基于射频识别技术RFID的汽车防盗系统设计文档格式.docx

1、基于不同的应用，对应答器的体积、性能等的要求也各不相同。一般来说应答器的主要功能特点有：具有信息存储、处理能力，可接收、发送无线信号，外围部件少,功耗低，能在低电压下工作；依据不同需要，具有无线、射频微波探测器、调制器，解调器、控制逻辑及存储器等部件。应答器的主要电气性能参数有：工作频率、读写能力、数据传输速率、信息数据存储量、多应答器识读能力、信息安全性能等。应答器的数据量通常在几个字节到几千个字节之间。但有一个例外，这就是1比特应答器，它进行“是”或“否”应答，在需要简单监控的场所是适合的，它的价格便宜，在百货商场的商品防盗系统中获得大量的应用。简单系统的应答器的数据不多，大多是序列号码，

2、在加工芯片时写入，以后就不能改变。而在很多应用中，需要从阅读器（读写器）向应答器写入数据，为了存储数据，在应答器中主要采用三种类型的存储器：EEPROM、铁电随机存储器FRAM和静电随机存取存储器SRAM。EEPROM是电感耦合方式中应答器主要采用的存储器，其写入过程中的功耗大，擦写寿命约为10万次。FRAM是一种新的，非瞬态存储技术。FRAM存储单元的基本原理是铁电效应，即一种材料在不存在的电场情况下，保持其电报化的能力。1.1.2 阅读器介绍阅读器应能完成下述几项功能：向应答器提供射频能量；从应答器中读出数据或写入数据至应答器中；完成数据信息处理，并实现应用操作；如果需要，应能和高层处理应

3、用交互。虽然因频率范围、通信协议、数据传输方法的不同，各种阅读器会有很大的区别和差异，但是所有的阅读器在上述功能上是很相似的。阅读器的组成结构如图1.1.2-1所示。图中各部分的功能简述如下：发送通道，对载波信号进行功率放大，向应答器传送操作命令及写数据。接收通道:接收应答器传送至阅读器的响应及数据。载波产生器：采用晶体振荡器，产生所需频率的载波信号，并保证载波信号的频率稳定度。时钟产生电路：通过分频器形成工作所需要的各种时钟。MCU：微控制器是读写器工作的核心，完成收发控制、向应答器发命令及写数据、数据读取与处理、与高层处理应用系统的通信等工作。天线：与应答器形成耦合交连。图1.1.2-1

4、阅读器的组成结构框图1.2 射频识别系统的分类射频识别系统根据不同的标准有不同的分类方法，主要有以下几种分类：根据射频识别系统的工作频率（通常把阅读器发送信号时使用的频率称为射频识别系统的工作频率）可以分为： 低频（LF），工作频率低于135kHz,最常用的是125kHz； 高频（HF），工作频率为6.56MHz-20.56kHz； 超高频（UHF），工作频率为433MHz、860MHz-960MHz； 微波，工作频段为2.45GHz和5.8GHz。根据应答器与阅读器作用距离的不同，射频识别系统可以分为： 密耦合，作用距离为0-1cm； 疏耦合，作用距离为1-100cm； 远距离，作用距离为1

5、m以上。根据应答器的供电方式可以分为： 无源（passive），无源应答器有内装电池，在阅读器的范围之外时，应答器处于无源状态，在阅读器的范围之内时，应答器从阅读器发出的射频能量中提取其工作所需的电能。 半无源（semi-passive），半无源应答器装有电池，但电池仅对应答器内要求供电维持数据的电路或应答器芯片工作所需的电压作辅助支持，应答器电路本身耗电很少。应答器未进入工作状态前，一直处于休眠状态，相当于无源应答器。当进入阅读器的阅读范围时，受到阅读器发出的射频能量的激励，进入工作状态时，用于传输通信的射频能量与无源应答器一样源自阅读器。 有源（active），有源应答器的工作电源完全由内

6、部电池供给，同时应答器电池的能量供应也部分地转换为应答器与阅读器通信所需的射频能量。根据射频识别系统的基本工作方式可以分为： 双工系统，在此系统中应答器的应答相应号与阅读器的发射信号同时存在； 时序系统，在此系统中，阅读器的电磁场周期性地接通，在这些间隔中应答器向阅读器发信号并被识别出来。1.3 射频识别系统的工作原理射频识别系统1是利用无线电波对记录物体进行读写。射频识别的距离可达到几十厘米至几米，并且可以传输大量的保密信息。射频识别系统的基本工作原理是阅读器加电工作后发出定向查询的射频信号，当应答器进入读写器的有效查询范围内，将自身存储的电子信息发送给阅读器，由应答器发送的应答信号经阅读器

7、接收处理后获得应答器所存储的电子信息。应答器中所存储的电子信息代表了待识别物体的标识信息，应答器相当于待识别物体的身份认证3。从而射频识别系统实现了非接触物体的识别目的。应答器与阅读器之间的数据传输是通过数据在空气介质中以无线电波的形式进行的。一般地，我们可以用两个参数衡量数据在空气介质中的传播，即数据传输的速度与数据传输的距离。因应答器发出的无线信号是很弱的，信号传输的速度与传输的距离就很有限。为了实现数据远距离、高速的传输，必须把要传输的数据信号叠加在一个规则变化的信号比较强的电波上，这个过程就是调制，规则变化的电波就是载波。在射频识别系统中，载波一般由阅读器发出并进行调制，而实现数据的调

8、制也有许多的方法，如调幅、调频、调相等，射频识别系统一般采用调幅方式。2 系统硬件电路设计基于射频识别（RFID）汽车防盗系统装置是将射频识别技术用于汽车防盗技术中。该装置包括安装在汽车启动钥匙顶部的应答器和汽车内部控制着汽车发动机电子点火系统的阅读器。当一个具有正确识别码的钥匙插入点火开关后，汽车才能用正确的方式进行启动。当点火开关关闭时，阅读器输出一个125kHz的充电脉冲到汽车钥匙顶部的应答器。应答器接收到这个脉冲信号后就使电容器充电，从而使应答器发射一个特定的代码至阅读器，信号的传输就发生在阅读器的天线和应答器的天线之间。阅读器的控制模块对此信号进行解码并把它与存储在微处理器内存中的代

9、码进行比较。如果相同，控制模块便启动发动机的控制程序和点火开关；只要有一位不相同，系统就会发出相应的报警信息。应答器中有32个密码位，因而其信号被其它接收机截获也是不可能的。基于射频识别的汽车防盗整个装置是由单片机、射频卡读写电路、语音报警电路、电源监控电路、存储器接口电路、键盘和应答器组成。射频识别系统硬件如图2-1所示： 图2-1 射频识别系统硬件框图2.1 基站芯片U2270B的简介U2270B是非接触识别系统中典型的一种低频读写基站芯片，它是应答器和微处理器之间的接口。一方面负责应答器和控制器的数据通信，另一方面向应答器传输能量、交换数据。U2270B主要由电源、放大器、滤波器、振荡器

10、、施密特触发器、激励器等组成，U2270B的组成框图如图2.2-1所示：各引脚功能见表2.1-1。表2.1-1 U2270B的引脚功能引脚代号功能1GND地9COIL1天线12OUTPUT数据输出10VEXT外部电源3OE数据输出使能11DVS天线驱动器电源4INPUT信号输入12Vbatt电池电压5MS模式选择13STANDBY备用输入6CFE载波使能14VS内部电源7DGND天线驱动器地15RF载波频率调节8COIL2天线216HIPASSDC去耦图2.1-1 U2270B的组成框图基站芯片U2270B的基本工作原理是：振荡器在CEF引脚为高电平是,产生的射频载波信号经驱动由Coil1、C

11、oil2引脚输出，天线线圈产生一足够强度的磁场为应答器供电。应答器用它的内部数据调制磁场，从而在读写器的线圈上引起一个微小的电压幅度调制信号，经过外部整流器解调、耦合电容高通滤波，加到INPUT引脚，由内部的低通滤波器滤波后，又经带负反馈的读通道将放大器放大、再经施密特触发器抑制噪声，最后经集电极开路输出级，从OUTPUT端送到微控制器的输入口。数据输出通过设置引脚可被允许或禁止。2.2 射频卡读写电路的设计阅读器电路的主要功能是：发出射频载波，经过天线耦合给应答器，为应答器提供工作电源；进行数据信号的载波调制、解调和传输；与单片机进行双向数据交换。它主要由读写基站芯片U2270B及外围电路和

12、读写天线组成。2.2.1 电源的选择为了使系统电路能适应各种环境，首先要考虑电源的输入问题，U2270B4具有多种灵活的供电方式，能够用一个已稳压的（5V）或未稳压的（7-16V）外部电源或两个外部已稳压的（5V和7-8V）电源供电。电源引脚有以下几个，VEXT：天线预激励器的电源电压，也可以用来给外部电路（如微控制器等）供电，与一个NPN晶体管一起，它也建立天线线圈激励器的电源电压DVS。Vs：除驱动器外的内部其它电路的电源电压，利用STANDBY引脚可将Vs与内部电路断开，使U2270B工作在低功耗方式，此时其消耗的电流仅为30-70uA。Vbatt：电池电源输入端。下面是可选的三种供电方

13、式。2.2.1.1 单电源输入所有内部电路均由单一5V电源供电（U2270B 的单电源工作方式如图 2.2.1.1-1所示），在这种情况下，Vs、VEXT和DVs用作输入，Vbatt不用，但也应该连到电源正极上。图2.2.1.1-1 U2270B 的单电源工作方式2.2.1.2 双电源输入这种情况下，激励器电压DVs和预激励器电压VEXT工作在比其余电路更高的电压上（7-8V）,以得到较高的激励器输出幅度，从而得到较强的磁场（U2270B的双电源工作方式如图2.2.1.2-1所示），Vs连到5V电源上，这种工作方式大多数用在要求增加通信距离的情况下。图2.2.1.2-1 U2270B的双电源工作方式以上两种供电方式，U2270B都不能进入低功耗方式。2.2.1.3 电池供电模式使用这种工作模式时，Vs和VEXT由内部电源产生（U2270B的电池供电工作方式如图2.2.1.3-1所示），不需要外部稳压器。经STA