摘  要： 介紹了一種基于射頻識(shí)別技術(shù)的電動(dòng)自行車智能防盜系統(tǒng)，給出了硬件的詳細(xì)電路設(shè)計(jì)圖和功能說明。系統(tǒng)由射頻讀卡模塊、單片機(jī)控制模塊、串口通信模塊、電池模塊組成。該系統(tǒng)使用射頻卡取代了傳統(tǒng)的鑰匙,通過射頻卡的一對(duì)一識(shí)別來啟動(dòng)電動(dòng)車，并對(duì)電動(dòng)車的電池外部電路進(jìn)行改造,使得只有在射頻卡得到識(shí)別時(shí)才打開電子開關(guān)正常向電動(dòng)車控制器進(jìn)行供電。同時(shí)電動(dòng)車電池供電電路分為單片機(jī)供電和控制器正常供電兩組，大大提高了智能系統(tǒng)的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞： 射頻識(shí)別; 單片機(jī); 電動(dòng)自行車; 防盜

       隨著人們的環(huán)保意識(shí)逐漸提高,電動(dòng)車以其環(huán)保、輕便和經(jīng)濟(jì)性在人們的生活中得到了大規(guī)模的普及。但是電瓶車的防盜問題一直困擾著每個(gè)用戶，以往的一些電動(dòng)車防盜主要的關(guān)注點(diǎn)在于電動(dòng)車的防盜報(bào)警上，當(dāng)盜竊分子將防盜警報(bào)解除時(shí)，電動(dòng)車的防盜功能即消失了。隨著技術(shù)的發(fā)展，一些電動(dòng)車生產(chǎn)廠商提出了電機(jī)鎖的概念，從而解決了整車防盜的問題，但是電機(jī)鎖的解鎖和上鎖還是相對(duì)麻煩，而且電機(jī)鎖只能解決整車防盜的問題，卻不能解決電動(dòng)車電瓶防盜的問題，這給一些電瓶被盜的電動(dòng)車用戶還是帶來了很大的經(jīng)濟(jì)損失。本文提出的基于射頻技術(shù)的電動(dòng)自行車智能防盜系統(tǒng)用射頻識(shí)別卡代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電動(dòng)車的鑰匙，通過射頻卡與單片機(jī)認(rèn)證的方式啟動(dòng)電動(dòng)車，具有高度的安全性；同時(shí)改造電瓶車的電瓶系統(tǒng)，使電瓶不再機(jī)械地供電而是需要一定條件滿足時(shí)才正常供電,具有了一定的智能性;此外,通過封裝的設(shè)計(jì)使得電瓶用在其他電動(dòng)車上時(shí)沒法正常使用。因此該設(shè)計(jì)能夠有效地做到電動(dòng)車整車防盜和局部的電瓶防盜。

       射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)是一種非接觸的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，曾被列為20世紀(jì)十大重要技術(shù)項(xiàng)目之一,其通過在磁場(chǎng)中耦合實(shí)現(xiàn)信息的無接觸傳遞，再通過對(duì)傳遞的信息進(jìn)行處理完成識(shí)別的目的[1]。由于射頻識(shí)別技術(shù)有非接觸性的顯著優(yōu)點(diǎn)，可以在無人工干預(yù)的狀況下進(jìn)行識(shí)別，而且可以同時(shí)識(shí)別多個(gè)射頻標(biāo)簽，操作簡(jiǎn)捷方便。當(dāng)前射頻技術(shù)在門禁安防、身份識(shí)別、公交系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)等許多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。本文主要給出系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路及硬件的各部分組成。

       1 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)

       該系統(tǒng)主要由四大模塊組成,分別為射頻識(shí)別模塊、單片機(jī)控制模塊、串口通信模塊和電動(dòng)車電瓶模塊。系統(tǒng)的射頻識(shí)別模塊首先通過射頻讀卡器對(duì)用戶的射頻卡進(jìn)行識(shí)別,當(dāng)用戶的射頻卡識(shí)別認(rèn)證通過之后，單片機(jī)控制模塊才向電瓶模塊輸出控制信號(hào)，打開電瓶系統(tǒng)模塊的電子開關(guān)，進(jìn)而使電瓶正常向電動(dòng)車的控制器供電，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

       2 各模塊設(shè)計(jì)

       2.1 射頻識(shí)別模塊

射頻識(shí)別模塊包含射頻卡和射頻讀卡器兩個(gè)部分，射頻讀卡器采用NXP公司的MF RC522芯片。MF RC522是一款中高集成度的應(yīng)用13.56 MHz的非接觸式通信讀寫卡芯片。該讀卡芯片具有低電壓、低成本、體積小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在便攜式手持設(shè)備和智能儀表研發(fā)和生產(chǎn)中。MF RC522的設(shè)計(jì)采用了先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)概念，將13.56  MHz下所有類型的被動(dòng)非接觸式通信方式和協(xié)議集成在一起。它支持ISO14443A的多層應(yīng)用。MF RC522芯片可以在沒有其他電路的情況下由內(nèi)部發(fā)送器部分驅(qū)動(dòng)讀寫器天線與ISO14443A/MIFARE系列卡和應(yīng)答機(jī)的通信。接收器部分有解調(diào)和解碼電路,用于處理與ISO14443A兼容的應(yīng)答器信號(hào)。數(shù)字部分用于處理ISO14443A幀和錯(cuò)誤檢測(cè)(奇偶＆CRC)。此外,在安全驗(yàn)證方面,它還可以使用快速CRYPTO1加密算法對(duì)MIFARE系列產(chǎn)品進(jìn)行驗(yàn)證。MF RC522還支持更高速的與MIFARE系列卡的非接觸式通信，最高傳輸速率可達(dá)424 kb/s。作為13.56 MHz的中高集成度的芯片，它采用連線較少的串行通信完成與主機(jī)的通信，且可根據(jù)不同的用戶需求選取SPI、I2C或串行UART模式之一，有利于降低電路設(shè)計(jì)難度，縮小PCB板體積，降低開發(fā)成本[2]。射頻讀卡器芯片模塊電路如圖2所示。

       射頻讀卡模塊包含有天線模塊，天線模塊主要負(fù)責(zé)發(fā)送和接收信號(hào)。在發(fā)送信號(hào)過程中，首先由MF RC522芯片判斷其相應(yīng)寄存器的指令，然后依據(jù)指令將等待發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制得到發(fā)送的信號(hào)，接著由11(TX1)和13(TX2)號(hào)管腳驅(qū)動(dòng)的天線以13.56 MHz的電磁波形式把信號(hào)發(fā)送出去。在接收信號(hào)的過程中，射頻卡要進(jìn)入射頻的磁場(chǎng)范圍內(nèi)使用射頻磁場(chǎng)中的磁場(chǎng)對(duì)卡內(nèi)的電容進(jìn)行充電，接著啟動(dòng)卡內(nèi)的電路對(duì)天線模塊進(jìn)行響應(yīng)。天線接收到卡片的響應(yīng)后，通過天線匹配電路把信號(hào)送到MF RC522的接收引腳 RX[3]，芯片內(nèi)部的接收器對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、譯碼，并根據(jù)寄存器的設(shè)定進(jìn)行處理，最后將數(shù)據(jù)發(fā)送到串行接口由單片機(jī)讀取。整個(gè)射頻模塊的電源由單片機(jī)模塊通過穩(wěn)壓芯片ASM1117提供，ASM1117是一款穩(wěn)壓元件，通過電源變換能夠穩(wěn)定地向射頻讀卡器模塊輸出3.3 V電壓。天線模塊設(shè)計(jì)電路圖如圖3所示。  

       2.2 單片機(jī)控制模塊

　     本系統(tǒng)選擇AT89C52單片機(jī)作為系統(tǒng)控制芯片，AT89C52單片機(jī)是一款低電壓、高性能的8位單片機(jī)，片內(nèi)含8 KB的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)。該芯片使用了高密度、非易失性存儲(chǔ)生產(chǎn)技術(shù)，同時(shí)與MCS-51指令系統(tǒng)兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元。單片機(jī)控制模塊主要由晶振部分和按鍵復(fù)位部分組成，晶振部分主要由一個(gè)頻率為11.059 2 MHz的晶振和兩個(gè)大小為30 pF的電容組成，該模塊為單片機(jī)提供時(shí)鐘頻率。按鍵復(fù)位電路主要起到延時(shí)啟動(dòng)的作用，防止單片機(jī)一上電就開始工作出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤，導(dǎo)致程序跑飛等狀況的出現(xiàn)。雖然很多單片機(jī)都在內(nèi)部自帶了延時(shí)復(fù)位的電路，但是為了增加可靠性，仍然需要設(shè)計(jì)復(fù)位電路[4]。本次設(shè)計(jì)的復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位方式，該部分由一個(gè)10 kΩ的電阻、10 μF電容和按鍵開關(guān)組成。其他各端口的定義為:端口P1.7主要連接MF RC522的復(fù)位管腳，控制RC522復(fù)位功能;P1.3~P1.6端口分別與RC522芯片的24、29、30、31號(hào)管腳相連,控制單片機(jī)與RC522間的串口通信。單片機(jī)模塊的設(shè)計(jì)電路如圖4所示。

       2.3 串口通信模塊

       為了使單片機(jī)正常工作，需要有串行數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，計(jì)算機(jī)帶有9針的串行通信口，因此為了與其能夠匹配，單片機(jī)模塊也需要設(shè)計(jì)一個(gè)9針的連接頭。但是由于計(jì)算機(jī)與單片機(jī)的電平標(biāo)準(zhǔn)不一樣，所以需要采用一個(gè)電平轉(zhuǎn)化芯片，本設(shè)計(jì)采用美信公司的MAX232芯片。它是一款包含兩路接收器和驅(qū)動(dòng)器的IC芯片，內(nèi)部有一個(gè)電源變換器，可以把輸入的+5 V電源電壓變換成為RS232輸出電平所需的+10 V的電壓[5]。串口通信模塊中的電容C4、C5、C6、C7都為0.1 μF，C8為去耦電容，MAX232的11腳T1IN 連接單片機(jī)P3.1端口，12腳連接單片機(jī)P3.1端口。相關(guān)管腳連接圖如圖5所示。

       2.4電池模塊

       電池模塊是電動(dòng)車智能防盜系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，所以本次設(shè)計(jì)對(duì)市場(chǎng)上的電池進(jìn)行了一定改造。當(dāng)前市場(chǎng)上的蓄電池基本都是以單體的12 V電池為主，通過電池組的串聯(lián)可以組成不同電壓值的電池組，本次設(shè)計(jì)針對(duì)市場(chǎng)上普遍使用的48 V電動(dòng)車作為設(shè)計(jì)改造版本。在以往的電動(dòng)車中，電池的供電方式都是非常機(jī)械化的，電動(dòng)車的開關(guān)一旦打開，供電電路就立刻接通，電動(dòng)車電池組就無條件地向控制器輸送電源，控制器再驅(qū)動(dòng)電機(jī)行駛。因此當(dāng)有盜竊分子用特殊的鎖具打開開關(guān)時(shí)，電動(dòng)車即被盜走。本次的設(shè)計(jì)改造則把電動(dòng)車的電池體封閉在盒子中，在每個(gè)單體12 V的電池上都安裝上電子開關(guān)模塊，電子模塊和電池一起封閉在盒子中，最后盒子與外界只有5根導(dǎo)線相連。具體電路設(shè)計(jì)如圖6所示。

       圖6中，X1為電池正負(fù)極的并聯(lián)線路,通過與不同的電池串聯(lián)，最后經(jīng)過穩(wěn)壓處理以后給單片機(jī)供電；X2是電池正常給電動(dòng)車控制器供電的電路；X3是與單片機(jī)控制線相連的線路。當(dāng)X3收到控制信號(hào)時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管才打開，X2線路才能正常連通。本設(shè)計(jì)選用RJK0822場(chǎng)效應(yīng)管，該管最大能支持80 A的電流和80 V的電壓，是電動(dòng)車領(lǐng)域常用的元件之一。單片機(jī)的5 V供電由電池組中X1導(dǎo)線串聯(lián)形成的48 V電壓降壓得到。

       本文設(shè)計(jì)的電動(dòng)車智能防盜系統(tǒng)采用了射頻識(shí)別技術(shù)，既給電動(dòng)車啟動(dòng)帶來了很大的便捷性，也使電動(dòng)車的安全性得到了很大的提高。另外，通過對(duì)電動(dòng)車電池模塊的改造，將電池體和電子開關(guān)模塊封裝在盒子中，又把電動(dòng)車正常工作的線路和單片機(jī)供電的線路分開，這樣就無需另外給單片機(jī)設(shè)計(jì)供電電源，大大提高了實(shí)用推廣性。

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