中心議題：

• RFID汽車(chē)防盜系統組成原理
• RFID汽車(chē)防盜系統硬件設計
• RFID汽車(chē)防盜系統軟件的實(shí)現

解決方案：

• 采用射頻識別技術(shù)能準確判別UID
• 應答器內含唯一的UID號和數字化的密碼
• 采用車(chē)用微控制器MC9SD64為防盜系統的控制單元

射頻識別技術(shù)(RFID，即RadioFrequencyI-dentification)是從20世紀80年代開(kāi)始走向成熟的一項自動(dòng)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(lái)交換數據以達到識別目的?？捎糜谧R別高速運動(dòng)物體并可同時(shí)識別多個(gè)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)現系統的自動(dòng)化且不易損壞。本文介紹的射頻識別系統是將射頻識別技術(shù)應用到汽車(chē)防盜系統中的一次成功嘗試。

1RFID汽車(chē)防盜系統概述

隨著(zhù)科技的發(fā)展，汽車(chē)防盜裝置日趨嚴密和完善，目前防盜器按其結構與功能可分四大類(lèi)：機械式、電子式、芯片式和網(wǎng)絡(luò )式，雖然各有優(yōu)劣，但汽車(chē)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(chē)防盜系統屬于芯片式防盜系統，它是RFID的新應用。由于這是一種足夠小的、能夠封裝到汽車(chē)鑰匙當中并含有特定碼字的射頻卡。

該系統在汽車(chē)方向盤(pán)下安裝有閱讀器，閱讀器離點(diǎn)火鑰匙的距離小于7厘米，當插入一把帶有應答器的正確鑰匙并打到"M"位時(shí)，汽車(chē)防盜系統上電工作，閱讀器讀取到有效的UID號，系統語(yǔ)音提示鑰匙正確，并自動(dòng)完成對碼、解鎖發(fā)動(dòng)機電腦，否則語(yǔ)音報警，發(fā)動(dòng)機電腦處于閉鎖狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機管理系統(EMS)鎖定油路和引擎，發(fā)動(dòng)機點(diǎn)火和噴油的控制被切斷，汽車(chē)無(wú)法啟動(dòng)，汽車(chē)的中央計算機也就能容易地防止短路點(diǎn)火，實(shí)現防盜功能。

2RFID汽車(chē)防盜系統組成原理

RFID系統為該汽車(chē)防盜系統的核心組成部分。一般由標簽(TAG，即射頻卡)、閱讀器、射頻天線(xiàn)三部分組成。標簽由耦合元件及芯片組成，含有內置天線(xiàn)，用于和射頻天線(xiàn)間通訊;閱讀器用于讀取(在讀寫(xiě)卡中還可以寫(xiě)入)標簽信息;射頻天線(xiàn)用于在標簽和讀取器間傳遞射頻信號。

系統的基本工作流程是閱讀器通過(guò)射頻天線(xiàn)發(fā)送一定頻率的射頻信號;射頻卡進(jìn)入射頻天線(xiàn)工作區域時(shí)即產(chǎn)生感應電流，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(guò)卡內天線(xiàn)發(fā)送出去;射頻天線(xiàn)接收到從射頻卡發(fā)送來(lái)的載波信號，并經(jīng)調節器傳送到閱讀器后，閱讀器對接收的信號進(jìn)行解調和解碼，然后送到后臺主系統進(jìn)行相關(guān)處理;主系統根據邏輯運算判斷該卡的合法性，同時(shí)針對不同的設定做出相應的處理和控制，并發(fā)出指令信號控制執行機構動(dòng)作。

3RFID汽車(chē)防盜系統硬件設計
本RFID汽車(chē)防盜系統以RFID系統為核心組成。汽車(chē)防盜系統硬件控制單元選用Motorola(Freescale)的16位單片機MC9S12D64，射頻識別系統由閱讀器S6700、應答器TAG-IT和射頻天線(xiàn)組成。此外，系統還包括存儲電路(AT24C01)，檢測電路，語(yǔ)音電路和CAN總線(xiàn)通訊電路。RFID汽車(chē)防盜系統的硬件設計框圖如圖1所示。
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本系統中的控制單元單片機MC9S12D64延續了飛思卡爾半導體在車(chē)用微控制器領(lǐng)域的優(yōu)良傳統，是以速度更快的S12內核(StarCore)為核心的MC9S12系列單片機成員，這兩種器件管腳兼容，存儲器可以得到升級。并且片內有多種外圍設備可供選擇。MC9S12D64共有8種工作模式，模式的設定可通過(guò)復位期間采集BKGD、MODB、MODA三個(gè)引腳的狀態(tài)來(lái)實(shí)現，這樣可增強應用的可選擇性。

控制單元主要負責與應用系統軟件進(jìn)行通信、執行應用系統軟件發(fā)來(lái)的命令、控制與射頻卡的通信過(guò)程(主-從原則)及信號的編解碼、對一些特殊的系統還要執行反碰撞算法、對射頻卡與閱讀器問(wèn)要傳送的數據進(jìn)行加密和解密，以及進(jìn)行射頻卡和閱讀器間的身份驗證等附加功能。

S6700IC卡讀寫(xiě)多協(xié)議收發(fā)器與應答器TAG-IT共同組成射頻系統，S6700采用13.56MHz工作頻率。并具有防沖突機制。由于S6700采用的是曼徹斯特編碼方式，故能允許多張卡同時(shí)讀寫(xiě)而不會(huì )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(shí)鐘線(xiàn)、數據輸入線(xiàn)、數據輸出線(xiàn)。時(shí)鐘線(xiàn)為雙向，DOUT在接收數據期間用于數據輸出，而在發(fā)送數據期間則用來(lái)指示S6700內部FIFO寄存器的情況。

應答器TAG-IT完全兼容ISO/IEC15693協(xié)議?？▋扔?4位的UID(卡號)和8位的AFI(應用識別號)、8位的DSFID(數據存儲格式)，其中UID是不可修改的。另外，卡內有2KB的EEPROM，分成64塊，每塊32Bit，每個(gè)塊均可鎖定，以保護數據免于修改。射頻系統的閱讀器電路設計圖如圖2所示。
AT24C01是具有I2C總線(xiàn)的1K位電可擦除存儲器，具有獨立的寫(xiě)周期(最大10ms)，上電后可在線(xiàn)編程數據，失電時(shí)能長(cháng)期保存結果，這樣可以有效地防止人為對汽車(chē)電源的破壞。AT24C01存儲相應的TAG-IT的UID號，用于與讀取的應答器的UID進(jìn)行核對。語(yǔ)音電路以ISD5216集成語(yǔ)音芯片為核心，ISD5216具有錄音播放能力和4MB的數字資料存儲功能，結合調理和功放電路實(shí)現多段語(yǔ)音的錄放，從而方便地實(shí)現了RFID防盜系統的安全提示和報警功能。

檢測電路用來(lái)檢測汽車(chē)的各種狀態(tài)信息，檢測到的狀態(tài)信息包括車(chē)門(mén)的檢測，對電源，剎車(chē)等信號的檢測。MCU通過(guò)檢測到的狀態(tài)信息做出判斷決策，通過(guò)執行機構控制方向燈、電源、門(mén)磁鎖和輪轂鎖。

CAN通訊網(wǎng)絡(luò )模塊負責將啟動(dòng)信號和檢測信號通過(guò)CAN網(wǎng)傳輸給汽車(chē)的中央處理器。中央處理器通過(guò)接收的信號做決策判斷。CAN總線(xiàn)通信方式靈活、抗干擾能力強，目前在汽車(chē)控制系統中應用廣泛。CAN通訊接口硬件設計如圖3所示，其中82C250是CAN控制器和物理總線(xiàn)間的接口，它和CAN控制器之間采用光隔P113來(lái)提高系統的抗干擾能力。

4RFID汽車(chē)防盜系統軟件的實(shí)現

RFID汽車(chē)防盜系統軟件的設計開(kāi)發(fā)環(huán)境為CodeWarriorforS12，它是面向以HC12和S12為CPU的單片機應用開(kāi)發(fā)軟件包。包括集成開(kāi)發(fā)環(huán)境IDE、處理器專(zhuān)家庫、全芯片仿真、可視化參數顯示工具、項目工程管理器、C交叉編譯器、匯編器、鏈接器以及調試器。其調試方式為BDM方式，BDM(BackgroundDebugMode)是Freescale公司的一種系統調試方式，具備基本的調試功能，包括資源訪(fǎng)問(wèn)及運行控制，與指令掛牌及斷點(diǎn)邏輯配合可以實(shí)現很多重要的開(kāi)發(fā)功能。

4.1S6700工作流程

軟件設計的重點(diǎn)是對S6700的編程。S6700編程要嚴格遵循其通訊協(xié)議和工作時(shí)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，比較復雜，故一般不采用。普通模式下每條指令均含有協(xié)議、調制方式、傳輸速率等參數，而寄存器模式系列則不含這些參數，而是由預先寫(xiě)入的寄存器的數值決定。

本系統對S6700的操作選用普通模式，在該模式下，MCU首先要發(fā)送關(guān)閉命令以防止復位脈沖誤判，接著(zhù)初始化時(shí)間寄存器，然后發(fā)送普通模式命令參數。在TAG-IT應答之前，MCU必須放棄時(shí)鐘線(xiàn)控制權，并將其轉交給S6700，然后等待應答器的回復信號，接收到回復信號后，MCU讀應答器UID判斷有無(wú)讀卡錯誤，應答結束后，MCU收回時(shí)鐘線(xiàn)控制權。S6700的工作流程圖如圖4所示。
4.2初始化

射頻應答的所有操作都是從S6700的初始化開(kāi)始的。在MCU與TAG-IT的通訊過(guò)程中，首先必須初始化時(shí)間寄存器。按照ISO/IEC15693協(xié)議，必須寫(xiě)入初始化時(shí)間序列S1011110111000000011000ES1，其中S1與ES1分別為起始位和結束位，普通模式下，命令字節為8位，其發(fā)送順序是高位在前，數據流則是低位在前。下面是其命令結構格式：
起始位的波形是當SCLOCK為高時(shí)，在DIN發(fā)生一個(gè)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。結束位的波形是當SCLOCK突變?yōu)楦唠娖街辽?00ns以后在DIN發(fā)生一個(gè)下降沿。

4.3讀應答器UID

在MCU讀TAG-IT期間，由S6700掌握時(shí)鐘線(xiàn)控制權。S6700讀得數據后，通過(guò)DIN傳輸給MCU。在讀取數據時(shí)，MCU必須嚴格模擬TAG-IT的響應時(shí)序，并通過(guò)傳輸來(lái)的FLAG來(lái)確定數據的正確性。只有在FLAG完全正確時(shí)，才會(huì )繼續接受響應內容，否則，系統將結束讀卡過(guò)程。圖5給出了讀應答器的子程序圖。
　　
TAG-IT的響應格式依次為起始位S2、FLAG、響應內容、CRC16、結束位ES2，其基本的讀卡請求和應答時(shí)序如圖6所示。其中TRAN1和TRAN2分別表示MCU放棄時(shí)鐘權限和MCU獲得時(shí)鐘權限。
汽車(chē)防盜問(wèn)題在全世界范圍內備受關(guān)注。要解決這一問(wèn)題需從高科技防盜技術(shù)方面著(zhù)手，而RFID汽車(chē)防盜系統具有如下諸多優(yōu)點(diǎn)：

　　(1)采用射頻識別技術(shù)能準確判別UID，瞬間完成身份識別;

　　(2)應答器內含唯一的UID號和數字化的密碼，重碼率極低，提高了防盜性能;

　　(3)采用車(chē)用微控制器MC9SD64為防盜系統的控制單元，提高了現場(chǎng)的抗干擾能力，可確保防盜系統的正常運行;

　　(4)利用CAN總線(xiàn)與汽車(chē)的中央計算機進(jìn)行通信，可保證通信流暢，提高了防盜系統通信的抗干擾能力。