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簡(jiǎn)論RFID技術(shù)的智能汽車(chē)安全防盜系統設計研究性論文
隨著(zhù)我國汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提高，汽車(chē)越來(lái)越多地進(jìn)入普通家庭。由于各種突發(fā)性道路交通事故與汽車(chē)盜竊案件的頻繁發(fā)生，人們對汽車(chē)安全與防盜的關(guān)注度也日益提高。開(kāi)發(fā)和研究汽車(chē)安全與防盜系統，是確保行車(chē)安全和防止盜竊的有效技術(shù)措施。與傳統單個(gè)獨立汽車(chē)胎壓監測系統和汽車(chē)遙控無(wú)鑰匙進(jìn)入系統相比，本系統的特點(diǎn)是，將胎壓監測系統與遙控無(wú)鑰匙進(jìn)入系統進(jìn)行整合，有效地實(shí)現了射頻(RF)模塊的復用，不僅節約了硬件開(kāi)銷(xiāo)，也提高了系統的集成度。
1基于RFID技術(shù)的汽車(chē)安全防盜系統
射頻識別技術(shù)(RFID)是一種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù)。汽車(chē)安全防盜系統采用射頻識別技術(shù)，通過(guò)射頻信號自動(dòng)識別目標對象并獲取相關(guān)數據。RFID技術(shù)采用射頻傳輸，可以透過(guò)外部材料讀取芯片數據，實(shí)現非接觸操作。通信數據使用加密算法對數據進(jìn)行加密，實(shí)現數據安全存儲、管理及通信。隨著(zhù)電子技術(shù)的快速發(fā)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(chē)電子行業(yè)中的推廣與應用。
智能汽車(chē)安全防盜系統由輪胎發(fā)射模塊、遙控鑰匙模塊和基站模塊組成。對RFID系統來(lái)說(shuō)，收發(fā)頻率大小決定了射頻識別系統的識別距離、電路實(shí)現的難易程度以及硬件設計成本。在汽車(chē)安全防盜設計中，125kHz等低頻(LF)頻段用于近距離、低速度，數據量要求較少的汽車(chē)引擎防盜系統的識別;434MHz等超高頻(UHF)頻段則用于遠距離的射頻通信系統(汽車(chē)輪胎壓力監測系統與遠程無(wú)鑰匙進(jìn)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(gè)輪胎的轎車(chē)為例，系統由4個(gè)輪胎模塊、1個(gè)鑰匙模塊和1個(gè)基站模塊構成，其中基站模塊包括RF接收器、LF收發(fā)器、中央控制部分、人機界面以及用來(lái)傳送點(diǎn)火、門(mén)控命令的汽車(chē)區域互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )(LIN)總線(xiàn)。4個(gè)輪胎模塊分別安裝在汽車(chē)的4個(gè)輪胎中，對每個(gè)輪胎的壓力、溫度與電池電壓參數進(jìn)行實(shí)時(shí)的測量，并將測量的數據通過(guò)RF通信方式發(fā)送到基站模塊進(jìn)行處理�；灸K，一方面接收來(lái)自輪胎模塊的RF數據，并進(jìn)一步判斷輪胎參數是否正常，如果發(fā)現異常則進(jìn)行實(shí)時(shí)報警;另一方面接收來(lái)自鑰匙模塊的RF控制數據，并驗證鑰匙的ID是否合法，如果發(fā)現異常，則及時(shí)進(jìn)行報警，如果正常，基站向門(mén)控執行機構發(fā)送確認信息，實(shí)現啟/閉鎖的動(dòng)作;同時(shí)，基站模塊通過(guò)LF通信方式與鑰匙模塊進(jìn)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(jìn)行匹配來(lái)控制發(fā)動(dòng)機的啟動(dòng)，以達到防盜的目的�；究梢酝ㄟ^(guò)汽車(chē)總線(xiàn)與汽車(chē)內部的其他電子系統相連，實(shí)時(shí)地共享數據和控制信息。
3系統硬件設計與實(shí)現
3.1輪胎模塊電路
輪胎模塊由輪胎狀態(tài)的數據采集與發(fā)射電路組成。輪胎模塊電路采用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(shí)還集成了低功耗電容式壓力、溫度傳感器和單通道的低頻輸入接口。其RF發(fā)射支持315MHz和434MHz兩種載波頻率，并可通過(guò)編程配置使寄存器為幅移鍵控(ASK)或頻移鍵控(FSK)調制方式。它還集成了電荷泵功能，當電池電壓較低時(shí)，可提高RF發(fā)射部分供電電壓，從而使其仍能達到一定的RF發(fā)射強度。MPXY8300是一款將壓力溫度傳感器、8位微控制器(MCU)、RF發(fā)射器和雙軸(XY)加速器全部集成到一個(gè)片上的系統級芯片(SOC)。MPXY8300壓力測量范圍：轎車(chē)100~800kPa，卡車(chē)100~1400kPa，溫度測量范圍：-40～125℃。
3.2鑰匙模塊電路
鑰匙模塊芯片采用NXP公司生產(chǎn)的PCF7961[6]。PCF7961是一個(gè)基于低功耗8位MRKII架構的精簡(jiǎn)指令集(RISC)處理器，它集成了UHF發(fā)射器與LF頻收發(fā)器的芯片。這種芯片能夠完成射頻發(fā)射和應答器低頻通信認證，適合于機動(dòng)車(chē)輛遙控防盜裝置。它采用快速相互鑒別算法，使用隨機數字、密鑰和口令，具有靈敏度高(遠距離)和鑒別時(shí)間短(39ms)的特點(diǎn)。PCF7961還提供了出廠(chǎng)時(shí)已經(jīng)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(fā)電路、主控芯片MCU、LIN接口以及人機接口組成。射頻接收電路采用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后，將數據傳送到基站主控芯片MC9S08DZ60，進(jìn)行數據處理(RKE數據解密)和指令執行。
低頻收發(fā)器采用NXP公司生產(chǎn)的PJF7992。PJF7992集成了所有必需的功能方便讀寫(xiě)應答器，基站微處理器通過(guò)PJF7992帶有的LIN串行接口控制PJF7992和應答器之間的通訊。
基站主控芯片采用FREESCALE公司生產(chǎn)的MC9S08DZ60，它可以通過(guò)SPI串行總線(xiàn)對射頻接收芯片MC33596參數進(jìn)行配置與通信。MC9S08DZ60內部集成了2個(gè)SCI(LIN)模塊，可通過(guò)一路LIN總線(xiàn)實(shí)現對低頻收發(fā)芯片PJF7992的控制，另一路LIN總線(xiàn)實(shí)現對發(fā)動(dòng)機電控單元(ECU)與門(mén)控相關(guān)執行機構傳送命令。在汽車(chē)安全防盜系統中加入LIN總線(xiàn)接口，可使該系統能夠與汽車(chē)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(wú)線(xiàn)通信協(xié)議
無(wú)線(xiàn)傳輸采用FSK調制方式，其曼徹斯特編碼與解碼由片內硬件自動(dòng)完成。輪胎模塊和鑰匙模塊中門(mén)控命令都是以數據包(幀)的形式發(fā)送數據。
4.2輪胎模塊軟件流程
汽車(chē)在靜止或低速狀態(tài)下，即使胎壓發(fā)生變化，也不會(huì )對安全行駛造成威脅，此時(shí)可以不采集壓力、溫度等信號或者減少采集次數。
系統上電復位后，初始化配置啟動(dòng)測量加速度，判斷汽車(chē)狀態(tài)。如果車(chē)速在25km/h以下，則進(jìn)入休眠狀態(tài)，并延時(shí)一段時(shí)間后再次判斷汽車(chē)狀態(tài);如果汽車(chē)行駛的速度大于25km/h，則進(jìn)入正常的工作模式，進(jìn)行信號采集、處理與發(fā)射。然后經(jīng)過(guò)一段休眠延時(shí)再回到加速度測量狀態(tài)。
4.3鑰匙模塊流程
用戶(hù)可以通過(guò)鑰匙模塊上的按鈕開(kāi)關(guān)發(fā)送射頻數據來(lái)打開(kāi)和關(guān)閉車(chē)門(mén)。為了系統的安全性，對發(fā)送數據進(jìn)行滾動(dòng)碼加密，發(fā)送完畢進(jìn)入到停止模式。
4.4基站模塊流程
汽車(chē)沒(méi)有發(fā)動(dòng)時(shí)，基站模塊執行遙控門(mén)鎖功能，需要監聽(tīng)來(lái)自鑰匙模塊的RF門(mén)控信號(用戶(hù)按下鑰匙上的按鍵)。當遙控鑰匙插入點(diǎn)火鎖里并旋轉到啟動(dòng)位置時(shí)，鑰匙中應答器(Transponder)和基站模塊的PJF7992進(jìn)行點(diǎn)火驗證，然后通過(guò)LIN總線(xiàn)傳送允許啟動(dòng)的命令。汽車(chē)發(fā)動(dòng)后，基站模塊進(jìn)入輪胎參量監測模式，通過(guò)設置合理的輪詢(xún)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
本文提出了一種基于RFID技術(shù)的汽車(chē)安全防盜系統，在試驗臺上完成了相關(guān)的功能調試，實(shí)現了輪胎壓力監測，遙控門(mén)鎖和發(fā)動(dòng)機防盜鎖止功能等，在系統中加入了LIN總線(xiàn)接口，可使該系統能夠與汽車(chē)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(chǎn)成本，在汽車(chē)電子領(lǐng)域具有較廣的應用前景。
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