基于RFID的汽車無鑰匙進入系統(tǒng)研究

金鑫，朱金濤

（湖北文理學院物理與電子工程學院，湖北 襄陽 441053）

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

1 RFID技術概述

RFID技術中文全稱為無線射頻識別技術，其是一種非接觸式智能自動識別技術，開始盛行于20世紀90年代。其能夠在各種比較壞的環(huán)境中使用，對高速移動物體能夠很好進行識別，并且也可以同時對多個目標記憶識別，從而讓其操作變得更加簡單方便。射頻識別技術就是使用射頻信號通過空間耦合，并對無接觸信息進行傳遞，通過其所傳遞信息，不用人工干預就可以達到辨別目的。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位置而組成。標簽則是耦合元件與芯片構成的，并且每個標簽都會擁有一個電子碼，其就在目標標識上。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簽上的信息。天線作用就是為了傳遞好標簽與讀取器之間的信號，系統(tǒng)中工作原理就是在標簽進入磁場后，借助相應感應電流，通過天線接收讀寫器，發(fā)送出儲存芯片中的信息，或自身能夠主動發(fā)送出某種頻率信號，當讀寫器在獲得便簽信息后，對其實行譯碼，再次送其到重要信息系統(tǒng)進行處理。RFID按照應用頻率不同，分為低頻、高頻、超高頻、微波，但如果結合能源供給，就使其分為無源RFID、有源RFID以及半有源RFID[1]。無源RFID其有著很短的讀寫距離，并且價格也很低。而有源RFID也能夠讓讀寫距離更加遠離，但仍舊要求擁有電池提供電流，這樣成本就會變高一些，其適用于遠距離讀寫的應用場合。

2 汽車無鑰匙進入系統(tǒng)的設計需求

裝載了無鑰匙進入系統(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、保險杠也各自擁有一根。首先，可以運用低頻交變電壓啟動諧振電路，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，其中所覆蓋磁場外圍就比較容易受到控制。通過調(diào)整驅動電壓大小來確定覆蓋范圍，從而利用設計對區(qū)域進行規(guī)劃，比如，其中一鍵啟動在使用后，能夠成為后備箱檢測使用，門把手兩邊天線應當作為門解鎖使用的。當車主帶著鑰匙進入時，就會讓其中天線感應一定范圍內(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，這樣就可以實行解碼解密，在獲取到密碼是正確的后，就能夠使用相應功能。在設計汽車無鑰匙進入系統(tǒng)時，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。無鑰匙進入系統(tǒng)結構圖如圖1所示。

圖1 無鑰匙進入系統(tǒng)結構圖

3 基于RFID的汽車無鑰匙進入系統(tǒng)設計研究

3.1 無鑰匙進入功能設計

（1）電子轉向柱鎖功能。電子轉向柱鎖系統(tǒng)是由電子轉向柱鎖執(zhí)行器與電子轉向柱鎖控制器兩個部門組成，電子轉向柱鎖控制器可以建立電子轉向執(zhí)行器和車身系統(tǒng)的智能連接，并對所輸入的信號進行判斷與識別，從而讓電子轉向柱鎖執(zhí)行器實現(xiàn)開閉鎖。

（2）防盜功能。功率控制單元會定時發(fā)送檢測信號，一旦卡檢測到信號，兩者進行嘗試通訊，由于卡和功率控制各單元之間信號具有隨機和加密的特點，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，通訊就會立即中斷并關閉車門鎖，不允許發(fā)動機啟動，以此達到防盜的效果。同時，如果非法卡信號產(chǎn)生了多次探測，為了保障汽車的安全性，功率控制單元就將會被禁止使用。

（3）一鍵啟動功能。進入汽車內(nèi)部時踩下制動踏板，此時，無論車檔位是在n檔還是p檔，只要按一下啟動按鈕，都能夠正常啟動汽車。當汽車停止時，駕駛員輕按啟動按鈕，能夠將發(fā)動機關閉。

（4）無鑰匙進入功能。無鑰匙進入功能主要包括自動開鎖和自動閉鎖。其中，自動開鎖就是當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，車載基站通過識別和驗證卡身份合法信號，就可以解鎖車門。自動閉鎖就是當發(fā)動機停止工作后，將會自動關閉所有車門，如果車門沒有全部關閉，車門指示燈會發(fā)生閃爍，以此來提醒駕駛員。

（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間段進行睡眠，并適時被喚醒。

3.2 系統(tǒng)硬件設計

在PKE系統(tǒng)設計的過程中，主要需要考慮和分析以下方面的問題。

（1）功能功耗平衡問題。可以采用低頻前端與數(shù)字電路相連接的方式，實現(xiàn)對芯片工作模式的調(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，在芯片中引入納瓦技術，從而進一步實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部的有效節(jié)能。

（2）天線方向性問題。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。為了能夠讓信號向著任意方向進行傳播，鑰匙端的低頻接收天線一般采用三維繞線天線來保證接收低頻信號的強度與鑰匙的姿態(tài)無關。

（3）加密安全問題。因信號在空間中進行無線傳輸，易被監(jiān)聽，為保證車輛的安全性，系統(tǒng)需要采用滾碼等加密技術，進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)被預測、追蹤和破譯。

對于汽車端的硬件設計而言，汽車端高頻接收器電路采用的是SYN480R等作為高頻接收芯片，通過固定模式和掃頻模式來完成協(xié)調(diào)操作和控制，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的關閉和喚醒功能。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信號輸入接口。

對于鑰匙端的硬件設計而言，鑰匙端內(nèi)置低功耗高精度芯片，當進入汽車端低頻場時，芯片執(zhí)行接收、鑒權，并在鑒權通過后發(fā)送射頻回應信號；同時，為各個通道提供一個數(shù)字RSSI值，反映內(nèi)部接收信號的強度，以用于判斷鑰匙與汽車的位置關系。

3.3 系統(tǒng)軟件設計

（1）中斷處理程序的設計。采用RFID技術的汽車無鑰匙進入系統(tǒng)，利用定時中斷接收的方式，來實現(xiàn)CPU資源的協(xié)調(diào)分配，并及時接收發(fā)射過來的信號進行相應的操作。同時，還要采集芯片引腳電壓，提高采集信號的精準度，進而增強系統(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)所使用的射頻識別技術，可以通過射頻信號自動對目標進行識別，并獲取相關數(shù)據(jù)信息。通信數(shù)據(jù)在使用功能加密算法時，需要對數(shù)據(jù)進行加密處理，從而讓數(shù)據(jù)安全的得到儲存、管理和通信。

4 結語

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險，所以，人們研發(fā)了基于RFID的汽車無鑰匙進入系統(tǒng)，用來提升系統(tǒng)的安全性和可靠性。本文闡述了RFID技術概述，詳細分析了汽車無鑰匙進入系統(tǒng)設計需求，并論述了基于RFID的汽車無鑰匙進入系統(tǒng)設計研究，希望本文能夠為汽車無鑰進入系統(tǒng)提供一些有價值的參考。