基于射频技术的电动自行车智能防盗系统

　　随着人们的环保意识逐渐提高,电动车以其环保、轻便和经济性在人们的生活中得到了大规模的普及。但是电瓶车的防盗问题一直困扰着每个用户，以往的一些电动车防盗主要的关注点在于电动车的防盗报警上，当盗窃分子将防盗警报解除时，电动车的防盗功能即消失了。随着技术的发展，一些电动车生产厂商提出了电机锁的概念，从而解决了整车防盗的问题，但是电机锁的解锁和上锁还是相对麻烦，而且电机锁只能解决整车防盗的问题，却不能解决电动车电瓶防盗的问题，这给一些电瓶被盗的电动车用户还是带来了很大的经济损失。本文提出的基于射频技术的电动自行车智能防盗系统用射频识别卡代替传统的电动车的钥匙，通过射频卡与单片机认证的方式启动电动车，具有高度的安全性;同时改造电瓶车的电瓶系统，使电瓶不再机械地供电而是需要一定条件满足时才正常供电,具有了一定的智能性;此外,通过封装的设计使得电瓶用在其他电动车上时没法正常使用。因此该设计能够有效地做到电动车整车防盗和局部的电瓶防盗。

　　射频识别技术(RFID)是一种非接触的自动识别技术，曾被列为20世纪十大重要技术项目之一,其通过在磁场中耦合实现信息的无接触传递，再通过对传递的信息进行处理完成识别的目的[1]。由于射频识别技术有非接触性的显著优点，可以在无人工干预的状况下进行识别，而且可以同时识别多个射频标签，操作简捷方便。当前射频技术在门禁安防、身份识别、公交系统、物联网等许多领域中得到了广泛的应用。本文主要给出系统的总体设计思路及硬件的各部分组成。

　　1 系统整体方案设计

　　该系统主要由四大模块组成,分别为射频识别模块、单片机控制模块、串口通信模块和电动车电瓶模块。系统的射频识别模块首先通过射频读卡器对用户的射频卡进行识别,当用户的射频卡识别认证通过之后，单片机控制模块才向电瓶模块输出控制信号，打开电瓶系统模块的电子开关，进而使电瓶正常向电动车的控制器供电，系统的总体结构如图1所示。

　　2 各模块设计

　　2.1 射频识别模块

　　射频识别模块包含射频卡和射频读卡器两个部分，射频读卡器采用NXP公司的MF RC522芯片。MF RC522是一款中高集成度的应用13.56 MHz的非接触式通信读写卡芯片。该读卡芯片具有低电压、低成本、体积小等优点，广泛应用在便携式手持设备和智能仪表研发和生产中。MF RC522的设计采用了先进的调制和解调概念，将13.56 MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议集成在一起。它支持ISO14443A的多层应用。MF RC522芯片可以在没有其他电路的情况下由内部发送器部分驱动读写器天线与ISO14443A/MIFARE系列卡和应答机的通信。接收器部分有解调和解码电路,用于处理与ISO14443A兼容的应答器信号。数字部分用于处理ISO14443A帧和错误检测(奇偶&CRC)。此外,在安全验证方面,它还可以使用快速CRYPTO1加密算法对MIFARE系列产品进行验证。MF RC522还支持更高速的与MIFARE系列卡的非接触式通信，最高传输速率可达424 kb/s。作为13.56 MHz的中高集成度的芯片，它采用连线较少的串行通信完成与主机的通信，且可根据不同的用户需求选取SPI、I2C或串行UART模式之一，有利于降低电路设计难度，缩小PCB板体积，降低开发成本[2]。射频读卡器芯片模块电路如图2所示。

　　射频读卡模块包含有天线模块，天线模块主要负责发送和接收信号。在发送信号过程中，首先由MF RC522芯片判断其相应寄存器的指令，然后依据指令将等待发送的数据进行调制得到发送的信号，接着由11(TX1)和13(TX2)号管脚驱动的天线以13.56 MHz的电磁波形式把信号发送出去。在接收信号的过程中，射频卡要进入射频的磁场范围内使用射频磁场中的磁场对卡内的电容进行充电，接着启动卡内的电路对天线模块进行响应。天线接收到卡片的响应后，通过天线匹配电路把信号送到MF RC522的接收引脚 RX[3]，芯片内部的接收器对接收信号进行解调、译码，并根据寄存器的设定进行处理，最后将数据发送到串行接口由单片机读取。整个射频模块的电源由单片机模块通过稳压芯片ASM1117提供，ASM1117是一款稳压元件，通过电源变换能够稳定地向射频读卡器模块输出3.3 V电压。天线模块设计电路图如图3所示。

　　2.2 单片机控制模块

　　本系统选择AT89C52单片机作为系统控制芯片，AT89C52单片机是一款低电压、高性能的8位单片机，片内含8 KB的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 B的随机存取数据存储器(RAM)。该芯片使用了高密度、非易失性存储生产技术，同时与MCS-51指令系统兼容，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。单片机控制模块主要由晶振部分和按键复位部分组成，晶振部分主要由一个频率为11.059 2 MHz的晶振和两个大小为30 pF的电容组成，该模块为单片机提供时钟频率。按键复位电路主要起到延时启动的作用，防止单片机一上电就开始工作出现计算错误，导致程序跑飞等状况的出现。虽然很多单片机都在内部自带了延时复位的电路，但是为了增加可靠性，仍然需要设计复位电路[4]。本次设计的复位电路采用按键复位方式，该部分由一个10 kΩ的电阻、10 μF电容和按键开关组成。其他各端口的定义为:端口P1.7主要连接MF RC522的复位管脚，控制RC522复位功能;P1.3~P1.6端口分别与RC522芯片的24、29、30、31号管脚相连,控制单片机与RC522间的串口通信。单片机模块的设计电路如图4所示。

　　2.3 串口通信模块

　　为了使单片机正常工作，需要有串行数据线与计算机进行通信，计算机带有9针的串行通信口，因此为了与其能够匹配，单片机模块也需要设计一个9针的连接头。但是由于计算机与单片机的电平标准不一样，所以需要采用一个电平转化芯片，本设计采用美信公司的MAX232芯片。它是一款包含两路接收器和驱动器的IC芯片，内部有一个电源变换器，可以把输入的+5 V电源电压变换成为RS232输出电平所需的+10 V的电压[5]。串口通信模块中的电容C4、C5、C6、C7都为0.1 μF，C8为去耦电容，MAX232的11脚T1IN 连接单片机P3.1端口，12脚连接单片机P3.1端口。相关管脚连接图如图5所示。

　　2.4电池模块

　　电池模块是电动车智能防盗系统的关键部分，所以本次设计对市场上的电池进行了一定改造。当前市场上的蓄电池基本都是以单体的12 V电池为主，通过电池组的串联可以组成不同电压值的电池组，本次设计针对市场上普遍使用的48 V电动车作为设计改造版本。在以往的电动车中，电池的供电方式都是非常机械化的，电动车的开关一旦打开，供电电路就立刻接通，电动车电池组就无条件地向控制器输送电源，控制器再驱动电机行驶。因此当有盗窃分子用特殊的锁具打开开关时，电动车即被盗走。本次的设计改造则把电动车的电池体封闭在盒子中，在每个单体12 V的电池上都安装上电子开关模块，电子模块和电池一起封闭在盒子中，最后盒子与外界只有5根导线相连。具体电路设计如图6所示。

　　图6中，X1为电池正负极的并联线路,通过与不同的电池串联，最后经过稳压处理以后给单片机供电;X2是电池正常给电动车控制器供电的电路;X3是与单片机控制线相连的线路。当X3收到控制信号时场效应管才打开，X2线路才能正常连通。本设计选用RJK0822场效应管，该管最大能支持80 A的电流和80 V的电压，是电动车领域常用的元件之一。单片机的5 V供电由电池组中X1导线串联形成的48 V电压降压得到。

　　本文设计的电动车智能防盗系统采用了射频识别技术，既给电动车启动带来了很大的便捷性，也使电动车的安全性得到了很大的提高。另外，通过对电动车电池模块的改造，将电池体和电子开关模块封装在盒子中，又把电动车正常工作的线路和单片机供电的线路分开，这样就无需另外给单片机设计供电电源，大大提高了实用推广性。

　　参考文献

　　[1] 游战清，李苏剑.无线射频识别技术(RFID)理论与应用[M].北京：电子工业出版社，2004.

　　[2] 周立功.MFRC522非接触式读IC[EB/OL[20140226]www.zlgmcu.com/goldencard/MF/card_fjc.asp.

　　[3] 边红丽. 非接触IC卡技术及应用漫谈[J]. 金卡工程，2002(6):37-38.

　　[4] 郭天祥.新概念51单片机C语言教程[M].北京：电子工业出版社，2009.

　　[5] 张积洪，马创.基于STC单片机的机场车辆超速报警系统[J].微型机与应用，2010,29(22)：100-102.