CN204398776U - 一种基于nfc技术的多功能轮胎安全装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及轮胎压力监测系统。一种基于NFC技术的多功能轮胎安全装置，包括电子标签和标签读写器。电子标签包括EEPROM、中央处理器CPU、RND发生器、压力传感器、温度传感器、NFC无线模块、LF感应天线，EEPROM、RND发生器、压力传感器、温度传感器和NFC无线模块均连接至中央处理器CPU，LF感应天线与NFC无线模块双向连接。标签读写器包括电源模块、第二EEPROM、第二中央处理器CPU、第二RND发生器、第二NFC无线模块、第二LF感应天线和显示模块，电源模块、第二EEPROM、第二RND发生器、第二NFC无线模块和显示模块均连接至第二中央处理器CPU，第二NFC无线模块和第二LF感应天线双向连接。电子标签和标签读写器建立通信连接。本实用新型应用于轮胎的安全追踪以及防伪串货。

Description

一种基于NFC技术的多功能轮胎安全装置

技术领域

本实用新型涉及轮胎压力监测系统，具体涉及一种应用于轮胎压力监测系统的基于NFC技术的多功能轮胎安全装置。

背景技术

在汽车的高速行驶过程中，轮胎故障是杀伤力最大也是最难预防的事故隐患，是突发性交通事故发生的重要原因。为防止爆胎，需要对轮胎压力进行检测，因此轮胎压力监测系统(TPMS，Tire Pressure Monitoring System) 与汽车安全气囊、防抱死制动系统(ABS)被认为是汽车三大安全系统，TPMS主要用于在汽车行驶过程中对轮胎气压进行实时自动监测，并对轮胎漏气和低气压进行报警，以确保行车安全。

现有的轮胎压力监测系统中，具有如下问题：1. 轮胎出厂身份识别时，仅仅通过普通RFID电子标签技术识别轮胎的身份实现防伪，安全性比较低，存在标签被复制的隐患；2.使用低成本的指针式压力表测量轮胎气压，压力测试精度低，误差大；3.测量压力时需要旋开气嘴帽，对于1轴有四个轮胎的，还需要拆下来才能够测压力。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种基于NFC技术的多功能轮胎安全电子标签，以解决现有技术之不足。

为了解决上述技术问题，本实用新型的一种基于NFC技术的多功能轮胎安全装置，包括电子标签和标签读写器，电子标签包括EEPROM、中央处理器CPU、RND发生器、压力传感器、温度传感器、NFC无线模块、LF感应天线，所述EEPROM、RND发生器、压力传感器、温度传感器和NFC无线模块均连接至中央处理器CPU，所述LF感应天线与NFC无线模块双向连接，NFC无线模块通过LF感应天线接收或发送信号。

标签读写器包括电源模块、第二EEPROM、第二中央处理器CPU、第二RND发生器、第二NFC无线模块、第二LF感应天线和显示模块，所述电源模块、第二EEPROM、第二RND发生器、第二NFC无线模块和显示模块均连接至第二中央处理器CPU，所述第二NFC无线模块和第二LF感应天线双向连接，第二NFC无线模块通过第二LF感应天线接收或发送信号。

所述电子标签和所述标签读写器建立通信连接。

进一步的，所述标签读写器还包括输入模块，所述输入模块与第二中央处理器CPU电连接。更进一步的，所述输入模块由键盘实现。

进一步的，所述标签读写器还包括报警模块，所述报警模块与第二中央处理器CPU电连接。更进一步的，所述报警模块由蜂鸣器实现。

进一步的，所述显示模块是LCD显示屏或者液晶显示器。

进一步的，所述NFC无线模块和/或第二NFC无线模块通过NFC芯片实现，例如MicroRead-V3 NFC芯片。

本实用新型通过上述结构，与现有技术相比，具有如下优点：

1通过电子标签和标签读写器的配合，以及RND发生器和第二RND发生器的使用，实现了安全防伪；

2通过标签读写器配合电子标签的读写，测试压力和温度数据时，不再需要旋开气嘴帽，对于1轴有四个轮胎的，也不再需要拆下来才能够测量数据，使用本实用新型的装置，在轮胎内植入电子标签，读取轮胎压力变得简易，而且压力读取准确，误差小，无需旋开气嘴帽，只需要将标签读写器靠近轮胎的NFC天线位置就可以读取轮胎数据，使用简单方便；

3 本实用新型除了实现压力、温度的读取，还可以安全读取轮胎身份信息：如制造商、出厂日期、出厂检验证明、轮胎类型、标签失效日期等；安全写入跟踪信息，如销售的目标客户、物流途径跟踪、轮胎安装日期等，具有安全防伪的作用；

4 另外，本实用新型使用数字压力传感器测量轮胎气压，提高了压力测试精度。

附图说明

图1为本实用新型的实施例的系统框图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

为解决现有技术之不足，本实用新型在轮胎内植入由EEPROM、中央处理器CPU、RND发生器、压力传感器、温度传感器、NFC无线模块、LF感应天线组成的多功能安全电子标签，并通过标签读写器操作电子标签，实现对轮胎信息的读取，方便快捷。

作为一个优选的实施例，本实用新型的一种基于NFC技术的多功能轮胎安全装置，如图1所示，包括电子标签和标签读写器，电子标签包括EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器）、中央处理器CPU（Central Processing Unit，中央处理单元）、RND（random number，随机数序列）发生器、压力传感器、温度传感器、NFC（Near Field Communication，近距离无线通讯技术）无线模块、LF（low frequency，低频）感应天线，所述EEPROM、RND发生器、压力传感器、温度传感器和NFC无线模块均连接至中央处理器CPU，所述LF感应天线与NFC无线模块双向连接，NFC无线模块通过LF感应天线接收或发送信号。

标签读写器包括电源模块、第二EEPROM、第二中央处理器CPU、第二RND发生器、第二NFC无线模块、第二LF感应天线、显示模块、输入模块和报警模块，所述电源模块、第二EEPROM、第二RND发生器、第二NFC无线模块、显示模块、输入模块和报警模块均连接至第二中央处理器CPU，所述第二NFC无线模块和第二LF感应天线双向连接，第二NFC无线模块通过第二LF感应天线接收或发送信号。其中，所述输入模块由键盘实现，所述报警模块由蜂鸣器实现，所述显示模块是LCD显示屏。

所述电子标签和标签读写器通过与LF感应天线和第二LF感应天线互相通信。

电子标签的上述模块中，EEPROM是一种掉电后数据不丢失的存储芯片，用于保存轮胎的身份信息，且出厂后不可修改,存储过程信息，在相互认证通过后可修改，保存出厂时的初始认证密钥。LF感应天线，一般是非接触式电子标签或非接触式IC卡所使用的电磁场频段：125KHz、13.56Mhz，环形的导线形成的电感作为NFC的天线。中央处理器CPU，是运算核心和控制核心，实现各模块协调工作，读写EEPROM、通过压力传感器采集压力值、通过温度传感器采集温度值、处理NFC信号和和通过NFC无线模块实现数据交互，实现3DES算法和相互认证的逻辑控制。RND发生器产生双向相互认证的随机序列。压力传感器、温度传感器：将压力值和压力值转换为电信号，由中央处理器CPU采集、量化。NFC无线模块通过NFC芯片实现，例如MicroRead-V3 NFC芯片。NFC芯片解调、调制、控制LF感应天线接收的信号，实现数据通信，同时将磁场转换为电源，为系统供电。LF感应天线：感应LF磁场和产生LF磁场。

标签读写器的上述模块中，电源模块一般是电池或充电电源实现：为整个硬件系统提供电力。第二NFC无线模块通过NFC芯片实现，NFC芯片解调、调制、控制LF信号，实现数据通信。第二LF感应天线感应LF磁场和产生LF磁场。第二RND发生器产生双向相互认证的随机序列。第二EEPROM存放相互认证的初始认证密钥。第二中央处理器CPU，协调控制各个模块工作，实现3DES算法和相互认证的逻辑控制。显示模块一般是LCD显示器或者液晶显示器，用于显示轮胎压力值、温度值、轮胎出厂信息等。输入模块一般是通过按键实现，用于操作控制该标签读写器。报警模块通过蜂鸣器实现，可在不同状态下给出不同的提示音。

本实用新型还设计一套双向安全相互认证算法，在读取和写入信息时需要通过该算法的认证后才可执行，否则无法识别或写入，这样大大增强的电子标签的安全性。双向安全相互认证算法使用的是3DES（Triple Data Encryption Algorithm，三重数据加密算法），当然也可以使用其他加密算法如AES、DES等对称加密算法。

使用本实用新型，首先将轮胎灌装安全电子标签模块的初始密钥：初始密钥从出厂灌装后一直伴随着轮胎的出厂、销售、最终用户使用到报废，初始密钥的灌装是由轮胎生产厂家灌装，其余任何人或单位无法获取，这里定义灌装的初始密钥为iKEY。为了提高安全性密钥的灌装可以按照生产批次的不同而灌装不同的密钥，也可以同一型号的轮胎使用同一种初始密钥。现按照同一型号轮胎使用同一种初始密钥为例来说明安全相互认证算法。例如先有一款型号为T001的轮胎，厂商为该型号的轮胎灌装的初始密钥为iKEY1，同时iKEY1也被装入标签读取器并绑定该轮胎的型号。

轮胎多功能安全装置的电子标签的状态机一般具有三个状态：状态一：非安全模式，只允许读取压力、温度、轮胎型号，运行执行外部认证和内部认证；状态二：拥有所有在安全模式下可以读写的功能；状态三：外部认证错误达到10次之后，轮胎安全电子标签处于一个安全保护状态，只允许读取压力、温度。

电子标签上电后判断认证错误次数是否达到10次，如果达到10次，则维持在状态三，否则进入状态一，由状态一转变为状态二需要通过外部认证。“电子标签”下电后状态机不运行。

上述过程中，外部认证是指电子标签对标签读写器的认证，内部认证是指标签读写器对电子标签的认证。

其中，内部认证过程如下：

步骤一、由“标签读写器”通过第二NFC无线模块读取“电子标签”存储的轮胎型号T001，“标签读写器”根据型号检索到对应的iKEY1；

步骤二、“标签读写器”通过第二RND发生器获取8Bytes的随机数RND1，将8Bytes随机数RND1通过第二NFC无线模块和第二LF感应天线发送给“电子标签”；

步骤三、“电子标签”收到RND1后用iKEY1对RND1进行3DES加密得到ERND1，让后通过NFC无线模块和LF感应天线将ERND1发送给“标签读写器”；

步骤四、“标签读写器”用iKEY1对ERND1进行3DES解密，解密结果为DRND1，“标签读写器”比对DRND1和RND1是否相等，如果相等进入步骤五，不相等进入步骤六；

步骤五、内部认证通过，进入外部认证阶段；

步骤六、内部认证失败，提示识别到非法轮胎。

外部认证过程如下：

步骤一、由“标签读写器”通过第二NFC无线模块和第二LF感应天线读取“电子标签”存储的轮胎型号T001，“标签读写器”根据型号检索到对应的iKEY1；

步骤二、“标签读写器”向“电子标签”申请8Bytes的随机数；

步骤三、“电子标签”通过RND发生器产生8Bytes RND2，通过NFC无线模块和LF感应天线将8Bytes RND2发送给“标签读写器”；

步骤四、“标签读写器”将RND2用iKEY1进行加密，加密结果为ERND2，再将ERND2通过第二NFC无线模块和第二LF感应天线发送给“电子标签”；

步骤五、“电子标签”用iKEY1对ERND2进行3DES解密得到DRND2，同时比对DRND2和RND2是否相等，如果相等进入步骤六，如果不相等，则进入步骤七；

步骤六、外部认证错误，计数器变为0次，状态机转变为状态二；

步骤七、外部认证错误，计数器加1，次数是否达到10次，如果达到10次，状态机转变为状态三，未达到10次，状态机维持在状态一。

内部认证和外部认证的相互认证流程如下：

步骤一、执行内部认证，认证通过，进入步骤二，不通过进入步骤三；

步骤二、执行外部认证，认证通过，可以进行在状态二下定义的权限的读写操作，认证不通过，进入步骤三；

步骤三、停止或重新执行步骤一。

使用本实用新型的方案，从轮胎表面上看和其他轮胎没有什么不同，因为多功能安全电子标签是植入到轮胎的橡胶内部的，不影响轮胎寿命和正常使用，测量气压不需要通过气嘴口进行测量，只要将读取器靠近多功能安全电子标签的位置就可以实现读取操作；本实用新型拥有一套安全的双向认证算法，提高了电子标签的安全性；同时还具有信息写入的功能，这样大大便利了轮胎销售渠道上的安全跟踪，防止冒牌和串货；利用NFC独有的功率控制技术，避免相邻轮胎被误读取。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于NFC技术的多功能轮胎安全装置，其特征在于：

包括电子标签和标签读写器；

所述电子标签包括EEPROM、中央处理器CPU、RND发生器、压力传感器、温度传感器、NFC无线模块、LF感应天线，所述EEPROM、RND发生器、压力传感器、温度传感器和NFC无线模块均连接至中央处理器CPU，所述LF感应天线与NFC无线模块双向连接，NFC无线模块通过LF感应天线接收或发送信号；

所述标签读写器包括电源模块、第二EEPROM、第二中央处理器CPU、第二RND发生器、第二NFC无线模块、第二LF感应天线和显示模块，所述电源模块、第二EEPROM、第二RND发生器、第二NFC无线模块和显示模块均连接至第二中央处理器CPU，所述第二NFC无线模块和第二LF感应天线双向连接，第二NFC无线模块通过第二LF感应天线接收或发送信号；

所述电子标签和所述标签读写器建立通信连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于NFC技术的多功能轮胎安全装置，其特征在于：所述标签读写器还包括输入模块，所述输入模块与第二中央处理器CPU电连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于NFC技术的多功能轮胎安全装置，其特征在于：所述输入模块由键盘实现。

4.根据权利要求1所述的一种基于NFC技术的多功能轮胎安全装置，其特征在于：所述标签读写器还包括报警模块，所述报警模块与第二中央处理器CPU电连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于NFC技术的多功能轮胎安全装置，其特征在于：所述报警模块由蜂鸣器实现。

6.根据权利要求1所述的一种基于NFC技术的多功能轮胎安全装置，其特征在于：所述显示模块是LCD显示屏或者液晶显示器。

7.根据权利要求1所述的一种基于NFC技术的多功能轮胎安全装置，其特征在于：所述NFC无线模块和/或第二NFC无线模块通过NFC芯片实现。