基于射频识别技术(RFID>的汽车防盗系统设计与实现姓名:周江学号:123030840班级:12应电B2018年12月15日0/38目录前言2射频识别技术21.1射频识别系统的组成21.1.1应答器介绍31.1.2阅读器介绍31.2射频识别系统的分类41.3射频识别系统的工作原理52系统硬件电路设计52.1基站芯片U2270B的简介62.2射频卡读写电路的设计72.2.1电源的选择72.2.1.1单电源输入82.2.1.2双电源输入82.2.1.3电池供电模式92.2.2外围元件的选择92.2.3射频电路的设计112.3系统其它的电路设计132.3.1单片机的选择132.3.2语音报警电路142.3.3存储接口电路182.3.4电源监控器192.3.5键盘输入192.3.6串行通信电路19系统软件设计213.1射频卡T5557简介213.2T5557的工作原理233.2.1初始化233.2.2卡与阅读器的通讯233.2.3配置寄存器的设置243.3系统的软件设计273.3.1软件设计273.3.2写卡软件设计303.3.3系统其它电路的软件设计333.4串行通信程序设计35设计总结350/38基于RFID汽车防盗系统设计前言射频识别
,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,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。3/38★有源(active>,有源应答器的工作电源完全由内部电池供给,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M至几M,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
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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。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。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。4/38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、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2.1-1U2270B的引脚功能引脚代号功能引脚代号功能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5/38图2.1-1U2270B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、Coil2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及外围电路和读写天线组成。2.2.1电源的选择[4]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,U2270B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6/38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,其频率响应高通特性的下限载止频率,取决于解调器的输出阻抗、LPF的输出阻抗Ri<后者的典型值为220k?)和输入电容CIN的值。低通特性的上限截止频率取决于所选的振荡器频率,典型值为?asc/18。这意味着如果采用二相或曼彻斯特编码,数据率有可能达到?asc/25。CIN的值与应答器的数据传输率线性相关,表2.2.2-1给出了对常用的数据率CIN所适合的值,即使用越高的数据率,其值应越大.这些值仅对曼彻斯特和二相码有效。表2.2.2-1数据传输率与输入电容、去耦电容的关系数据率?=125kHz耦合电容CIN去耦电容CHPF/32=3.9kbit/s680pF0.1μFF/64=1.95kbit/s1200pF0.22μF去耦电容:差分放大器的增益G,典型值为30(CHP=0.1μF时)。可通过引脚HIPASS设定。对于较低的增益,HIPASS脚用一个电阻RGain与电容CHP串联接地,增益G和下限截止频率?cut可用下面的公式计算,Ri的值可设定为2.5k?。(2.2.2-1>(2.2.2-2>如果要求较高的增益,则只需一个电容CHP用于直流去耦,下限截至频率?cut就9/38按下面的公式计算:(2.2.2-3>C的值与C一样,也与答应器的数据传输率线性相关,如表2.2.2-1所示。HPIN2.2.3射频电路的设计U2270B应用电路的形式取决于磁耦合情况。磁耦合因子K主要由读写距离和天线线圈决定。表列出了一个给定的磁耦合因子所适用的应用电路形式。表2.2.3-1磁耦合因子与适合的应用电路形式磁耦合因子K适合的应用电路形式2K≥3%3自由调协振荡器4K≥1%二极管反馈振荡器K≥0.5%二极管反馈+频率改变振荡器K≥0.3%二极管反馈+精确的频率调协振荡器本文设计的射频电路如图2.2.3-1所示:射频载波允许/禁止端(CFE)和读数据输出