基于單片機(jī)和無(wú)線加密技術(shù)實(shí)現(xiàn)汽車中央門鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

汽車門鎖有開(kāi)鎖、閉鎖兩種狀態(tài)，閉鎖時(shí)通過(guò)內(nèi)外把手無(wú)法打開(kāi)車門。中央門鎖控制裝置：是控制門鎖狀態(tài)的電氣設(shè)備，在汽車電器中屬于安全、舒適系統(tǒng)。一般工作原理可用圖1來(lái)說(shuō)明：當(dāng)旋轉(zhuǎn)車鑰匙或拉動(dòng)門提會(huì)帶動(dòng)鎖止機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)狀態(tài)開(kāi)關(guān)K，和K2動(dòng)作，電容C1（或C2）放電，繼電器J1（或J2）吸合，執(zhí)行電動(dòng)機(jī)M1（或M2）通電帶動(dòng)鎖止機(jī)構(gòu)動(dòng)作。放完電后繼電器釋放，電動(dòng)機(jī)停止，閉鎖過(guò)程自動(dòng)完成。將汽車所有車門（包括行李廂）的執(zhí)行電動(dòng)機(jī)連在一起，同時(shí)動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)門鎖集中控制，使用很方便。圖1為原理性電路，實(shí)際電路和執(zhí)行裝置多種多樣，但原理大同小異，其目的都為實(shí)現(xiàn)門鎖的集中控制。隨著技術(shù)發(fā)展和汽車舒適性需求提高，以手動(dòng)控制電路為基礎(chǔ)，以單片機(jī)控制技術(shù)為核心，出現(xiàn)了自動(dòng)閉鎖等實(shí)用功能。系統(tǒng)引入無(wú)線控制技術(shù)后，使用更方便。但因無(wú)線控制的特點(diǎn)，加上汽車是特殊商品，容易被非法侵入，如采用“空中截取”、“掃描嘗試”取得合法身份，迫使固定編碼逐漸淘汰。新的跳碼編碼技術(shù)的應(yīng)用，大大減小截取和掃描等非法侵入的可能性。另外即使有強(qiáng)行侵入（如砸窗、撬門），新型內(nèi)藏防盜報(bào)警電路會(huì)發(fā)出報(bào)警，以威懾入侵者，甚至直接發(fā)送求助信息。即使非法成功，系統(tǒng)立即切斷發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火、燃油系統(tǒng)，阻止進(jìn)一步人侵。

可見(jiàn)中央門鎖不僅使用方便，也提高了安全性能。許多汽車廠已作為出廠標(biāo)準(zhǔn)配置，使用日益廣泛。

1、中央門鎖系統(tǒng)組成和信號(hào)流程

如圖2所示，系統(tǒng)主要由主控制器、執(zhí)行器、遙控器以及連接線束構(gòu)成。其中遙控器由編碼電路、發(fā)射電路和電池組成，一般有2-4個(gè)按鍵，是一個(gè)小型發(fā)射裝置，隨身攜帶。主控制器由無(wú)線接收模塊、電源（DC-DC轉(zhuǎn)換器）、主控芯片（一般為單片機(jī)）、輸人輸出接口電路（完成電路間的匹配）組成，是一個(gè)智能控制單元，安裝在車內(nèi)較隱蔽的位置。執(zhí)行器一般包括門鎖電動(dòng)機(jī)、報(bào)警喇叭、電源繼電器、報(bào)警燈、燃油切斷閥等。其中門鎖電動(dòng)機(jī)與門鎖裝成一體；報(bào)警燈與汽車轉(zhuǎn)向信號(hào)燈共用；電源繼電器、燃油切斷閥安裝在隱蔽的位置。下面從每個(gè)單元電路人手，分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用。

2、編碼電路

編碼技術(shù)有固定編碼技術(shù)和跳碼編碼技術(shù)。其電路分別如圖3和圖4所示。其編碼結(jié)構(gòu)圖分別如圖5和圖6所示。

2.1 固定編碼電路

編碼芯片-PT2262（以及解碼PT2272）的第1-8腳為地址設(shè)定腳，有3種狀態(tài)（懸空、接正電源、接搭鐵）可供選擇，可構(gòu)成38種編碼。編碼由17腳（Dout）串行輸出。編碼結(jié)構(gòu)如圖5所示，每組由地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個(gè)完整的字碼。當(dāng)電路一定，字碼就固定，每次一模一樣，所以稱為固定編碼。每個(gè)字碼之間有同步碼隔開(kāi)，每次至少產(chǎn)生4組字碼。如果發(fā)送端一直按住按鍵，編碼芯片也會(huì)連續(xù)輸出。

2.2 跳碼編碼電路

編碼芯片HCS200里面集成了KEELOQ算法和其他一些功能，帶有4個(gè)按鍵接口，能產(chǎn)生24-1種的功能碼。內(nèi)置電可擦除存儲(chǔ)器，用來(lái)存放序列號(hào)（SN）、加密鑰匙（EN KEY）、同步碼（SYNC）、種子碼（SEED）等。序列號(hào)用來(lái)標(biāo)識(shí)不同的對(duì)象；加密鑰匙用來(lái)對(duì)輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，增加破譯的難度，它不直接輸出；同步碼是用來(lái)抗截獲的，每次有鍵按下時(shí)，同步計(jì)數(shù)器的值就被更新，它經(jīng)過(guò)加密變換后，由694（PWM）串行輸出。

3、 無(wú)線發(fā)射、接收電路

無(wú)線發(fā)射電路和無(wú)線接收電路分別如圖7、圖8所示。

圖7所示無(wú)線發(fā)射電路是單管振蕩電路，編碼電路的輸人信號(hào)起偏置電壓的作用。當(dāng)有按鍵按下時(shí)，編碼電路得電工作，輸出串行信號(hào)電壓，高頻發(fā)射電路起振并產(chǎn)生等幅高頻振蕩。鍵松開(kāi)后發(fā)射電路停止振蕩?？梢?jiàn)發(fā)射電路完全受控于編碼電路輸出的數(shù)字信號(hào)，從而對(duì)發(fā)射電路完成幅度鍵控（ASK調(diào)制），相當(dāng)于調(diào)制度為100%的調(diào)幅。振蕩信號(hào)通過(guò)印制電路構(gòu)成的電感產(chǎn)生電磁波，發(fā)送至空中。

圖8所示無(wú)線接收電路是一款工作在間歇振蕩狀態(tài)下的再生檢波電路，經(jīng)過(guò)NJM2904整形、放大，得到與發(fā)射端反相的電壓，直接輸人解碼電路。

4、 解碼電路和由單片機(jī)構(gòu)成的控制電路

對(duì)于固定編碼，可以用專用芯片PT2272硬件解碼（圖9），也可用單片機(jī)軟件解碼（圖10）。解碼思路：硬件解碼電路PT2272在連續(xù)兩次檢測(cè)到地址碼相同而且數(shù)據(jù)碼一致，就把數(shù)據(jù)碼中的“1”驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸出端為高電平（VT端同步為高電平）。

用單片機(jī)軟件解碼時(shí)，程序在判斷出同步碼后，對(duì)其后的字碼進(jìn)行脈沖寬度識(shí)別。如從第1個(gè)下降沿開(kāi)始計(jì)時(shí)，并不斷檢測(cè)電平變化，一有電平變化，立即記錄電平寬度。再繼續(xù)計(jì)時(shí)直至出現(xiàn)第2個(gè)下降沿（因?yàn)檩斎说氖欠创a）。記錄兩個(gè)下降沿的間隔，重復(fù)以上步驟。判斷間隔，若在各自允許的誤差范圍內(nèi)，譯出此碼位，否則認(rèn)為誤碼、丟棄。連續(xù)正確檢測(cè)12個(gè)碼位后比較地址碼和數(shù)據(jù)碼，結(jié)果相同輸出數(shù)據(jù)碼。因?yàn)闊o(wú)線傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，第1組字碼非常容易受低電平干擾，往往會(huì)產(chǎn)生誤碼，所以程序可以丟棄處理。

對(duì)于跳碼編碼，同樣可以用專用解碼芯片（如HCS5XX ）硬件解碼，也可用內(nèi)置KEELOQ解碼軟件的單片機(jī)進(jìn)行軟件解碼。跳碼軟件、硬件解碼遵循KEELOQ算法：即在確認(rèn)序列號(hào)匹配后，對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行KEELOQ解密，然后檢查同步計(jì)數(shù)器是否匹配，在確認(rèn)其匹配后，再去處理接收到的按鍵信號(hào)指令（KEELOQ算法可查閱相關(guān)文獻(xiàn)）。

KEELOQ加密解密技術(shù)是一種多變化、抗截獲、安全可靠的加密解密技術(shù)。目前這項(xiàng)技術(shù)只掌握在國(guó)外少數(shù)幾家公司手中，他們利用集成電路設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，把這項(xiàng)技術(shù)封裝在芯片里。

KEELOQ技術(shù)是一種復(fù)雜的協(xié)議，具有以下特點(diǎn)。①安全性非常好：同一條命令，kKEELOQ編碼后每次得到的字碼都不相同（在一個(gè)非常長(zhǎng)的周期里），且這種變化是無(wú)規(guī)律的。②只有預(yù)先取得（通過(guò)學(xué)習(xí)）編碼方的加密鑰匙后，才能對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效解碼。③特定的對(duì)象只有經(jīng)過(guò)學(xué)習(xí)某一編碼者的信息后，才能使用。④能隨時(shí)清除已存的學(xué)習(xí)信息，使原來(lái)的編碼無(wú)效，這樣能有效避免第三方非法使用。⑤跳碼技術(shù)能防止被截獲后再轉(zhuǎn)發(fā)帶來(lái)的危害。

正是這些特點(diǎn)使得KEELOQ技術(shù)適合應(yīng)用于中央門鎖的無(wú)線控制。

圖9為固定編碼的中央門鎖系統(tǒng)原理圖，其通過(guò)硬件解碼實(shí)現(xiàn)無(wú)線遙控，不具有聲、光提示和防盜報(bào)警功能。結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，編碼固定，防盜效果差。目前在汽車上使用較少。圖10為跳碼編碼控制器原理圖，其以無(wú)線傳輸、KEELOQ加密解密技術(shù)為基礎(chǔ)，加上單片機(jī)在控制方面的優(yōu)勢(shì)，既保證安全性要求，又可靈活實(shí)現(xiàn)聲光提示、自動(dòng)閉鎖等實(shí)用功能。

圖10所示電路主要實(shí)現(xiàn)以下功能。①基本功能：手動(dòng)、遙控開(kāi)鎖、閉鎖。②聲、光提示功能：遙控接收到有效信號(hào)，執(zhí)行閉鎖的同時(shí)發(fā)出一定聲響和閃亮報(bào)警燈。③自動(dòng)閉鎖功能：行車第三次制動(dòng)閉鎖，熄火、停車后自動(dòng)開(kāi)鎖。④防盜報(bào)警功能：當(dāng)車主鎖門離開(kāi)車輛后（門燈開(kāi)關(guān)、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)斷開(kāi)、門鎖處于閉鎖狀態(tài)）5s，進(jìn)人警戒狀態(tài)。系統(tǒng)檢測(cè)震動(dòng)傳感器信號(hào)（圖11），依據(jù)預(yù)設(shè)震動(dòng)水平（調(diào)整VR1），進(jìn)行報(bào)警控制。

該系統(tǒng)是單片機(jī)微程序控制、無(wú)線加密技術(shù)的綜合應(yīng)用。設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)適當(dāng)增加硬件線路，引人必要的電信號(hào)，由單片機(jī)軟件配合，便可實(shí)現(xiàn)多種實(shí)用功能。通過(guò)整車電氣結(jié)構(gòu)的了解和客戶需求的分析，可以開(kāi)發(fā)功能新穎、安全性高、具有一定智能水平的中央門鎖控制裝置。事實(shí)證明，這類智能型中央門鎖控制裝置（又稱防盜器）被大量使用，得到廣大車主的認(rèn)可。在實(shí)際應(yīng)用中如何加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性和提高使用壽命，是軟硬件設(shè)計(jì)必須考慮的，應(yīng)采取多種措施，如增加看門狗、電壓檢測(cè)復(fù)位電路（圖10中U3）、使用軟件陷阱、提高元器件品質(zhì)等。

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