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基于RFID 技术的低功耗汽车门禁系统的研究 　　引言 　　随着汽车行业的不断发展创新，传统的RKE( remotekeyless entry) 系统已经不能完全满足车主对汽车门禁功能的要求。新型PKE 系统进入汽车市场后，很快得到了中高档汽车的青睐。但是由于完善的PKE 系统设计技术基本由少数外企掌握，使得PKE 产品成本高，不能在中国广阔的汽车市场中得到全面和灵活的应用。目前，在国内只有少数高档汽车才能够配备PKE 系统，因此，面对不断发展的中国汽车消费市场，对PKE 系统进行研究和开发，不仅能给汽车消费群体带来便利，更有利于整个汽车行业的发展。 　　广大研究者一直致力于RFID 技术的研究，并且应用到了不同的领域中，但是主要关注只通信距离与通信安全的问题，重点研究了高低频信号收发电路及通信加密算法。Yuping Su 等在RFID 系统设计中加入了显示模块及功率放大电路，且发射台一直处于发码状态，能耗比较大; Qi Zhang 等在低功率射频收发器的设计中，RF 收发器主要由宽带射频前端、低功率接收模块、N 倍分频器及功率管理模块组成，结果表明接收器在带宽为915 MHz 数据传输速率为2 Mbps情况下工作电流为10 mA; Md. Monzur Morshed 等主要介绍了一种标签RFID 通信协议，该协议使用静态标示符，单调递增的时间戳，该协议表明它可以节约存储空间及减少计算，但降低了通信安全系数。为降低系统的功耗，本研究主要改进了高、低频收发电路及通信算法，并且加入了语音及安防模块。本研究提出的高/低频结合、功能完善及低功耗的汽车门禁系统的设计方案是RFID 技术在汽车门禁系统中的一次成功应用，对中国国产汽车行业的迅速全面发展具有重要的的意义。 　　1 基于RFID 汽车门禁系统设计方案 　　1. 1 工作原理 　　在一辆汽车中，门禁系统主要由车身控制模块及遥控钥匙模块组成，可以多个遥控钥匙对一个车身模块。汽车门禁系统框图如图1 所示。车身控制模块安装在车门上，驾驶者携带身份卡不必将身份卡从口袋中拿出，只需靠近汽车按门把手上的触摸键即可实现开启车门功能，并解除安防系统，同样驾驶者离开车时只需按下触摸键即可实现汽车锁门功能，并使汽车安防系统处于设防状态，整个开门锁门的过程中，身份卡无需拿出。 　　1. 2 重难点 　　( 1) 低功耗。常用的低功耗设计方式有: 选用低功耗的处理器、设计低功耗的电路、采用单电源低电压唤醒、采用间歇式发送信号及软件优化、处理器采用休眠-唤醒模式等。在本研究的系统设计中，除了运用以上低功耗设计方法外，还将在车身控制模块和遥控钥匙模块中均采用高低频相结合的传输方式。这种传输方式优点在于低频模块选用的频率为134. 2 kHz，其信号的传输是通过空间交变磁场来实现耦合，收发模块在这种方式下可利用耦合的电磁场能量作为自己的能量，从而无需消耗电池的能量。此外，还可以在无其他外部中断的情况下，将车身控制模块设置为休眠模式，从而减少不必要的能量消耗。当按下触摸按键或有其他外部中断时，将唤醒处理器进行工作。 　　( 2) 低频天线的全向性。由于车身控制模块与遥控钥匙模块采用的是134. 2 kHz 低频收发方式，且遥控钥匙体积的限制，为解决低频天线间的耦合问题，在该系统中，车门控制模块低频天线采用线圈天线，遥控钥匙模块的低频接收天线采用3 付正交天线，每付天线由一个电感和一个电容并联组成，分别放在X、Y 和Z 方向上，保证可以获得任意方向上的信号，既实现低频天线的全向性，又减小了天线的体积。 　　( 3) 加密算法。为保证通信信号的安全性，该系统中通信数据会先被加密，解密成功后方可开门，有效地保证了系统的安全性。 　　该系统车身控制模块低频发送电路采用的数字调制方式是频移键控，通过改变载波的频率，使其随着基带信号的变化而变化，从而将调制信号转换成适合传播的已调信号。而传输的数字信号采用的编码方式为曼彻斯特编码，用电压跳变的相位不同来区分1 和0，其中从高到低跳变表示1，从低到高跳变表示0。 　　为解决发送数据的错码问题及最大可能的降低功耗，系统发送数据报文由前导头、同步头、数据信息、后导头组成，卡号与密码进行按位与加密，在解密的过程中，按照报文的发送顺序进行解密，一旦验证不成功即停止解密，这种加密算法不但错码率少，而且功耗低。 　　2 系统的硬件设计 　　2. 1 车身控制模块 　　车身控制模块主要由主控单片机芯片、高频接收模块、低频发送模块、安防模块、电机模块、语音模块、触摸开关等组成。 　　在该系统中，低频发送模块处理器采用单片机PIC16F1828 芯片，射频芯片