雙向通信智能汽車遙控鑰匙設計與實現

回博旭

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

關鍵詞：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射信號，車載系統接收信號，根據信號傳輸的信息，實現汽車開門、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，從而造成經濟損失。

2 研究內容和擬解決的關鍵問題

2.1 研究內容

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距離開門和鎖門的鑰匙，現在廣泛應用于汽車的開門與鎖門。該系統主要由發射機和接收機兩部分組成，工作原理簡單來說：先從鑰匙發出微弱的電波，由車載接收器接收該電波信號，經電子控制單元識別信號代碼，再由該系統的執行器執行開/閉鎖的動作（如圖1），采用機械編碼方式設定相同地址碼，保證發射和接收唯一性。

目前為止有四代產品：第一代是傳統的機械鑰匙能實現基本的車門開關功能;第二代可以輕按遙控器按鈕實現車門的開閉功能，但汽車發動還需一把機械鑰匙來操作，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、關門和汽車發動都通過主動按鍵來完成，機械鑰匙內嵌在遙控鑰匙中;第四代在主動按鍵的基礎上，增加了被動工作方式，無需按鍵就可以實現開門及關門動作。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展，普通遙控鑰匙的使用已經不能完全確保車內財物的安全，第四代鑰匙原理與NFC卡原理相似。

2.2 方案設想

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

目前設計的工作模式：如圖二當鎖車或開鎖時，鑰匙發射控制信號，車載系統接收信號后，發射一組具有特定意義的信號。鑰匙接收信號，按程序運算，產生控制密碼，并按車載系統本次通訊的信息所確定的波特率再次發射信號。車載系統接收信號并核對密碼，正確執行操作，同時鑰匙發出確認報警聲音;錯誤不操作，發出錯誤警報聲音。每臺車有唯一對應的固定電子地址碼，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。鑰匙存儲多組運算程序，每次使用由車載系統隨機選擇密碼的指定數據區。每臺汽車使用的鎖，運算程序的系數不同，保證密碼的唯一性。

車內現有的車門檢測僅限于車主在車內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提示，設想電磁感應對車門檢測進行改進，在車門上安裝磁芯，在車載系統上連接干簧管或霍爾元件（開關型），當車門關閉時，磁芯與干簧管正對，使干簧管吸合產生低電平信號，車載系統檢測到低電平確認車門關嚴。相反，當車門沒關嚴時，車載系統檢測到高電平從而通過發射器發射信號，鑰匙收到信號后在一定距離內發出警告報警聲音提醒車主。

2.3 已解決的關鍵問題

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

2.3.1 軟件部分

軟件是系統防盜的核心技術，所以本項目最重要的部分就是各步驟的算法，首先是基礎算法，其中包括發射信號和接收信號的算法，在發射信號時，要保證信號的隨機性，這是對密碼的第一層保護;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出的信號進行核對，第二部分就是當車載端發出指定數據區后，對鑰匙按照算法發出產生相對應、動態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;在密碼的使用中，最重要的就是對密碼進行加密，經查閱相關資料，了解到現有的加密算法，本項目最終決定使用AES算法，此算法是密碼學中的高級加密標準，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，算法應易于各種硬件和軟件實現，AES具有更好的安全性、效率和靈活性，可以進一步對密碼進行保護;最后，由于單片機使用的是串口通訊，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。