一種帶報(bào)警功能的車(chē)鎖控制裝置研究

羅陽(yáng)君　趙梓君　袁東　毛朝江

摘要：為了解決汽車(chē)由于被遙控鑰匙發(fā)射的無(wú)線電波干擾，致使不能正常鎖定的問(wèn)題，文章通過(guò)比較利用無(wú)線收發(fā)裝置和延時(shí)繼電器控制車(chē)鎖以及利用無(wú)線收發(fā)裝置和單片機(jī)控制車(chē)鎖兩種方案，研究了一種帶報(bào)警功能的車(chē)鎖控制裝置。其中文章重點(diǎn)研究了基于nRF24IJEl的帶報(bào)警功能的汽車(chē)車(chē)鎖控制方法，利用位于車(chē)鎖鎖孔的壓力感應(yīng)開(kāi)關(guān)狀況，反饋鎖車(chē)信號(hào)到鑰匙端揚(yáng)聲器，提醒司機(jī)車(chē)鎖是否鎖好，以提高汽車(chē)安全性。

關(guān)鍵詞：無(wú)線收發(fā)裝置；單片機(jī)；壓力開(kāi)關(guān)；nRF24LEl

近年來(lái)，由于汽車(chē)遙控鑰匙使用方便，所以大部分汽車(chē)都采用了這種鎖車(chē)方式。現(xiàn)有的汽車(chē)大都采用的是遙控?zé)o鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)，遙控鑰匙的按鈕控制無(wú)線收發(fā)模塊發(fā)送“關(guān)門(mén)”或“開(kāi)門(mén)”信號(hào)，汽車(chē)端的對(duì)應(yīng)模塊接收信號(hào)并解調(diào)，當(dāng)鑰匙發(fā)出的代碼成功匹配車(chē)鎖無(wú)線代碼，則驅(qū)動(dòng)車(chē)鎖進(jìn)行相應(yīng)操作。當(dāng)汽車(chē)在鎖定過(guò)程中，如果對(duì)鑰匙發(fā)射的無(wú)線信號(hào)外加更強(qiáng)的電磁干擾，汽車(chē)車(chē)鎖就不能正常鎖定，而此時(shí)車(chē)主卻沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

本設(shè)計(jì)以現(xiàn)有的汽車(chē)鎖門(mén)提示系統(tǒng)的缺陷為研究背景，對(duì)比了基于用延時(shí)繼電器以及nRF24LEl模塊，實(shí)現(xiàn)一種帶報(bào)警裝置的汽車(chē)車(chē)鎖控制裝置。該裝置在車(chē)鎖鎖孔底部安裝壓力感應(yīng)開(kāi)關(guān)，通過(guò)無(wú)線收發(fā)模塊反饋鎖車(chē)狀況到鑰匙端揚(yáng)聲器提醒車(chē)主，避免不法分子在車(chē)主鎖車(chē)過(guò)程中，潛伏在四周使用更強(qiáng)的同頻段電波干擾汽車(chē)正常鎖定，而車(chē)主沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)鎖門(mén)異常，被不法分子盜竊財(cái)物，蒙受經(jīng)濟(jì)損失。

1.一種帶報(bào)警裝置的汽車(chē)車(chē)鎖控制裝置及控制方法原理探究

1.1技術(shù)方案設(shè)計(jì)

目前現(xiàn)有的汽車(chē)干擾器主要有3種工作方式：（1）利用干擾器發(fā)出用同頻段較強(qiáng)信號(hào)干擾遙控鑰匙對(duì)汽車(chē)的正常鎖定。（2）利用干擾器發(fā)出經(jīng)過(guò)精心編碼的信號(hào)，隨機(jī)打開(kāi)可以開(kāi)鎖的汽車(chē)。（3）通過(guò)接收器復(fù)制車(chē)主的車(chē)鑰匙使用時(shí)的工作信號(hào)，經(jīng)過(guò)軟件的分析解碼，進(jìn)行復(fù)制開(kāi)鎖。鑒于第二種方法的成功概率較小，第三種方式不法分子的作案成本較高，同時(shí)需要有相關(guān)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，因此方式一由于作案成本低廉，技術(shù)門(mén)檻幾乎為零，成為不法分子盜竊的最主要手段。針對(duì)這種情況，筆者根據(jù)兩種不同方案的優(yōu)點(diǎn)研究了一種帶報(bào)警裝置的汽車(chē)車(chē)鎖控制裝置。

方案一：利用無(wú)線收發(fā)裝置和延時(shí)繼電器。

一種帶報(bào)警功能的汽車(chē)車(chē)鎖，由遙控鑰匙及車(chē)鎖觸發(fā)裝置、遙控鑰匙由紐扣電池、無(wú)線信號(hào)發(fā)射器、延時(shí)斷開(kāi)繼電器、無(wú)線接收器、揚(yáng)聲器、位于結(jié)點(diǎn)處的延時(shí)閉合選擇開(kāi)關(guān)組成。無(wú)線接收器與揚(yáng)聲器所在支路并聯(lián)，延時(shí)閉合選擇開(kāi)關(guān)位于兩條支路的結(jié)點(diǎn)處。車(chē)鎖觸發(fā)裝置包括電源，壓力感應(yīng)開(kāi)關(guān)，及無(wú)線信號(hào)收發(fā)模塊。壓力感應(yīng)開(kāi)關(guān)位于汽車(chē)鎖孔的底部。

其控制流程如圖1所示。車(chē)主通過(guò)同時(shí)按下遙控鑰匙的按鈕A，B，按鈕A控制延時(shí)斷開(kāi)繼電器內(nèi)部電路的導(dǎo)通，使常開(kāi)延時(shí)斷開(kāi)觸點(diǎn)閉合，從而立刻閉合報(bào)警裝置的干路。按鈕B使無(wú)線信號(hào)發(fā)射器發(fā)射相關(guān)信號(hào)給汽車(chē)的接收裝置進(jìn)而控制汽車(chē)車(chē)鎖鎖定。間隔1-2秒重復(fù)按下按鈕A，斷開(kāi)控制延時(shí)斷開(kāi)繼電器內(nèi)部電路，常開(kāi)延時(shí)斷開(kāi)觸點(diǎn)延遲3～5秒斷開(kāi)。當(dāng)汽車(chē)車(chē)鎖正常鎖定時(shí)，觸發(fā)位于汽車(chē)車(chē)鎖鎖孔底部的壓力感應(yīng)開(kāi)關(guān)閉合，從而使車(chē)鎖觸發(fā)裝置電路導(dǎo)通。汽車(chē)端無(wú)線收發(fā)模塊發(fā)射相應(yīng)信號(hào)給位于遙控鑰匙中的無(wú)線接收器，無(wú)線接收器接收到信號(hào)后控制位于結(jié)點(diǎn)處的延時(shí)閉合選擇開(kāi)關(guān)導(dǎo)通無(wú)線接收器所在支路。此時(shí)喇叭所在支路斷開(kāi)，不會(huì)發(fā)出警報(bào)；當(dāng)車(chē)鎖在接受無(wú)線信號(hào)發(fā)射器發(fā)出的信號(hào)后沒(méi)有正常鎖定時(shí)，觸發(fā)裝置開(kāi)路，汽車(chē)端無(wú)線收發(fā)模塊不發(fā)出信號(hào)給鑰匙端無(wú)線接收器，延時(shí)閉合選擇開(kāi)關(guān)導(dǎo)通喇叭所在支路，喇叭發(fā)出警報(bào)。此時(shí)無(wú)線接收器所在支路處于開(kāi)路，從而達(dá)到提醒司機(jī)車(chē)門(mén)沒(méi)有鎖好的目的，保證車(chē)內(nèi)財(cái)產(chǎn)安全。

雖然利用延時(shí)繼電器與無(wú)線收發(fā)裝置可以達(dá)到遙控鑰匙受到干擾沒(méi)有正常鎖定時(shí)揚(yáng)聲器報(bào)警的效果。但不可否認(rèn)的是，在實(shí)驗(yàn)測(cè)試階段該裝置及控制方法的缺點(diǎn)顯而易見(jiàn)。

（1）可行性較低。需要先后按下遙控鑰匙的按鈕A和B，控制方法較為繁瑣。

（2）控制電路較為復(fù)雜。延時(shí)斷開(kāi)觸點(diǎn)與位于結(jié)點(diǎn)處的延時(shí)閉合選擇開(kāi)關(guān)配合要求較高，為了達(dá)到預(yù)期效果，需要反復(fù)調(diào)試電路。

（3）智能性較差。由于沒(méi)有使用集成芯片，不可以進(jìn)行程序的更新升級(jí)，沒(méi)有拓展附加功能的空間。

方案二：利用無(wú)線收發(fā)裝置和單片機(jī)。

一種帶報(bào)警裝置的汽車(chē)車(chē)鎖控制裝置，由遙控鑰匙和車(chē)鎖觸發(fā)裝置組成。遙控鑰匙包括鑰匙端無(wú)線收發(fā)模塊，鑰匙端無(wú)線收發(fā)模塊由鑰匙端單片機(jī)控制器控制，鑰匙端單片機(jī)控制器與鑰匙端蜂鳴器串聯(lián)，車(chē)鎖鑰匙按鍵觸發(fā)鑰匙端單片機(jī)控制器工作。車(chē)鎖觸發(fā)裝置包括壓力感應(yīng)開(kāi)關(guān)，壓力感應(yīng)開(kāi)關(guān)與汽車(chē)端單片機(jī)控制器導(dǎo)線連接，汽車(chē)端單片機(jī)控制器與汽車(chē)端無(wú)線收發(fā)模塊導(dǎo)線連接，汽車(chē)端無(wú)線收發(fā)模塊與鑰匙端無(wú)線收發(fā)模塊無(wú)線連接。為了檢測(cè)鎖車(chē)狀況并反饋到鑰匙端，汽車(chē)鎖孔底部配置了壓力感應(yīng)開(kāi)關(guān)。汽車(chē)端單片機(jī)控制器與車(chē)鎖控制端連接。手機(jī)終端與鑰匙端無(wú)線收發(fā)模塊可通過(guò)無(wú)線連接。

圖2為該帶報(bào)警裝置的汽車(chē)車(chē)鎖控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。其具體的使用方法步驟如下。

（1）車(chē)主按下車(chē)鎖鑰匙按鍵，汽車(chē)開(kāi)始鎖門(mén)；（2）車(chē)鎖鑰匙按鍵信號(hào)送至鑰匙端單片機(jī)控制器；（3）安裝在汽車(chē)車(chē)鎖鎖孔底部的壓力感應(yīng)開(kāi)關(guān)碰觸到車(chē)鎖，則發(fā)出信號(hào)至汽車(chē)端單片機(jī)控制器并通過(guò)汽車(chē)端無(wú)線收發(fā)模塊將信號(hào)送至鑰匙端單片機(jī)控制器；（4）鑰匙端單片機(jī)控制器接收到信號(hào)則說(shuō)明車(chē)門(mén)鎖緊；（5）鑰匙端單片機(jī)控制器在車(chē)主按下車(chē)鎖鑰匙按鍵后沒(méi)有接收到信號(hào)則發(fā)出報(bào)警信息，所述的單片機(jī)控制器在車(chē)主按下車(chē)鎖鑰匙按鍵后沒(méi)有接收到信號(hào)則發(fā)出報(bào)警信息，是在車(chē)主按下車(chē)鎖鑰匙按鍵后3-5s后沒(méi)有接收到信號(hào)才發(fā)出報(bào)警信息。

在利用單片機(jī)進(jìn)行電路控制以后，相比于傳統(tǒng)的汽車(chē)遙控鑰匙控制，其特點(diǎn)也是很突出的。

（a）對(duì)原有的汽車(chē)電路改動(dòng)小。汽車(chē)端單片機(jī)控制器與車(chē)鎖控制端連接，可通過(guò)本設(shè)計(jì)將鎖車(chē)信號(hào)和開(kāi)鎖信號(hào)發(fā)送至現(xiàn)有技術(shù)的車(chē)鎖控制端對(duì)車(chē)輛進(jìn)行鎖車(chē)或開(kāi)鎖。

（b）避免不法分子通過(guò)復(fù)制鑰匙開(kāi)鎖信號(hào)，克隆遙控鑰匙進(jìn)行盜竊。手機(jī)終端與鑰匙端無(wú)線收發(fā)模塊無(wú)線連接，可通過(guò)鑰匙端無(wú)線收發(fā)模塊與手機(jī)終端連接，通過(guò)手機(jī)設(shè)定汽車(chē)與手機(jī)間距離控制，只有當(dāng)車(chē)主拿著遙控鑰匙和手機(jī)同時(shí)在一定距離內(nèi)，才可以打開(kāi)遙控打開(kāi)汽車(chē)，防止不法分子偽造電子鑰匙打開(kāi)汽車(chē)。

1.2技術(shù)方案選擇

通過(guò)比較上述兩種方案，可以看出利用無(wú)線收發(fā)裝置和單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)車(chē)鎖及其控制方法具有以下優(yōu)勢(shì)。

（a）所有元器件更少，操作更加簡(jiǎn)單。相比于用延時(shí)繼電器控制電路時(shí)開(kāi)鎖的繁瑣，使用單片機(jī)來(lái)控制揚(yáng)聲器時(shí)，遙控鑰匙的使用“一鍵到位”。

（b）調(diào)試過(guò)程相對(duì)容易。在實(shí)驗(yàn)測(cè)試階段，利用單片機(jī)控制時(shí)，只需要通過(guò)程序設(shè)定相關(guān)的參數(shù)，簡(jiǎn)單調(diào)試即可正常工作。

方案二可以進(jìn)行程序設(shè)置，將手機(jī)終端與鑰匙端無(wú)線收發(fā)模塊無(wú)線連接，通過(guò)手機(jī)設(shè)定汽車(chē)與手機(jī)間距離控制，只有當(dāng)車(chē)主拿著遙控鑰匙和手機(jī)同時(shí)在一定距離內(nèi)，才可以打開(kāi)遙控打開(kāi)汽車(chē)，提高安全系數(shù)。

2.硬件組成及功能

為了使遙控鑰匙更加精巧，同時(shí)考慮到降低成本，本設(shè)計(jì)采用具有收發(fā)模塊功能的單片機(jī)芯片，在遙控鑰匙和汽車(chē)控制端分別安裝一片nRF24LEl，實(shí)現(xiàn)鑰匙端喇叭控制及汽車(chē)端的車(chē)鎖控制和無(wú)線收發(fā)功能。通過(guò)鑰匙的按鈕觸發(fā)控制模塊，調(diào)節(jié)nRF24LEl，達(dá)到無(wú)線收發(fā)及控制揚(yáng)聲器的功能。汽車(chē)端nRF24LEl接收鑰匙發(fā)出的無(wú)線信號(hào)，并控制車(chē)鎖的打開(kāi)和關(guān)閉，位于鎖孔底部的壓力感應(yīng)開(kāi)關(guān)反饋鎖車(chē)信號(hào)給汽車(chē)端nRF24LEl。

2.1nRF24LEl芯片簡(jiǎn)介

nRF24LEl：]Z2008年推出，采用了北歐集成電路公司最新無(wú)線以及超低功耗技術(shù)，nRF24LEl采用的內(nèi)嵌協(xié)議引擎的2，4GHz GFsmR發(fā)器與nRF24L01+是一樣的，非常理想地組合了各類(lèi)芯片，性能優(yōu)良，成本低廉。nRF24LEl包括增強(qiáng)型51Flash高速單片機(jī)，ISM頻段為2AGHz的無(wú)線傳輸，具有豐富外設(shè)及接口的單片F(xiàn)lash芯片，是世界上最小、集成度最高的單片超低功耗2.4G射頻系統(tǒng)芯片，廣泛應(yīng)用于機(jī)頂盒控制、遙控玩具、工業(yè)控制、科學(xué)研究以及醫(yī)學(xué)救助等領(lǐng)域11l。

2.2結(jié)構(gòu)原理

nRF24LEl模塊部分是本裝置及控制方法的核心。汽車(chē)端和鑰匙端均用電容和電阻組合作為天線使用。汽車(chē)端主要由nRF24LEl，車(chē)鎖控制裝置，位于鎖孔底部的壓力感應(yīng)開(kāi)關(guān)組成。通過(guò)遙控鑰匙中的nRF24LEl發(fā)送鎖車(chē)或開(kāi)鎖信息時(shí)，增強(qiáng)型8051 MCU通過(guò)一個(gè)專(zhuān)用的片上SPI接口訪問(wèn)寄存器，控制信息傳送給射頻收發(fā)器模塊。射頻收發(fā)器模塊通過(guò)Enhanced ShockBurst模式傳送信號(hào)到汽車(chē)端無(wú)線收發(fā)模塊，內(nèi)嵌的協(xié)議引擎促使操作模式多樣化，可以使用手動(dòng)操作，也可以其使用其他操作模式。車(chē)鎖部分的無(wú)線模塊接收到此信息，通過(guò)專(zhuān)用的片上SPI接口傳送給增強(qiáng)型8051MCU獲取控制信息，調(diào)節(jié)車(chē)鎖的控制電路，汽車(chē)車(chē)鎖實(shí)現(xiàn)“關(guān)門(mén)”或“開(kāi)門(mén)”。然后將位于鎖孔底部的壓力開(kāi)關(guān)情況通過(guò)無(wú)線收發(fā)模塊反饋到遙控鑰匙端，遙控鑰匙的無(wú)線收發(fā)模塊接收到反饋信息后，有兩種工作模式。

（1）配合現(xiàn)有的鎖門(mén)提示系統(tǒng)工作：如果汽車(chē)燈光閃爍，同時(shí)鑰匙端揚(yáng)聲器沒(méi)有報(bào)警，車(chē)主就能判斷車(chē)門(mén)已經(jīng)鎖好。雙重安全鎖門(mén)提示系統(tǒng)，極大程度避免由于一端提示系統(tǒng)出現(xiàn)故障而導(dǎo)致車(chē)主出現(xiàn)鎖門(mén)誤判。

（2）單獨(dú)安裝，作為汽車(chē)鎖門(mén)提示系統(tǒng)，只有在沒(méi)有正常鎖定時(shí)鑰匙端揚(yáng)聲器才報(bào)警，相比于傳統(tǒng)的每次正常鎖定時(shí)汽車(chē)端都聲光提示，具有一定的節(jié)能效果。

2.3工作模式選擇

MCU接通SPI接口，通過(guò)設(shè)置可以訪問(wèn)寄存器，配置CONFIG寄存器可把nRF4LEl配置為發(fā)射、接收、待機(jī)及掉

待機(jī)模式1時(shí)，PWR-UP=I，PFCE=0，在實(shí)際應(yīng)用中是為了降低電流，減少電能損耗，延長(zhǎng)電池使用壽命。為了保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，晶體振蕩器會(huì)繼續(xù)工作。待機(jī)模式2YTx FIFO為空，PWR-UP=I，PRIM-RX=0，PFCE=I。當(dāng)處于待機(jī)模式時(shí)，nRF24LEl保存所有的配置字。掉電模式TpwR-UP=0，但是所有配置寄存器的值仍然保留。nRF24LEl收發(fā)模式有Shock-Burst^TM收發(fā)模式和Enhanced ShockBurst^TM收發(fā)模式兩種，收發(fā)模式由器件配置字決定，對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)包格式也有兩種，采用Enhanced ShockBurst^TM收發(fā)模式，其數(shù)據(jù)包格式如表2所示。

3.結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)比較利用無(wú)線收發(fā)裝置和延時(shí)繼電器以及利用無(wú)線收發(fā)裝置和單片機(jī)兩種方案，重點(diǎn)研究了基于nRF24LEl芯片的帶報(bào)警裝置的汽車(chē)車(chē)鎖控制裝置及控制方法，探究其在汽車(chē)安全性領(lǐng)域的應(yīng)用。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，該裝置元件成本低廉、功耗低，具有125個(gè)頻點(diǎn)自動(dòng)調(diào)頻，正常工作時(shí)，電流只有9mA。在實(shí)際使用時(shí)，將手機(jī)終端與鑰匙端無(wú)線收發(fā)模塊無(wú)線連接，通過(guò)手機(jī)設(shè)定汽車(chē)與手機(jī)間距離控制，只有當(dāng)車(chē)主拿著遙控鑰匙和手機(jī)同時(shí)在一定距離內(nèi)，才可以打開(kāi)遙控打開(kāi)汽車(chē)，極大地提高了鎖車(chē)的安全系數(shù)。