簡論RFID技術的智慧汽車安全防盜系統設計研究性論文
隨著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)模組的複用，不僅節約了硬體開銷，也提高了系統的整合度。
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，通過射頻訊號自動識別目標物件並獲取相關資料。RFID技術採用射頻傳輸，可以透過外部材料讀取晶片資料，實現非接觸操作。通訊資料使用加密演算法對資料進行加密，實現資料安全儲存、管理及通訊。隨著電子技術的快速發展，電子晶片整合度的提高，RFID系統成本也在不斷地降低，加快了智慧化在汽車電子行業中的推廣與應用。
智慧汽車安全防盜系統由輪胎髮射模組、遙控鑰匙模組和基站模組組成。對RFID系統來說，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體設計成本。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，資料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訊系統(汽車輪胎壓力監測系統與遠端無鑰匙進入系統)的識別。
2系統組成
系統由輪胎模組、鑰匙模組和基站模組組成。以4個輪胎的轎車為例，系統由4個輪胎模組、1個鑰匙模組和1個基站模組構成，其中基站模組包括RF接收器、LF收發器、中央控制部分、人機介面以及用來傳送點火、門控命令的汽車區域網際網路絡(LIN)匯流排。4個輪胎模組分別安裝在汽車的4個輪胎中，對每個輪胎的'壓力、溫度與電池電壓引數進行實時的測量，並將測量的資料通過RF通訊方式傳送到基站模組進行處理。基站模組，一方面接收來自輪胎模組的RF資料，並進一步判斷輪胎引數是否正常，如果發現異常則進行實時報警;另一方面接收來自鑰匙模組的RF控制資料，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傳送確認資訊，實現啟/閉鎖的動作;同時，基站模組通過LF通訊方式與鑰匙模組進行通訊，利用鑰匙模組中應答器的密碼與基站模組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。基站可以通過汽車匯流排與汽車內部的其他電子系統相連，實時地共享資料和控制資訊。
3系統硬體設計與實現
3.1輪胎模組電路
輪胎模組由輪胎狀態的資料採集與發射電路組成。輪胎模組電路採用FREESCALE公司的智慧嵌入式感測器MPXY8300。該系列感測器集成了該公司的低功耗S08核，內含512位元組RAM和16KBFlash，同時還集成了低功耗電容式壓力、溫度感測器和單通道的低頻輸入介面。其RF發射支援315MHz和434MHz兩種載波頻率，並可通過程式設計配置使暫存器為幅移鍵控(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是一款將壓力溫度感測器、8位微控制器(MCU)、RF發射器和雙軸(XY)加速器全部整合到一個片上的系統級晶片(SOC)。MPXY8300壓力測量範圍：轎車100~800kPa，卡車100~1400kPa，溫度測量範圍：-40～125℃。
3.2鑰匙模組電路
鑰匙模組晶片採用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頻收發器的晶片。這種晶片能夠完成射頻發射和應答器低頻通訊認證，適合於機動車輛遙控防盜裝置。它採用快速相互鑑別演算法，使用隨機數字、金鑰和口令，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基站模組電路
基站模組主要由射頻接收電路、低頻收發電路、主控晶片MCU、LIN介面以及人機介面組成。射頻接收電路採用FREESCALE公司的UHF射頻接收晶片MC33596，完成訊號解調和資料曼切斯特解碼後，將資料傳送到基站主控晶片MC9S08DZ60，進行資料處理(RKE資料解密)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序列介面控制PJF7992和應答器之間的通訊。
基站主控晶片採用FREESCALE公司生產的MC9S08DZ60，它可以通過SPI序列匯流排對射頻接收晶片MC33596引數進行配置與通訊。MC9S08DZ60內部集成了2個SCI(LIN)模組，可通過一路LIN匯流排實現對低頻收發晶片PJF7992的控制，另一路LIN匯流排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匯流排介面，可使該系統能夠與汽車內部其他電子控制系統共享資料與控制資訊，極大地提高了系統的安全性與靈活性。
4系統軟體設計
4.1無線通訊協議
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體自動完成。輪胎模組和鑰匙模組中門控命令都是以資料包(幀)的形式傳送資料。
4.2輪胎模組軟體流程
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、溫度等訊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，進行訊號採集、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鑰匙模組流程
使用者可以通過鑰匙模組上的按鈕開關傳送射頻資料來開啟和關閉車門。為了系統的安全性，對傳送資料進行滾動碼加密，傳送完畢進入到停止模式。
4.4基站模組流程
汽車沒有發動時，基站模組執行遙控門鎖功能，需要監聽來自鑰匙模組的RF門控訊號(使用者按下鑰匙上的按鍵)。當遙控鑰匙插入點火鎖裡並旋轉到啟動位置時，鑰匙中應答器(Transponder)和基站模組的PJF7992進行點火驗證，然後通過LIN匯流排傳送允許啟動的命令。汽車發動後，基站模組進入輪胎參量監測模式，通過設定合理的輪詢間隔可以減少輪胎模組的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，在試驗檯上完成了相關的功能除錯，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匯流排介面，可使該系統能夠與汽車內部其他電子控制系統共享資料與控制資訊，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。
