交互式無線汽車智能鑰匙研究

楊洋

摘 要：隨著我國經濟社會的不斷發展，為提高生活水平居民對物質需求提出了更高的要求，在交通出行方面，汽車則逐漸成為不少家庭的必需品。隨著汽車的數量和使用人數的增加，其安全問題逐漸為人們所關注，因此汽車安全設備也成為專業人員的研究重點。交互式無線汽車智能鑰匙系統就是其中一類安全設備，它具有無線通訊功能，對滾動代碼的編碼和解碼的加密和傳輸功能等多種功能，最重要的是，它可以有效提高汽車整體的安全性能。此外，該系統還具有許多優勢，主要包括低耗能，較長的接收和發信有效距離和極高的安全性。將無線通訊技術和滾動碼技術融合應用于汽車防盜預警系統的設計，即交互式無線汽車智能鑰匙系統是當前汽車智能安全領域的研究方向。

關鍵詞：交互式;無線通訊;滾動碼技術;汽車智能鑰匙

隨著居民生活水平的不斷提高，在交通出行方面，越來越多的家庭將汽車列作出行必需品。隨著社會汽車數量和使用人數的逐年增加，汽車安全逐漸成為社會關注的重點問題，研發并普及安全可靠的汽車安全系統的具有一定的現實意義。電子汽車鑰匙則是實現汽車防盜保護的關鍵技術，本文主要介紹了一種結合了滾動代碼技術和無線通訊技術的新型汽車智能鑰匙系統，即交互式無線汽車智能鑰匙系統。該系統無需用戶干預，用戶只需要呆在車門附近，門鎖就可以自動打開。該系統安全便捷且能耗低，具有良好的經濟價值，并且能夠自動準確識別用戶，具有極高的安全性，可應用于汽車安全系統，值得大力推廣。本文介紹了上述系統的工作原理，整體結構及其硬件設計，以及與滾動代碼加密相關的技術內容。

1 系統工作原理和整體結構

傳統的汽車無線門禁系統功能存在許多局限，新型的交互式無線汽車智能鑰匙系統則是在其基礎上進一步完善的成果。該系統是滾動代碼技術和無線通信技術的結合，作為汽車的門禁系統使用單芯片和無線接收器模塊來開發用于無源無鑰匙進入汽車的控制系統，該系統可以使用高頻和低頻雙向進行通訊。

上述的交互式無線汽車智能鑰匙系統具有一個車載模塊和一個智能鑰匙模塊，這兩個模塊內部結構都包括微型處理器，無線的接收和發射器以及控制按鈕等。使用該系統可以實現的最主要的功能便是，當持有智能鑰匙的駕駛員距離車輛兩米范圍內時，車門可以自動解鎖并開放。隨后，車門會在駕駛員坐上汽車并啟動汽車后自動進入鎖定狀態。如果駕駛員在距車輛的一米距離以外使用智能鑰匙，則車門將自動鎖定并立即回到防盜狀態。

通常，如果沒有特殊情況發生，兩個模塊始終處于運作的狀態，保證低頻編碼信息的傳輸。其中，車載模塊作為發送的一方，其運行間隔是固定的，一般為幾百毫秒，而智能鑰匙模塊則是接收信息的一方。若兩者相距不遠，則信息傳輸的時間幾乎可以忽略不計，智能鑰匙模塊在接收信息后隨之迅速完成對接收到的數據信息的檢查工作。經檢查，若為有效編碼信息，則智能鑰匙模塊會使用微型處理器中的滾動碼加密模塊完成驅動程序設置或命令的加密，以形成相應的編碼命令，然后重新加密要發送的命令。如果車輛模塊的高頻接收器成功檢測到此信號，它將進行適當切換，并將相關數據發送到車輛模塊的微型處理器。集成微型處理器首先解碼數據的連續代碼并接受確切的命令，然后將它們發送到適當的執行機構以完成下一個處理步驟。

2 系統的硬件設計

合理選擇適用于智能鑰匙模塊和車載模塊的單片機是該交互式無線汽車智能鑰匙系統硬件設計成功的關鍵。只有做出科學合理的選擇，該系統才能具備下列完善的功能：高低頻交互式通訊功能，滾動碼編碼和解碼功能，輸入并執行用戶的特定命令功能。此外，還可以使該系統實現體積小，能耗低等優勢。

在交互式無線汽車智能鑰匙系統中，作為控制信息傳輸的兩大模塊，智能鑰匙模塊和車載模塊的硬件設計至關重要。其中，智能鑰匙模塊的小體積和低能耗是其硬件設計的關鍵。至于車載模塊的硬件設計，完善滾動碼解碼器部分的功能是其關鍵，其硬件部分由微處理器單片機，接收器模塊，低頻率發送模塊，控制電路和檢測單元由五個模塊組成。

2.1 智能鑰匙模塊的硬件設計

智能鑰匙模塊的主要構成包括單片機，低頻高頻傳輸電路和按鈕開關等部分。成功的硬件設計能使智能鑰匙模塊成功完成其一系列操作，包括接收并處理低頻信息，對用戶輸入的滾動碼加密，并且傳輸該高頻加密信息。為此，其硬件設計需要使用集成滾動碼加密功能和三相低頻輸入電路的微控制器芯片，并且由于該微控制器芯片具備體積小，能耗低，適用于硬件電路設計，因此可以將該微控制器芯片用作智能鑰匙模塊硬件電路設計的核心單片機。

上述電路下面的三個電感器是標準的125 kHz低頻接收電路。三個電感器分別正交布置在三維空間的三個不同方向上，以便車載模塊可以隨時捕獲沿任何方向入射的低頻信號。為保證車載模塊可以對低頻諧振頻率做出正確選擇，這些線圈需要與電容器維持并聯狀態。接收線圈感應的電壓沿三個不同的方向直接發送到芯片的三相低頻模擬輸入端，然后其內部電路將模擬信號轉換為數字信號。高頻傳輸電路主要功能是對頻率為315 MHz的高頻信息進行傳輸。高頻振動傳輸電路的主要組成部分包括埋弧焊諧振器，三極管，電容器和發射天線，并且電路的振蕩或停止由該芯片輸出的脈沖寬度調制信號控制。使用此幅度鍵調制方法傳輸加密和編碼的命令。該微控制器芯片為維持其功耗極低的特性，通常僅在電路中斷模式下進行工作，防止能源的浪費。每當輸入標準的低頻率信號或按下了開關按鈕時，則意味著控制器將被激活以處理相應的指令。對于輸入的命令信息，單片機使用獨特的滾動碼加密模塊自動執行復雜的操作。對于接收天線輸入的標準低頻模擬信號，它使用內部專用模擬電路將輸入轉換為數字信號，然后對其進行處理。

2.2 車載模塊的硬件設計

車載模塊使用如上所述的相同的微控制器芯片作為核心單片機，其具有足夠數量的輸入和輸出連接口，并且速度快和體積小是其突出優勢。車載模塊中的低頻傳輸電路根據磁感應原理進行發送和接收標準的低頻。提高低頻發射器的驅動功率和低頻輸出電路的Q值，可以保證能夠獲得至少兩米的通信距離。為此，低頻發射器的發射天線最好采用鐵氧材料的線圈，而使用的芯片則要求具有低輸出的電阻和高驅動的電流兩種特性。單片機將信號發送至該芯片，然后經由發射天線整合處理成為具有標準頻率的低頻信號并發送出去。至于高頻接收電路則采用內部集成了各種電路的集成芯片。智能鑰匙模塊發送的高頻信號由車載模塊接收并通過該集成芯片處理相關數據，經處理的數據信號發送至微控制器芯片，引起電路中斷使微控制器芯片進入工作狀態對數據信號進行相應的處理。

3 滾動代碼關鍵技術

隨著現代信息社會的發展，加密是作為實現安全和保密功能的主要途徑，在人們的生活中起著越來越重要的作用。交互式無線智能鑰匙系統設計采用滾動碼加密技術對信號進行加密以實現該系統的安全性能。傳統的安全系統的工作原理使單向傳輸，因此提高的安全和保密服務具有較大的局限性。傳統的安全系統通過增加傳輸代碼的長度和不同的排列組合以實現其安全性，但由于代碼的長度有上限，因此其排列組合的種類也是有限的，最終導致其安全性能不高，并且該代碼通常被稱為固定代碼。固定代碼具有編譯次數少，代碼重復多，易于掃描和解密之類的缺點，并且容易在空中被攔截，因此難以滿足車輛安全要求。

KEELOQ技術是一種復雜的非線性加密算法，經由該算法加密后的代碼稱為跳躍代碼或滾動代碼，由該技術開發的系統安全性能高。使用KEELOQ滾動代碼加密算法可以對原始代碼進行加密，從而生成嚴格保密的滾動代碼，每次傳輸的滾動代碼都是唯一的。即使原始代碼相同，但在不同時間發送的代碼都是不會重復的，因此上述攔截和掃描都是徒勞的。該滾動碼安全系統由一個滾動碼接收器和一個滾動碼發送器組成，其主要組件分別是滾動碼編碼器和滾動碼解碼器。

4 結語

綜上，隨著中國汽車行業的快速發展，汽車銷售量的猛增帶動了汽車安全系統市場的發展，因此研究汽車安全系統具有重要的經濟價值和社會意義。隨著電子信息技術的發展，該領域汽車安全技術的研究也在繼續取得進展。另外，基于滾動碼的無線遠程控制技術目前已經成熟，將該技術集成到車輛安全系統中是未來車輛安全系統發展的新方向。智能鑰匙技術的發展與未來汽車智能安全的發展相吻合，因此交互式無線汽車智能鑰匙系統將成為具有良好市場前景和巨大潛力的汽車必備安全設備之一。

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