簡論RFID技術的智能汽車安全防盜系統設計研究性論文

隨着我國汽車工業的發展和人民生活水平的提高，汽車越來越多地進入普通家庭。由於各種突發性道路交通事故與汽車盜竊案件的頻繁發生，人們對汽車安全與防盜的關注度也日益提高。開發和研究汽車安全與防盜系統，是確保行車安全和防止盜竊的有效技術措施。與傳統單個獨立汽車胎壓監測系統和汽車遙控無鑰匙進入系統相比，本系統的特點是，將胎壓監測系統與遙控無鑰匙進入系統進行整合，有效地實現了射頻(RF)模塊的複用，不僅節約了硬件開銷，也提高了系統的集成度。

　　1基於RFID技術的汽車安全防盜系統

射頻識別技術(RFID)是一種非接觸式的自動識別技術。汽車安全防盜系統採用射頻識別技術，通過射頻信號自動識別目標對象並獲取相關數據。RFID技術採用射頻傳輸，可以透過外部材料讀取芯片數據，實現非接觸操作。通信數據使用加密算法對數據進行加密，實現數據安全存儲、管理及通信。隨着電子技術的快速發展，電子芯片集成度的提高，RFID系統成本也在不斷地降低，加快了智能化在汽車電子行業中的推廣與應用。

智能汽車安全防盜系統由輪胎髮射模塊、遙控鑰匙模塊和基站模塊組成。對RFID系統來説，收發頻率大小決定了射頻識別系統的識別距離、電路實現的難易程度以及硬件設計成本。在汽車安全防盜設計中，125kHz等低頻(LF)頻段用於近距離、低速度，數據量要求較少的汽車引擎防盜系統的識別;434MHz等超高頻(UHF)頻段則用於遠距離的射頻通信系統(汽車輪胎壓力監測系統與遠程無鑰匙進入系統)的識別。

　　2系統組成

系統由輪胎模塊、鑰匙模塊和基站模塊組成。以4個輪胎的轎車為例，系統由4個輪胎模塊、1個鑰匙模塊和1個基站模塊構成，其中基站模塊包括RF接收器、LF收發器、中央控制部分、人機界面以及用來傳送點火、門控命令的汽車區域互聯網絡(LIN)總線。4個輪胎模塊分別安裝在汽車的4個輪胎中，對每個輪胎的'壓力、温度與電池電壓參數進行實時的測量，並將測量的數據通過RF通信方式發送到基站模塊進行處理。基站模塊，一方面接收來自輪胎模塊的RF數據，並進一步判斷輪胎參數是否正常，如果發現異常則進行實時報警;另一方面接收來自鑰匙模塊的RF控制數據，並驗證鑰匙的ID是否合法，如果發現異常，則及時進行報警，如果正常，基站向門控執行機構發送確認信息，實現啟/閉鎖的動作;同時，基站模塊通過LF通信方式與鑰匙模塊進行通信，利用鑰匙模塊中應答器的密碼與基站模塊中的密碼進行匹配來控制發動機的啟動，以達到防盜的目的。基站可以通過汽車總線與汽車內部的其他電子系統相連，實時地共享數據和控制信息。

　　3系統硬件設計與實現

3.1輪胎模塊電路

輪胎模塊由輪胎狀態的數據採集與發射電路組成。輪胎模塊電路採用FREESCALE公司的智能嵌入式傳感器MPXY8300。該系列傳感器集成了該公司的低功耗S08核，內含512字節RAM和16KBFlash，同時還集成了低功耗電容式壓力、温度傳感器和單通道的低頻輸入接口。其RF發射支持315MHz和434MHz兩種載波頻率，並可通過編程配置使寄存器為幅移鍵控(ASK)或頻移鍵控(FSK)調製方式。它還集成了電荷泵功能，當電池電壓較低時，可提高RF發射部分供電電壓，從而使其仍能達到一定的RF發射強度。MPXY8300是一款將壓力温度傳感器、8位微控制器(MCU)、RF發射器和雙軸(XY)加速器全部集成到一個片上的系統級芯片(SOC)。MPXY8300壓力測量範圍：轎車100~800kPa，卡車100~1400kPa，温度測量範圍：-40～125℃。

3.2鑰匙模塊電路

鑰匙模塊芯片採用NXP公司生產的PCF7961[6]。PCF7961是一個基於低功耗8位MRKII架構的精簡指令集(RISC)處理器，它集成了UHF發射器與LF頻收發器的芯片。這種芯片能夠完成射頻發射和應答器低頻通信認證，適合於機動車輛遙控防盜裝置。它採用快速相互鑑別算法，使用隨機數字、密鑰和口令，具有靈敏度高(遠距離)和鑑別時間短(39ms)的特點。PCF7961還提供了出廠時已經固化了的32位身份識別碼(ID)。

3.3基站模塊電路

基站模塊主要由射頻接收電路、低頻收發電路、主控芯片MCU、LIN接口以及人機接口組成。射頻接收電路採用FREESCALE公司的UHF射頻接收芯片MC33596，完成信號解調和數據曼切斯特解碼後，將數據傳送到基站主控芯片MC9S08DZ60，進行數據處理(RKE數據解密)和指令執行。

低頻收發器採用NXP公司生產的PJF7992。PJF7992集成了所有必需的功能方便讀寫應答器，基站微處理器通過PJF7992帶有的LIN串行接口控制PJF7992和應答器之間的通訊。

基站主控芯片採用FREESCALE公司生產的MC9S08DZ60，它可以通過SPI串行總線對射頻接收芯片MC33596參數進行配置與通信。MC9S08DZ60內部集成了2個SCI(LIN)模塊，可通過一路LIN總線實現對低頻收發芯片PJF7992的控制，另一路LIN總線實現對發動機電控單元(ECU)與門控相關執行機構傳送命令。在汽車安全防盜系統中加入LIN總線接口，可使該系統能夠與汽車內部其他電子控制系統共享數據與控制信息，極大地提高了系統的安全性與靈活性。

　　4系統軟件設計

4.1無線通信協議

無線傳輸採用FSK調製方式，其曼徹斯特編碼與解碼由片內硬件自動完成。輪胎模塊和鑰匙模塊中門控命令都是以數據包(幀)的形式發送數據。

4.2輪胎模塊軟件流程

汽車在靜止或低速狀態下，即使胎壓發生變化，也不會對安全行駛造成威脅，此時可以不採集壓力、温度等信號或者減少採集次數。

系統上電覆位後，初始化配置啟動測量加速度，判斷汽車狀態。如果車速在25km/h以下，則進入休眠狀態，並延時一段時間後再次判斷汽車狀態;如果汽車行駛的速度大於25km/h，則進入正常的工作模式，進行信號採集、處理與發射。然後經過一段休眠延時再回到加速度測量狀態。

4.3鑰匙模塊流程

用户可以通過鑰匙模塊上的按鈕開關發送射頻數據來打開和關閉車門。為了系統的安全性，對發送數據進行滾動碼加密，發送完畢進入到停止模式。

4.4基站模塊流程

汽車沒有發動時，基站模塊執行遙控門鎖功能，需要監聽來自鑰匙模塊的RF門控信號(用户按下鑰匙上的按鍵)。當遙控鑰匙插入點火鎖裏並旋轉到啟動位置時，鑰匙中應答器(Transponder)和基站模塊的PJF7992進行點火驗證，然後通過LIN總線傳送允許啟動的命令。汽車發動後，基站模塊進入輪胎參量監測模式，通過設置合理的輪詢間隔可以減少輪胎模塊的RF響應次數，降低系統功耗。

　　5結論

本文提出了一種基於RFID技術的汽車安全防盜系統，在試驗枱上完成了相關的功能調試，實現了輪胎壓力監測，遙控門鎖和發動機防盜鎖止功能等，在系統中加入了LIN總線接口，可使該系統能夠與汽車內部其他電子控制系統共享數據與控制信息，極大地提高了系統的靈活性與安全性、節約了系統空間、降低了生產成本，在汽車電子領域具有較廣的應用前景。