù)能準(zhǔn)確判別UID
- 應(yīng)答器內(nèi)含唯一的UID號和數(shù)字化的密碼
- 采用車用微控制器MC9SD64為防盜系統(tǒng)的控制單元
射頻識別技術(shù)(RFID,，即RadioFrequencyI-dentification)是從20世紀(jì)80年代開始走向成熟的一項(xiàng)自動識別技術(shù),。它利用射頻方式進(jìn)行非接觸式雙向通信方式來交換數(shù)據(jù)以達(dá)到識別目的?？捎糜谧R別高速運(yùn)動物體并可同時識別多個射頻卡,，而且操作快捷方便,，不怕油漬、灰塵污染等惡劣的環(huán)境,，特別適合于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動化且不易損壞,。本文介紹的射頻識別系統(tǒng)是將射頻識別技術(shù)應(yīng)用到汽車防盜系統(tǒng)中的一次成功嘗試。
1RFID汽車防盜系統(tǒng)概述
隨著科技的發(fā)展,，汽車防盜裝置日趨嚴(yán)密和完善,，目前防盜器按其結(jié)構(gòu)與功能可分四大類：機(jī)械式、電子式,、芯片式和網(wǎng)絡(luò)式,，雖然各有優(yōu)劣，但汽車防盜的發(fā)展方向則向智能程度更高的芯片式和網(wǎng)絡(luò)式發(fā)展,。RFID汽車防盜系統(tǒng)屬于芯片式防盜系統(tǒng),，它是RFID的新應(yīng)用。由于這是一種足夠小的,、能夠封裝到汽車鑰匙當(dāng)中并含有特定碼字的射頻卡,。
該系統(tǒng)在汽車方向盤下安裝有閱讀器,，閱讀器離點(diǎn)火鑰匙的距離小于7厘米,，當(dāng)插入一把帶有應(yīng)答器的正確鑰匙并打到"M"位時，汽車防盜系統(tǒng)上電工作,，閱讀器讀取到有效的UID號,，系統(tǒng)語音提示鑰匙正確，并自動完成對碼,、解鎖發(fā)動機(jī)電腦,，否則語音報警，發(fā)動機(jī)電腦處于閉鎖狀態(tài),，發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)(EMS)鎖定油路和引擎,，發(fā)動機(jī)點(diǎn)火和噴油的控制被切斷，汽車無法啟動,，汽車的中央計算機(jī)也就能容易地防止短路點(diǎn)火,，實(shí)現(xiàn)防盜功能。
2RFID汽車防盜系統(tǒng)組成原理
RFID系統(tǒng)為該汽車防盜系統(tǒng)的核心組成部分,。一般由標(biāo)簽(TAG,，即射頻卡)、閱讀器,、射頻天線三部分組成,。標(biāo)簽由耦合元件及芯片組成，含有內(nèi)置天線,，用于和射頻天線間通訊;閱讀器用于讀取(在讀寫卡中還可以寫入)標(biāo)簽信息;射頻天線用于在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號,。
系統(tǒng)的基本工作流程是閱讀器通過射頻天線發(fā)送一定頻率的射頻信號;射頻卡進(jìn)入射頻天線工作區(qū)域時即產(chǎn)生感應(yīng)電流,，射頻卡獲得能量被激活，然后由射頻卡將自身編碼等信息通過卡內(nèi)天線發(fā)送出去;射頻天線接收到從射頻卡發(fā)送來的載波信號,，并經(jīng)調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器后,，閱讀器對接收的信號進(jìn)行解調(diào)和解碼，然后送到后臺主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理;主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該卡的合法性,，同時針對不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制,，并發(fā)出指令信號控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作。
3RFID汽車防盜系統(tǒng)硬件設(shè)計
本RFID汽車防盜系統(tǒng)以RFID系統(tǒng)為核心組成,。汽車防盜系統(tǒng)硬件控制單元選用Motorola(Freescale)的16位單片機(jī)MC9S12D64,，射頻識別系統(tǒng)由閱讀器S6700、應(yīng)答器TAG-IT和射頻天線組成,。此外,，系統(tǒng)還包括存儲電路(AT24C01)，檢測電路,，語音電路和CAN總線通訊電路,。RFID汽車防盜系統(tǒng)的硬件設(shè)計框圖如圖1所示。
本系統(tǒng)中的控制單元單片機(jī)MC9S12D64延續(xù)了飛思卡爾半導(dǎo)體在車用微控制器領(lǐng)域的優(yōu)良傳統(tǒng),，是以速度更快的S12內(nèi)核(StarCore)為核心的MC9S12系列單片機(jī)成員,，這兩種器件管腳兼容，存儲器可以得到升級,。并且片內(nèi)有多種外圍設(shè)備可供選擇,。MC9S12D64共有8種工作模式，模式的設(shè)定可通過復(fù)位期間采集BKGD,、MODB,、MODA三個引腳的狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)，這樣可增強(qiáng)應(yīng)用的可選擇性,。
控制單元主要負(fù)責(zé)與應(yīng)用系統(tǒng)軟件進(jìn)行通信,、執(zhí)行應(yīng)用系統(tǒng)軟件發(fā)來的命令、控制與射頻卡的通信過程(主-從原則)及信號的編解碼,、對一些特殊的系統(tǒng)還要執(zhí)行反碰撞算法,、對射頻卡與閱讀器問要傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密，以及進(jìn)行射頻卡和閱讀器間的身份驗(yàn)證等附加功能,。
S6700IC卡讀寫多協(xié)議收發(fā)器與應(yīng)答器TAG-IT共同組成射頻系統(tǒng),，S6700采用13.56MHz工作頻率。并具有防沖突機(jī)制,。由于S6700采用的是曼徹斯特編碼方式,，故能允許多張卡同時讀寫而不會發(fā)生沖突。典型發(fā)送功率為200mW,。它支持的協(xié)議包括TITAG-IT協(xié)議,、ISO/IEC15693-2協(xié)議和ISO/IEC14443-2協(xié)議,。S6700與CPU的接口為同步串行接口(SPI)。SCLOCK,、DIND,、OUT分別為時鐘線、數(shù)據(jù)輸入線,、數(shù)據(jù)輸出線,。時鐘線為雙向，DOUT在接收數(shù)據(jù)期間用于數(shù)據(jù)輸出,，而在發(fā)送數(shù)據(jù)期間則用來指示S6700內(nèi)部FIFO寄存器的情況,。
應(yīng)答器TAG-IT完全兼容ISO/IEC15693協(xié)議?？▋?nèi)有64位的UID(卡號)和8位的AFI(應(yīng)用識別號),、8位的DSFID(數(shù)據(jù)存儲格式)，其中UID是不可修改的,。另外,，卡內(nèi)有2KB的EEPROM，分成64塊,，每塊32Bit,，每個塊均可鎖定，以保護(hù)數(shù)據(jù)免于修改,。射頻系統(tǒng)的閱讀器電路設(shè)計圖如圖2所示,。
AT24C01是具有I2C總線的1K位電可擦除存儲器,，具有獨(dú)立的寫周期(最大10ms),，上電后可在線編程數(shù)據(jù)，失電時能長期保存結(jié)果,，這樣可以有效地防止人為對汽車電源的破壞,。AT24C01存儲相應(yīng)的TAG-IT的UID號，用于與讀取的應(yīng)答器的UID進(jìn)行核對,。語音電路以ISD5216集成語音芯片為核心,，ISD5216具有錄音播放能力和4MB的數(shù)字資料存儲功能，結(jié)合調(diào)理和功放電路實(shí)現(xiàn)多段語音的錄放,，從而方便地實(shí)現(xiàn)了RFID防盜系統(tǒng)的安全提示和報警功能,。
檢測電路用來檢測汽車的各種狀態(tài)信息，檢測到的狀態(tài)信息包括車門的檢測,，對電源,，剎車等信號的檢測。MCU通過檢測到的狀態(tài)信息做出判斷決策,，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制方向燈,、電源,、門磁鎖和輪轂鎖。
CAN通訊網(wǎng)絡(luò)模塊負(fù)責(zé)將啟動信號和檢測信號通過CAN網(wǎng)傳輸給汽車的中央處理器,。中央處理器通過接收的信號做決策判斷,。CAN總線通信方式靈活、抗干擾能力強(qiáng),，目前在汽車控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛,。CAN通訊接口硬件設(shè)計如圖3所示，其中82C250是CAN控制器和物理總線間的接口,，它和CAN控制器之間采用光隔P113來提高系統(tǒng)的抗干擾能力,。
4RFID汽車防盜系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)
RFID汽車防盜系統(tǒng)軟件的設(shè)計開發(fā)環(huán)境為CodeWarriorforS12，它是面向以HC12和S12為CPU的單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)軟件包,。包括集成開發(fā)環(huán)境IDE,、處理器專家?guī)臁⑷酒抡?、可視化參?shù)顯示工具,、項(xiàng)目工程管理器、C交叉編譯器,、匯編器,、鏈接器以及調(diào)試器。其調(diào)試方式為BDM方式,，BDM(BackgroundDebugMode)是Freescale公司的一種系統(tǒng)調(diào)試方式,，具備基本的調(diào)試功能，包括資源訪問及運(yùn)行控制,，與指令掛牌及斷點(diǎn)邏輯配合可以實(shí)現(xiàn)很多重要的開發(fā)功能,。
4.1S6700工作流程
軟件設(shè)計的重點(diǎn)是對S6700的編程。S6700編程要嚴(yán)格遵循其通訊協(xié)議和工作時序,，對S6700的操作有三種模式：普通模式,、寄存器模式和直接模式。直接模式下,，CPU要直接面向射頻信號處理,，比較復(fù)雜，故一般不采用,。普通模式下每條指令均含有協(xié)議,、調(diào)制方式、傳輸速率等參數(shù),，而寄存器模式系列則不含這些參數(shù),，而是由預(yù)先寫入的寄存器的數(shù)值決定。
本系統(tǒng)對S6700的操作選用普通模式,，在該模式下,，MCU首先要發(fā)送關(guān)閉命令以防止復(fù)位脈沖誤判,，接著初始化時間寄存器，然后發(fā)送普通模式命令參數(shù),。在TAG-IT應(yīng)答之前,，MCU必須放棄時鐘線控制權(quán)，并將其轉(zhuǎn)交給S6700,，然后等待應(yīng)答器的回復(fù)信號,，接收到回復(fù)信號后，MCU讀應(yīng)答器UID判斷有無讀卡錯誤,，應(yīng)答結(jié)束后,，MCU收回時鐘線控制權(quán)。S6700的工作流程圖如圖4所示,。
4.2初始化
射頻應(yīng)答的所有操作都是從S6700的初始化開始的,。在MCU與TAG-IT的通訊過程中，首先必須初始化時間寄存器,。按照ISO/IEC15693協(xié)議,，必須寫入初始化時間序列S1011110111000000011000ES1，其中S1與ES1分別為起始位和結(jié)束位,，普通模式下,，命令字節(jié)為8位，其發(fā)送順序是高位在前,，數(shù)據(jù)流則是低位在前,。下面是其命令結(jié)構(gòu)格式：
起始位的波形是當(dāng)SCLOCK為高時，在DIN發(fā)生一個上升沿,。其中DIN必須在SCLOCK突變?yōu)楦唠娖?00ns以后才能突變?yōu)楦唠娖讲a(chǎn)生上升沿,。結(jié)束位的波形是當(dāng)SCLOCK突變?yōu)楦唠娖街辽?00ns以后在DIN發(fā)生一個下降沿。
4.3讀應(yīng)答器UID
在MCU讀TAG-IT期間,，由S6700掌握時鐘線控制權(quán),。S6700讀得數(shù)據(jù)后,，通過DIN傳輸給MCU,。在讀取數(shù)據(jù)時，MCU必須嚴(yán)格模擬TAG-IT的響應(yīng)時序,，并通過傳輸來的FLAG來確定數(shù)據(jù)的正確性,。只有在FLAG完全正確時，才會繼續(xù)接受響應(yīng)內(nèi)容,，否則,，系統(tǒng)將結(jié)束讀卡過程。圖5給出了讀應(yīng)答器的子程序圖,。
TAG-IT的響應(yīng)格式依次為起始位S2,、FLAG,、響應(yīng)內(nèi)容、CRC16,、結(jié)束位ES2,，其基本的讀卡請求和應(yīng)答時序如圖6所示。其中TRAN1和TRAN2分別表示MCU放棄時鐘權(quán)限和MCU獲得時鐘權(quán)限,。
汽車防盜問題在全世界范圍內(nèi)備受關(guān)注,。要解決這一問題需從高科技防盜技術(shù)方面著手，而RFID汽車防盜系統(tǒng)具有如下諸多優(yōu)點(diǎn)：
(1)采用射頻識別技術(shù)能準(zhǔn)確判別UID,，瞬間完成身份識別;
(2)應(yīng)答器內(nèi)含唯一的UID號和數(shù)字化的密碼,，重碼率極低，提高了防盜性能;
(3)采用車用微控制器MC9SD64為防盜系統(tǒng)的控制單元,，提高了現(xiàn)場的抗干擾能力,，可確保防盜系統(tǒng)的正常運(yùn)行;
(4)利用CAN總線與汽車的中央計算機(jī)進(jìn)行通信，可保證通信流暢,，提高了防盜系統(tǒng)通信的抗干擾能力,。