摘  要： 介紹了一種基于射頻識別技術的電動自行車智能防盜系統，給出了硬件的詳細電路設計圖和功能說明。系統由射頻讀卡模塊、單片機控制模塊、串口通信模塊、電池模塊組成。該系統使用射頻卡取代了傳統的鑰匙,通過射頻卡的一對一識別來啟動電動車，并對電動車的電池外部電路進行改造,使得只有在射頻卡得到識別時才打開電子開關正常向電動車控制器進行供電。同時電動車電池供電電路分為單片機供電和控制器正常供電兩組，大大提高了智能系統的實用性。

關鍵詞： 射頻識別; 單片機; 電動自行車; 防盜

       隨著人們的環保意識逐漸提高,電動車以其環保、輕便和經濟性在人們的生活中得到了大規模的普及。但是電瓶車的防盜問題一直困擾著每個用戶，以往的一些電動車防盜主要的關注點在于電動車的防盜報警上，當盜竊分子將防盜警報解除時，電動車的防盜功能即消失了。隨著技術的發展，一些電動車生產廠商提出了電機鎖的概念，從而解決了整車防盜的問題，但是電機鎖的解鎖和上鎖還是相對麻煩，而且電機鎖只能解決整車防盜的問題，卻不能解決電動車電瓶防盜的問題，這給一些電瓶被盜的電動車用戶還是帶來了很大的經濟損失。本文提出的基于射頻技術的電動自行車智能防盜系統用射頻識別卡代替傳統的電動車的鑰匙，通過射頻卡與單片機認證的方式啟動電動車，具有高度的安全性；同時改造電瓶車的電瓶系統，使電瓶不再機械地供電而是需要一定條件滿足時才正常供電,具有了一定的智能性;此外,通過封裝的設計使得電瓶用在其他電動車上時沒法正常使用。因此該設計能夠有效地做到電動車整車防盜和局部的電瓶防盜。

       射頻識別技術(RFID)是一種非接觸的自動識別技術，曾被列為20世紀十大重要技術項目之一,其通過在磁場中耦合實現信息的無接觸傳遞，再通過對傳遞的信息進行處理完成識別的目的[1]。由于射頻識別技術有非接觸性的顯著優點，可以在無人工干預的狀況下進行識別，而且可以同時識別多個射頻標簽，操作簡捷方便。當前射頻技術在門禁安防、身份識別、公交系統、物聯網等許多領域中得到了廣泛的應用。本文主要給出系統的總體設計思路及硬件的各部分組成。

       1 系統整體方案設計

       該系統主要由四大模塊組成,分別為射頻識別模塊、單片機控制模塊、串口通信模塊和電動車電瓶模塊。系統的射頻識別模塊首先通過射頻讀卡器對用戶的射頻卡進行識別,當用戶的射頻卡識別認證通過之后，單片機控制模塊才向電瓶模塊輸出控制信號，打開電瓶系統模塊的電子開關，進而使電瓶正常向電動車的控制器供電，系統的總體結構如圖1所示。

       2 各模塊設計

       2.1 射頻識別模塊

射頻識別模塊包含射頻卡和射頻讀卡器兩個部分，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、體積小等優點，廣泛應用在便攜式手持設備和智能儀表研發和生產中。MF RC522的設計采用了先進的調制和解調概念，將13.56  MHz下所有類型的被動非接觸式通信方式和協議集成在一起。它支持ISO14443A的多層應用。MF RC522芯片可以在沒有其他電路的情況下由內部發送器部分驅動讀寫器天線與ISO14443A/MIFARE系列卡和應答機的通信。接收器部分有解調和解碼電路,用于處理與ISO14443A兼容的應答器信號。數字部分用于處理ISO14443A幀和錯誤檢測(奇偶＆CRC)。此外,在安全驗證方面,它還可以使用快速CRYPTO1加密算法對MIFARE系列產品進行驗證。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的通信，且可根據不同的用戶需求選取SPI、I2C或串行UART模式之一，有利于降低電路設計難度，縮小PCB板體積，降低開發成本[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，天線模塊主要負責發送和接收信號。在發送信號過程中，首先由MF RC522芯片判斷其相應寄存器的指令，然后依據指令將等待發送的數據進行調制得到發送的信號，接著由11(TX1)和13(TX2)號管腳驅動的天線以13.56 MHz的電磁波形式把信號發送出去。在接收信號的過程中，射頻卡要進入射頻的磁場范圍內使用射頻磁場中的磁場對卡內的電容進行充電，接著啟動卡內的電路對天線模塊進行響應。天線接收到卡片的響應后，通過天線匹配電路把信號送到MF RC522的接收引腳 RX[3]，芯片內部的接收器對接收信號進行解調、譯碼，并根據寄存器的設定進行處理，最后將數據發送到串行接口由單片機讀取。整個射頻模塊的電源由單片機模塊通過穩壓芯片ASM1117提供，ASM1117是一款穩壓元件，通過電源變換能夠穩定地向射頻讀卡器模塊輸出3.3 V電壓。天線模塊設計電路圖如圖3所示。  

       2.2 單片機控制模塊

　     本系統選擇AT89C52單片機作為系統控制芯片，AT89C52單片機是一款低電壓、高性能的8位單片機，片內含8 KB的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 B的隨機存取數據存儲器(RAM)。該芯片使用了高密度、非易失性存儲生產技術，同時與MCS-51指令系統兼容，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元。單片機控制模塊主要由晶振部分和按鍵復位部分組成，晶振部分主要由一個頻率為11.059 2 MHz的晶振和兩個大小為30 pF的電容組成，該模塊為單片機提供時鐘頻率。按鍵復位電路主要起到延時啟動的作用，防止單片機一上電就開始工作出現計算錯誤，導致程序跑飛等狀況的出現。雖然很多單片機都在內部自帶了延時復位的電路，但是為了增加可靠性，仍然需要設計復位電路[4]。本次設計的復位電路采用按鍵復位方式，該部分由一個10 kΩ的電阻、10 μF電容和按鍵開關組成。其他各端口的定義為:端口P1.7主要連接MF RC522的復位管腳，控制RC522復位功能;P1.3~P1.6端口分別與RC522芯片的24、29、30、31號管腳相連,控制單片機與RC522間的串口通信。單片機模塊的設計電路如圖4所示。

       2.3 串口通信模塊

       為了使單片機正常工作，需要有串行數據線與計算機進行通信，計算機帶有9針的串行通信口，因此為了與其能夠匹配，單片機模塊也需要設計一個9針的連接頭。但是由于計算機與單片機的電平標準不一樣，所以需要采用一個電平轉化芯片，本設計采用美信公司的MAX232芯片。它是一款包含兩路接收器和驅動器的IC芯片，內部有一個電源變換器，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P3.1端口，12腳連接單片機P3.1端口。相關管腳連接圖如圖5所示。

       2.4電池模塊

       電池模塊是電動車智能防盜系統的關鍵部分，所以本次設計對市場上的電池進行了一定改造。當前市場上的蓄電池基本都是以單體的12 V電池為主，通過電池組的串聯可以組成不同電壓值的電池組，本次設計針對市場上普遍使用的48 V電動車作為設計改造版本。在以往的電動車中，電池的供電方式都是非常機械化的，電動車的開關一旦打開，供電電路就立刻接通，電動車電池組就無條件地向控制器輸送電源，控制器再驅動電機行駛。因此當有盜竊分子用特殊的鎖具打開開關時，電動車即被盜走。本次的設計改造則把電動車的電池體封閉在盒子中，在每個單體12 V的電池上都安裝上電子開關模塊，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根導線相連。具體電路設計如圖6所示。

       圖6中，X1為電池正負極的并聯線路,通過與不同的電池串聯，最后經過穩壓處理以后給單片機供電；X2是電池正常給電動車控制器供電的電路；X3是與單片機控制線相連的線路。當X3收到控制信號時場效應管才打開，X2線路才能正常連通。本設計選用RJK0822場效應管，該管最大能支持80 A的電流和80 V的電壓，是電動車領域常用的元件之一。單片機的5 V供電由電池組中X1導線串聯形成的48 V電壓降壓得到。

       本文設計的電動車智能防盜系統采用了射頻識別技術，既給電動車啟動帶來了很大的便捷性，也使電動車的安全性得到了很大的提高。另外，通過對電動車電池模塊的改造，將電池體和電子開關模塊封裝在盒子中，又把電動車正常工作的線路和單片機供電的線路分開，這樣就無需另外給單片機設計供電電源，大大提高了實用推廣性。

參考文獻 

[1] 游戰清，李蘇劍.無線射頻識別技術(RFID)理論與應用[M].北京：電子工業出版社，2004.

[2] 周立功.MFRC522非接觸式讀IC[EB/OL[20140226]www.zlgmcu.com/goldencard/MF/card_fjc.asp.

[3] 邊紅麗. 非接觸IC卡技術及應用漫談[J]. 金卡工程，2002(6):37-38.

[4] 郭天祥.新概念51單片機C語言教程[M].北京：電子工業出版社，2009.

[5] 張積洪，馬創.基于STC單片機的機場車輛超速報警系統[J].微型機與應用，2010,29(22)：100-102.