基于单片机和无线加密技术实现汽车中央门锁系统的设计

汽车门锁有开锁、闭锁两种状态，闭锁时通过内外把手无法打开车门。中央门锁控制装置：是控制门锁状态的电气设备，在汽车电器中属于安全、舒适系统。一般工作原理可用图1来说明：当旋转车钥匙或拉动门提会带动锁止机构运动，带动状态开关K，和K2动作，电容C1（或C2）放电，继电器J1（或J2）吸合，执行电动机M1（或M2）通电带动锁止机构动作。放完电后继电器释放，电动机停止，闭锁过程自动完成。将汽车所有车门（包括行李厢）的执行电动机连在一起，同时动作，以实现门锁集中控制，使用很方便。图1为原理性电路，实际电路和执行装置多种多样，但原理大同小异，其目的都为实现门锁的集中控制。随着技术发展和汽车舒适性需求提高，以手动控制电路为基础，以单片机控制技术为核心，出现了自动闭锁等实用功能。系统引入无线控制技术后，使用更方便。但因无线控制的特点，加上汽车是特殊商品，容易被非法侵入，如采用“空中截取”、“扫描尝试”取得合法身份，迫使固定编码逐渐淘汰。新的跳码编码技术的应用，大大减小截取和扫描等非法侵入的可能性。另外即使有强行侵入（如砸窗、撬门），新型内藏防盗报警电路会发出报警，以威慑入侵者，甚至直接发送求助信息。即使非法成功，系统立即切断发动机的点火、燃油系统，阻止进一步人侵。

可见中央门锁不仅使用方便，也提高了安全性能。许多汽车厂已作为出厂标准配置，使用日益广泛。

1、中央门锁系统组成和信号流程

如图2所示，系统主要由主控制器、执行器、遥控器以及连接线束构成。其中遥控器由编码电路、发射电路和电池组成，一般有2-4个按键，是一个小型发射装置，随身携带。主控制器由无线接收模块、电源（DC-DC转换器）、主控芯片（一般为单片机）、输人输出接口电路（完成电路间的匹配）组成，是一个智能控制单元，安装在车内较隐蔽的位置。执行器一般包括门锁电动机、报警喇叭、电源继电器、报警灯、燃油切断阀等。其中门锁电动机与门锁装成一体；报警灯与汽车转向信号灯共用；电源继电器、燃油切断阀安装在隐蔽的位置。下面从每个单元电路人手，分析系统的设计应用。

2、编码电路

编码技术有固定编码技术和跳码编码技术。其电路分别如图3和图4所示。其编码结构图分别如图5和图6所示。

2.1 固定编码电路

编码芯片-PT2262（以及解码PT2272）的第1-8脚为地址设定脚，有3种状态（悬空、接正电源、接搭铁）可供选择，可构成38种编码。编码由17脚（Dout）串行输出。编码结构如图5所示，每组由地址码、数据码、同步码组成一个完整的字码。当电路一定，字码就固定，每次一模一样，所以称为固定编码。每个字码之间有同步码隔开，每次至少产生4组字码。如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续输出。

2.2 跳码编码电路

编码芯片HCS200里面集成了KEELOQ算法和其他一些功能，带有4个按键接口，能产生24-1种的功能码。内置电可擦除存储器，用来存放序列号（SN）、加密钥匙（EN KEY）、同步码（SYNC）、种子码（SEED）等。序列号用来标识不同的对象；加密钥匙用来对输出的数据进行加密，增加破译的难度，它不直接输出；同步码是用来抗截获的，每次有键按下时，同步计数器的值就被更新，它经过加密变换后，由694（PWM）串行输出。

3、 无线发射、接收电路

无线发射电路和无线接收电路分别如图7、图8所示。

图7所示无线发射电路是单管振荡电路，编码电路的输人信号起偏置电压的作用。当有按键按下时，编码电路得电工作，输出串行信号电压，高频发射电路起振并产生等幅高频振荡。键松开后发射电路停止振荡。可见发射电路完全受控于编码电路输出的数字信号，从而对发射电路完成幅度键控（ASK调制），相当于调制度为100%的调幅。振荡信号通过印制电路构成的电感产生电磁波，发送至空中。

图8所示无线接收电路是一款工作在间歇振荡状态下的再生检波电路，经过NJM2904整形、放大，得到与发射端反相的电压，直接输人解码电路。

4、 解码电路和由单片机构成的控制电路

对于固定编码，可以用专用芯片PT2272硬件解码（图9），也可用单片机软件解码（图10）。解码思路：硬件解码电路PT2272在连续两次检测到地址码相同而且数据码一致，就把数据码中的“1”驱动相应的数据输出端为高电平（VT端同步为高电平）。

用单片机软件解码时，程序在判断出同步码后，对其后的字码进行脉冲宽度识别。如从第1个下降沿开始计时，并不断检测电平变化，一有电平变化，立即记录电平宽度。再继续计时直至出现第2个下降沿（因为输人的是反码）。记录两个下降沿的间隔，重复以上步骤。判断间隔，若在各自允许的误差范围内，译出此码位，否则认为误码、丢弃。连续正确检测12个码位后比较地址码和数据码，结果相同输出数据码。因为无线传输的特点，第1组字码非常容易受低电平干扰，往往会产生误码，所以程序可以丢弃处理。

对于跳码编码，同样可以用专用解码芯片（如HCS5XX ）硬件解码，也可用内置KEELOQ解码软件的单片机进行软件解码。跳码软件、硬件解码遵循KEELOQ算法：即在确认序列号匹配后，对接收的数据进行KEELOQ解密，然后检查同步计数器是否匹配，在确认其匹配后，再去处理接收到的按键信号指令（KEELOQ算法可查阅相关文献）。

KEELOQ加密解密技术是一种多变化、抗截获、安全可靠的加密解密技术。目前这项技术只掌握在国外少数几家公司手中，他们利用集成电路设计的优势，把这项技术封装在芯片里。

KEELOQ技术是一种复杂的协议，具有以下特点。①安全性非常好：同一条命令，kKEELOQ编码后每次得到的字码都不相同（在一个非常长的周期里），且这种变化是无规律的。②只有预先取得（通过学习）编码方的加密钥匙后，才能对接收到的数据进行有效解码。③特定的对象只有经过学习某一编码者的信息后，才能使用。④能随时清除已存的学习信息，使原来的编码无效，这样能有效避免第三方非法使用。⑤跳码技术能防止被截获后再转发带来的危害。

正是这些特点使得KEELOQ技术适合应用于中央门锁的无线控制。

图9为固定编码的中央门锁系统原理图，其通过硬件解码实现无线遥控，不具有声、光提示和防盗报警功能。结构比较简单，编码固定，防盗效果差。目前在汽车上使用较少。图10为跳码编码控制器原理图，其以无线传输、KEELOQ加密解密技术为基础，加上单片机在控制方面的优势，既保证安全性要求，又可灵活实现声光提示、自动闭锁等实用功能。

图10所示电路主要实现以下功能。①基本功能：手动、遥控开锁、闭锁。②声、光提示功能：遥控接收到有效信号，执行闭锁的同时发出一定声响和闪亮报警灯。③自动闭锁功能：行车第三次制动闭锁，熄火、停车后自动开锁。④防盗报警功能：当车主锁门离开车辆后（门灯开关、点火开关断开、门锁处于闭锁状态）5s，进人警戒状态。系统检测震动传感器信号（图11），依据预设震动水平（调整VR1），进行报警控制。

该系统是单片机微程序控制、无线加密技术的综合应用。设计时通过适当增加硬件线路，引人必要的电信号，由单片机软件配合，便可实现多种实用功能。通过整车电气结构的了解和客户需求的分析，可以开发功能新颖、安全性高、具有一定智能水平的中央门锁控制装置。事实证明，这类智能型中央门锁控制装置（又称防盗器）被大量使用，得到广大车主的认可。在实际应用中如何加强系统的可靠性和提高使用寿命，是软硬件设计必须考虑的，应采取多种措施，如增加看门狗、电压检测复位电路（图10中U3）、使用软件陷阱、提高元器件品质等。

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