雙向通信智能汽車遙控鑰匙設(shè)計與實現(xiàn)

回博旭

摘 要：針對第三代汽車遙控目前發(fā)現(xiàn)的不足和問題，從多方面實現(xiàn)完全保障汽車內(nèi)部財物盡可能使車主能實時掌握汽車情況，進(jìn)而保證車主和汽車的安全。

關(guān)鍵詞：雙向通信 汽車遙控鑰匙 STC89C52

Design and Realization of Two-way Communication Intelligent Car Remote Key

Hui Boxu

Abstract：In view of the current deficiencies and problems found in the third-generation car remote control， it is possible to fully protect the internal property of the car from many aspects so that the car owner can grasp the car situation in real time， thereby ensuring the safety of the car owner and the car.

Key words：two-way communication， car remote key， STC89C52

1 項目背景

目前使用的遙控鑰匙由鑰匙發(fā)射信號，車載系統(tǒng)接收信號，根據(jù)信號傳輸?shù)男畔?，實現(xiàn)汽車開門、鎖車等功能。作為一種單向信息傳輸模式，依靠信號的傳輸頻率和特定的地址碼等固定信息，保障鑰匙使用的唯一性和汽車的安全性。但鑰匙發(fā)射信號是無線電信號，具有開放性。此外，目前車主在下車后鎖車時無法兼顧到所有車門，若有人打開任意一扇門，大多數(shù)車無任何警報，車主無法得知，若此時按下鎖車鍵，車門依舊是打開的，從而造成經(jīng)濟(jì)損失。

2 研究內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題

2.1 研究內(nèi)容

2.1.1 遙控鑰匙簡介

遙控鑰匙是利用中控鎖的無線遙控功能，不用把鑰匙鍵插入鎖孔中就可以遠(yuǎn)距離開門和鎖門的鑰匙，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于汽車的開門與鎖門。該系統(tǒng)主要由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)兩部分組成，工作原理簡單來說：先從鑰匙發(fā)出微弱的電波，由車載接收器接收該電波信號，經(jīng)電子控制單元識別信號代碼，再由該系統(tǒng)的執(zhí)行器執(zhí)行開/閉鎖的動作（如圖1），采用機(jī)械編碼方式設(shè)定相同地址碼，保證發(fā)射和接收唯一性。

目前為止有四代產(chǎn)品：第一代是傳統(tǒng)的機(jī)械鑰匙能實現(xiàn)基本的車門開關(guān)功能;第二代可以輕按遙控器按鈕實現(xiàn)車門的開閉功能，但汽車發(fā)動還需一把機(jī)械鑰匙來操作，兩把鑰匙共同使用，缺一不可;第三代則將鑰匙和遙控器二者功能合二為一，開門、關(guān)門和汽車發(fā)動都通過主動按鍵來完成，機(jī)械鑰匙內(nèi)嵌在遙控鑰匙中;第四代在主動按鍵的基礎(chǔ)上，增加了被動工作方式，無需按鍵就可以實現(xiàn)開門及關(guān)門動作。第三代和第四代遙控鑰匙廣泛使用于普通車輛，但隨著近年來科技不斷地發(fā)展，普通遙控鑰匙的使用已經(jīng)不能完全確保車內(nèi)財物的安全，第四代鑰匙原理與NFC卡原理相似。

2.2 方案設(shè)想

針對現(xiàn)有的單向通信鎖，本項目設(shè)想在其基礎(chǔ)上改進(jìn)為雙向通信方式，其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是在鑰匙和車載系統(tǒng)中都配備信號發(fā)射器、信號接收裝置、單片機(jī)、儲存器，在鑰匙部分會額外添加電池、報警模塊和振動。單片機(jī)是一種集成電路芯片，是一個小而完善的微型計算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)采用串行通訊時，可選擇波特率可變工作方式，且波特率變化范圍較寬。

目前設(shè)計的工作模式：如圖二當(dāng)鎖車或開鎖時，鑰匙發(fā)射控制信號，車載系統(tǒng)接收信號后，發(fā)射一組具有特定意義的信號。鑰匙接收信號，按程序運(yùn)算，產(chǎn)生控制密碼，并按車載系統(tǒng)本次通訊的信息所確定的波特率再次發(fā)射信號。車載系統(tǒng)接收信號并核對密碼，正確執(zhí)行操作，同時鑰匙發(fā)出確認(rèn)報警聲音;錯誤不操作，發(fā)出錯誤警報聲音。每臺車有唯一對應(yīng)的固定電子地址碼，確保鑰匙開鎖的唯一性。同時每次使用鑰匙，密碼更新，波特率變化。鑰匙存儲多組運(yùn)算程序，每次使用由車載系統(tǒng)隨機(jī)選擇密碼的指定數(shù)據(jù)區(qū)。每臺汽車使用的鎖，運(yùn)算程序的系數(shù)不同，保證密碼的唯一性。

車內(nèi)現(xiàn)有的車門檢測僅限于車主在車內(nèi)時能看到警報燈的提示，為了保證車門在車主下車后的狀態(tài)提示，設(shè)想電磁感應(yīng)對車門檢測進(jìn)行改進(jìn)，在車門上安裝磁芯，在車載系統(tǒng)上連接干簧管或霍爾元件（開關(guān)型），當(dāng)車門關(guān)閉時，磁芯與干簧管正對，使干簧管吸合產(chǎn)生低電平信號，車載系統(tǒng)檢測到低電平確認(rèn)車門關(guān)嚴(yán)。相反，當(dāng)車門沒關(guān)嚴(yán)時，車載系統(tǒng)檢測到高電平從而通過發(fā)射器發(fā)射信號，鑰匙收到信號后在一定距離內(nèi)發(fā)出警告報警聲音提醒車主。

2.3 已解決的關(guān)鍵問題

在本項目中，要達(dá)到初步設(shè)想的雙向通信模式，需要分別解決硬件和軟件兩部分的問題。

2.3.1 軟件部分

軟件是系統(tǒng)防盜的核心技術(shù)，所以本項目最重要的部分就是各步驟的算法，首先是基礎(chǔ)算法，其中包括發(fā)射信號和接收信號的算法，在發(fā)射信號時，要保證信號的隨機(jī)性，這是對密碼的第一層保護(hù);接下來就是核對算法，核對算法分為兩個部分，第一就是對鑰匙端首次發(fā)出的信號進(jìn)行核對，第二部分就是當(dāng)車載端發(fā)出指定數(shù)據(jù)區(qū)后，對鑰匙按照算法發(fā)出產(chǎn)生相對應(yīng)、動態(tài)控制密碼和波特率的核對，二者缺一不可，作為對密碼的第二層保護(hù);在密碼的使用中，最重要的就是對密碼進(jìn)行加密，經(jīng)查閱相關(guān)資料，了解到現(xiàn)有的加密算法，本項目最終決定使用AES算法，此算法是密碼學(xué)中的高級加密標(biāo)準(zhǔn)，該加密算法采用對稱分組密碼體制，密鑰長度的最少支持為128位、192位、256位，分組長度128位，算法應(yīng)易于各種硬件和軟件實現(xiàn)，AES具有更好的安全性、效率和靈活性，可以進(jìn)一步對密碼進(jìn)行保護(hù);最后，由于單片機(jī)使用的是串口通訊，只有在波特率相同的情況下才能接收正確的信號，是對密碼的一種隱藏保護(hù)。