金鑫，朱金濤

（湖北文理學(xué)院物理與電子工程學(xué)院，湖北 襄陽(yáng) 441053）

汽車技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了產(chǎn)品的更新，汽車進(jìn)入系統(tǒng)由原來(lái)的機(jī)械鑰匙變?yōu)榱诉b控系統(tǒng)，隨著RFID技術(shù)的廣泛應(yīng)用和汽車市場(chǎng)的實(shí)際需求，遙控進(jìn)入系統(tǒng)被無(wú)鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)替代已經(jīng)成為必然趨勢(shì)，汽車中高級(jí)配置大都使用無(wú)鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)，而且市場(chǎng)銷售和客戶反饋都很好，其所帶來(lái)的便捷和安全性已經(jīng)被大多數(shù)用戶所接受。

1 RFID技術(shù)概述

RFID技術(shù)中文全稱為無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)，其是一種非接觸式智能自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，開(kāi)始盛行于20世紀(jì)90年代。其能夠在各種比較壞的環(huán)境中使用，對(duì)高速移動(dòng)物體能夠很好進(jìn)行識(shí)別，并且也可以同時(shí)對(duì)多個(gè)目標(biāo)記憶識(shí)別，從而讓其操作變得更加簡(jiǎn)單方便。射頻識(shí)別技術(shù)就是使用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合，并對(duì)無(wú)接觸信息進(jìn)行傳遞，通過(guò)其所傳遞信息，不用人工干預(yù)就可以達(dá)到辨別目的。通常情況下，RFID系統(tǒng)通常都是由便簽、讀寫器和天線等三個(gè)位置而組成。標(biāo)簽則是耦合元件與芯片構(gòu)成的，并且每個(gè)標(biāo)簽都會(huì)擁有一個(gè)電子碼，其就在目標(biāo)標(biāo)識(shí)上。閱讀器擁有兩種形式，即手持式、固定式，其作用就是為了獲取標(biāo)簽上的信息。天線作用就是為了傳遞好標(biāo)簽與讀取器之間的信號(hào)，系統(tǒng)中工作原理就是在標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后，借助相應(yīng)感應(yīng)電流，通過(guò)天線接收讀寫器，發(fā)送出儲(chǔ)存芯片中的信息，或自身能夠主動(dòng)發(fā)送出某種頻率信號(hào)，當(dāng)讀寫器在獲得便簽信息后，對(duì)其實(shí)行譯碼，再次送其到重要信息系統(tǒng)進(jìn)行處理。RFID按照應(yīng)用頻率不同，分為低頻、高頻、超高頻、微波，但如果結(jié)合能源供給，就使其分為無(wú)源RFID、有源RFID以及半有源RFID[1]。無(wú)源RFID其有著很短的讀寫距離，并且價(jià)格也很低。而有源RFID也能夠讓讀寫距離更加遠(yuǎn)離，但仍舊要求擁有電池提供電流，這樣成本就會(huì)變高一些，其適用于遠(yuǎn)距離讀寫的應(yīng)用場(chǎng)合。

2 汽車無(wú)鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求

裝載了無(wú)鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)的汽車內(nèi)置了5～6根低頻天線，一般都是汽車左右門各一根，車內(nèi)部擁有兩根，在后備箱、保險(xiǎn)杠也各自擁有一根。首先，可以運(yùn)用低頻交變電壓?jiǎn)?dòng)諧振電路，而諧振電路則是由天線與電筒先組合，使用低頻能夠讓諧振電路形成磁場(chǎng)，其中所覆蓋磁場(chǎng)外圍就比較容易受到控制。通過(guò)調(diào)整驅(qū)動(dòng)電壓大小來(lái)確定覆蓋范圍，從而利用設(shè)計(jì)對(duì)區(qū)域進(jìn)行規(guī)劃，比如，其中一鍵啟動(dòng)在使用后，能夠成為后備箱檢測(cè)使用，門把手兩邊天線應(yīng)當(dāng)作為門解鎖使用的。當(dāng)車主帶著鑰匙進(jìn)入時(shí)，就會(huì)讓其中天線感應(yīng)一定范圍內(nèi)中是不是擁有鑰匙，但接受到指令后，就可以利用射頻將車輛信息返回ECU，這樣就可以實(shí)行解碼解密，在獲取到密碼是正確的后，就能夠使用相應(yīng)功能。在設(shè)計(jì)汽車無(wú)鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)，充分考慮了車主不需要使用鑰匙，只需要放在口袋中就可以有效增加防盜安全性，從而為車主提供了便捷。無(wú)鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 無(wú)鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 基于RFID的汽車無(wú)鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

3.1 無(wú)鑰匙進(jìn)入功能設(shè)計(jì)

（1）電子轉(zhuǎn)向柱鎖功能。電子轉(zhuǎn)向柱鎖系統(tǒng)是由電子轉(zhuǎn)向柱鎖執(zhí)行器與電子轉(zhuǎn)向柱鎖控制器兩個(gè)部門組成，電子轉(zhuǎn)向柱鎖控制器可以建立電子轉(zhuǎn)向執(zhí)行器和車身系統(tǒng)的智能連接，并對(duì)所輸入的信號(hào)進(jìn)行判斷與識(shí)別，從而讓電子轉(zhuǎn)向柱鎖執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)開(kāi)閉鎖。

（2）防盜功能。功率控制單元會(huì)定時(shí)發(fā)送檢測(cè)信號(hào)，一旦卡檢測(cè)到信號(hào)，兩者進(jìn)行嘗試通訊，由于卡和功率控制各單元之間信號(hào)具有隨機(jī)和加密的特點(diǎn)，就能夠確保通信數(shù)據(jù)信息具有唯一性，任何一部分的鑒別發(fā)生失敗，通訊就會(huì)立即中斷并關(guān)閉車門鎖，不允許發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，以此達(dá)到防盜的效果。同時(shí)，如果非法卡信號(hào)產(chǎn)生了多次探測(cè)，為了保障汽車的安全性，功率控制單元就將會(huì)被禁止使用。

（3）一鍵啟動(dòng)功能。進(jìn)入汽車內(nèi)部時(shí)踩下制動(dòng)踏板，此時(shí)，無(wú)論車檔位是在n檔還是p檔，只要按一下啟動(dòng)按鈕，都能夠正常啟動(dòng)汽車。當(dāng)汽車停止時(shí)，駕駛員輕按啟動(dòng)按鈕，能夠?qū)l(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉。

（4）無(wú)鑰匙進(jìn)入功能。無(wú)鑰匙進(jìn)入功能主要包括自動(dòng)開(kāi)鎖和自動(dòng)閉鎖。其中，自動(dòng)開(kāi)鎖就是當(dāng)智能鑰匙位于低頻天線工作范圍內(nèi)，駕駛員身上的卡就能夠接收到信號(hào)，車載基站通過(guò)識(shí)別和驗(yàn)證卡身份合法信號(hào)，就可以解鎖車門。自動(dòng)閉鎖就是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作后，將會(huì)自動(dòng)關(guān)閉所有車門，如果車門沒(méi)有全部關(guān)閉，車門指示燈會(huì)發(fā)生閃爍，以此來(lái)提醒駕駛員。

（5）低功耗、可靠性、系統(tǒng)成本、發(fā)送器與接收器的壽命等。鑰匙中的電池要滿足工作3～5年的要求，為了極大地節(jié)省電量，接收器就需要在其他時(shí)間段進(jìn)行睡眠，并適時(shí)被喚醒。

3.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

在PKE系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，主要需要考慮和分析以下方面的問(wèn)題。

（1）功能功耗平衡問(wèn)題。可以采用低頻前端與數(shù)字電路相連接的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片工作模式的調(diào)節(jié)和控制，讓系統(tǒng)功能功耗得到平衡，并較好地節(jié)省電量消耗。同時(shí)，在芯片中引入納瓦技術(shù)，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部的有效節(jié)能。

（2）天線方向性問(wèn)題。車載基站端與鑰匙端的天線感性耦合度決定了低頻信號(hào)的通信距離，所以，就需要盡可能增大耦合效率。為了能夠讓信號(hào)向著任意方向進(jìn)行傳播，鑰匙端的低頻接收天線一般采用三維繞線天線來(lái)保證接收低頻信號(hào)的強(qiáng)度與鑰匙的姿態(tài)無(wú)關(guān)。

（3）加密安全問(wèn)題。因信號(hào)在空間中進(jìn)行無(wú)線傳輸，易被監(jiān)聽(tīng)，為保證車輛的安全性，系統(tǒng)需要采用滾碼等加密技術(shù)，進(jìn)行非線性加密等處理，這樣就可以較好地確保汽車端與鑰匙端通信的安全性，避免系統(tǒng)被預(yù)測(cè)、追蹤和破譯。

對(duì)于汽車端的硬件設(shè)計(jì)而言，汽車端高頻接收器電路采用的是SYN480R等作為高頻接收芯片，通過(guò)固定模式和掃頻模式來(lái)完成協(xié)調(diào)操作和控制，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的關(guān)閉和喚醒功能。汽車專低頻發(fā)射器電路采用的是UCC57325等芯片，其中，包含有INA接口、INB信號(hào)輸入接口。

對(duì)于鑰匙端的硬件設(shè)計(jì)而言，鑰匙端內(nèi)置低功耗高精度芯片，當(dāng)進(jìn)入汽車端低頻場(chǎng)時(shí)，芯片執(zhí)行接收、鑒權(quán)，并在鑒權(quán)通過(guò)后發(fā)送射頻回應(yīng)信號(hào)；同時(shí)，為各個(gè)通道提供一個(gè)數(shù)字RSSI值，反映內(nèi)部接收信號(hào)的強(qiáng)度，以用于判斷鑰匙與汽車的位置關(guān)系。

3.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

（1）中斷處理程序的設(shè)計(jì)。采用RFID技術(shù)的汽車無(wú)鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)，利用定時(shí)中斷接收的方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)CPU資源的協(xié)調(diào)分配，并及時(shí)接收發(fā)射過(guò)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的操作。同時(shí)，還要采集芯片引腳電壓，提高采集信號(hào)的精準(zhǔn)度，進(jìn)而增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾的性能。

（2）汽車安全防盜系統(tǒng)的支持。汽車安全防盜系統(tǒng)所使用的射頻識(shí)別技術(shù)，可以通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息。通信數(shù)據(jù)在使用功能加密算法時(shí)，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，從而讓數(shù)據(jù)安全的得到儲(chǔ)存、管理和通信。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，由于傳統(tǒng)的汽車防盜系統(tǒng)存在被解鎖和侵入的安全風(fēng)險(xiǎn)，所以，人們研發(fā)了基于RFID的汽車無(wú)鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)，用來(lái)提升系統(tǒng)的安全性和可靠性。本文闡述了RFID技術(shù)概述，詳細(xì)分析了汽車無(wú)鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，并論述了基于RFID的汽車無(wú)鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究，希望本文能夠?yàn)槠嚐o(wú)鑰進(jìn)入系統(tǒng)提供一些有價(jià)值的參考。