基于RFID的智能汽車安全防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：針對現(xiàn)有汽車門禁系統(tǒng)和胎壓監(jiān)測系統(tǒng)相互獨(dú)立，硬件冗余和生產(chǎn)成本高的問題，提出了一種基于射頻識別技術(shù)的汽車安全防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。在射頻通信上，該系統(tǒng)采用434 MHz 的UHF 頻段與125 kHz 的LF 頻段相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)胎壓監(jiān)測、遙控門鎖和發(fā)動機(jī)防盜鎖止等功能。調(diào)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)提高了汽車的防盜性與控制性，節(jié)約了系統(tǒng)空間，降低了生產(chǎn)成本，優(yōu)化了車身網(wǎng)絡(luò)。

　　隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提高，汽車越來越多地進(jìn)入普通家庭。由于各種突發(fā)性道路交通事故與汽車盜竊案件的頻繁發(fā)生，人們對汽車安全與防盜的關(guān)注度也日益提高。開發(fā)和研究汽車安全與防盜系統(tǒng)，是確保行車安全和防止盜竊的有效技術(shù)措施。與傳統(tǒng)單個(gè)獨(dú)立汽車胎壓監(jiān)測系統(tǒng)和汽車遙控?zé)o鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)的特點(diǎn)是，將胎壓監(jiān)測系統(tǒng)與遙控?zé)o鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行整合，有效地實(shí)現(xiàn)了射頻（RF）模塊的復(fù)用，不僅節(jié)約了硬件開銷，也提高了系統(tǒng)的集成度。

　　1 基于RFID 技術(shù)的汽車安全防盜系統(tǒng)

　　射頻識別技術(shù)（RFID）是一種非接觸式的自動識別技術(shù)。汽車安全防盜系統(tǒng)采用射頻識別技術(shù)，通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。RFID 技術(shù)采用射頻傳輸，可以透過外部材料讀取芯片數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)非接觸操作。通信數(shù)據(jù)使用加密算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)安全存儲、管理及通信。隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，電子芯片集成度的提高，RFID 系統(tǒng)成本也在不斷地降低，加快了智能化在汽車電子行業(yè)中的推廣與應(yīng)用。

　　智能汽車安全防盜系統(tǒng)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(tǒng)來說，收發(fā)頻率大小決定了射頻識別系統(tǒng)的識別距離、電路實(shí)現(xiàn)的難易程度以及硬件設(shè)計(jì)成本。在汽車安全防盜設(shè)計(jì)中，125 kHz 等低頻（LF）頻段用于近距離、低速度，數(shù)據(jù)量要求較少的汽車引擎防盜系統(tǒng)的識別；434 MHz 等超高頻（UHF）頻段則用于遠(yuǎn)距離的射頻通信系統(tǒng)（汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)與遠(yuǎn)程無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)）的識別。

　　2 系統(tǒng)組成

　　系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示，系統(tǒng)由輪胎模塊、鑰匙模塊和基站模塊組成。

　　圖1 系統(tǒng)總體框圖

　　以4 個(gè)輪胎的轎車為例，系統(tǒng)由4 個(gè)輪胎模塊、1個(gè)鑰匙模塊和1 個(gè)基站模塊構(gòu)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(jī)界面以及用來傳送點(diǎn)火、門控命令的汽車區(qū)域互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（LIN）總線。4 個(gè)輪胎模塊分別安裝在汽車的4 個(gè)輪胎中，對每個(gè)輪胎的壓力、溫度與電池電壓參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的測量，并將測量的數(shù)據(jù)通過RF 通信方式發(fā)送到基站模塊進(jìn)行處理。基站模塊，一方面接收來自輪胎模塊的RF數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步判斷輪胎參數(shù)是否正常，如果發(fā)現(xiàn)異常則進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警；另一方面接收來自鑰匙模塊的RF控制數(shù)據(jù)，并驗(yàn)證鑰匙的ID是否合法，如果發(fā)現(xiàn)異常，則及時(shí)進(jìn)行報(bào)警，如果正常，基站向門控執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)送確認(rèn)信息，實(shí)現(xiàn)啟/ 閉鎖的動作；同時(shí)，基站模塊通過LF 通信方式與鑰匙模塊進(jìn)行通信，利用鑰匙模塊中應(yīng)答器的密碼與基站模塊中的密碼進(jìn)行匹配來控制發(fā)動機(jī)的啟動，以達(dá)到防盜的目的。基站可以通過汽車總線與汽車內(nèi)部的其他電子系統(tǒng)相連，實(shí)時(shí)地共享數(shù)據(jù)和控制信息。

　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　3.1 輪胎模塊電路

　　輪胎模塊由輪胎狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集與發(fā)射電路組成，如圖2 所示。

　　圖2 輪胎模塊電路

　　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(nèi)含512 字節(jié)RAM和16 KB Flash，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315 MHz 和434 MHz 兩種載波頻率，并可通過編程配置使寄存器為幅移鍵控（ASK）或頻移鍵控（FSK）調(diào)制方式。它還集成了電荷泵功能，當(dāng)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(dá)到一定的R F 發(fā)射強(qiáng)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(tǒng)級芯片（SOC）。MPXY8300 壓力測量范圍：轎車100~800 kPa，卡車100~1 400 kPa，溫度測量范圍：-40~125 ℃。