《電子技術應用》
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基于KEELOQ的無線遙控車位鎖系統設計
來源:電子技術應用2013年第12期
李 玲,陳惠濱
集美大學 信息工程學院,福建 廈門361021
摘要: 針對汽車車位應用,基于PIC16F630及無線射頻技術設計并實現了一個無線遙控車位鎖。運用了KEELOQ滾碼技術實現無線數據傳輸,大大降低了車位鎖編碼重復率,提高了車位鎖的安全性。擴展聲光報警電路,指示車位鎖的工作狀態,并具備過流保護和電量檢測功能。整個車位鎖系統具有安全性高、功耗低、易操作等特點,有良好的市場前景。
中圖分類號: TN409
文獻標識碼: B
文章編號: 0258-7998(2013)12-0052-03
Design of remote control parking lock system based on KEELOQ technology
Li Ling,Chen Huibin
Department of Information Science and Engineering, Jimei University,Xiamen 361021,China
Abstract: For car parking application, a wireless remote control parking lock is designed and implemented based on PIC16F630 and RF technique. It uses the KEELOQ rolling code technology to realize wireless data transmission, which greatly reduces coding repetition rate and improves the safety of the parking lock. The parking lock, expanding the sound and light alarm circuit, can indicate the working state and has the function of over-current protection and power detection. The system has a high safety, low power consumption, and easy operation etc. It has the good market prospect.
Key words : parking lock;PIC16F630;KEELOQ technology;RF

    隨著人們生活水平的提高和汽車工業的快速發展,汽車已經走進千家萬戶。停車難、亂停車成了一個普遍且急需解決的社會問題。為保護好自己的車位不被他人占用,車位鎖非常必要。已有的車位鎖主要存在以下幾個問題:

    (1)傳統的車位鎖大多是人工操作實現翻轉臂的起落,使用起來極不便利;
    (2)利用紅外方式遙控,其對方向性要求高,不具有穿透性,使遙控距離和角度方面受到限制[1];
    (3)在一些遙控車位鎖中,更多的是采用PT2262/2272、MC145026/145027等固定編解碼芯片進行加密和解密。但此類編解碼芯片的編碼長度有限,系統每次發送的數據格式固定不變,容易通過空中捕獲和掃描跟蹤的方法識別代碼,安全性得不到保障[2]。
    基于上述考慮,本文設計了一個基于KEELOQ技術[3-4]的無線遙控車位鎖系統。無線遙控采用美國Microchip公司基于KEELOQ算法的系統滾動碼技術,使數據傳輸具有極高的保密性,每次傳輸的代碼都是唯一的、不規則的,且不重復,以此來防止密碼破譯。同時,與無線射頻技術相結合,使用戶在一定范圍內的任何位置都能對車位鎖進行控制,有效克服了上述系統的缺點。
1 系統總體結構
    遙控車位鎖系統結構圖如圖1所示。用戶利用遙控器輸入功能按鍵,將信號經編碼后通過無線射頻方式發送給無線接收模塊;MCU通過無線接收模塊監測遠程用戶遙控器的按鍵操作,根據用戶的按鍵邏輯驅動電機對車位鎖進行上鎖或解鎖的操作,限位開關限制鎖上升或下降的高度。系統同時提供聲光報警電路,用于提示車位鎖的動作情況以及低電量等異常情況。

2 無線發射與接收模塊
    無線發射模塊通過無線射頻技術在頻率為315 MHz的條件下實現點對點傳輸,具有發射功率低、穿透性強、信號傳輸抗干擾性好、成本低等優點。無線接收電路主要由超外差接收模塊J05U來完成,相比超再生接收模塊,它在穩定性方面具有優勢。J05U是一款特小體積、超低功耗、高靈敏度的OOK/ASK超外差接收模塊,工作在315.0 MHz/433.92 MHz固定頻點,能有效地將射頻電路發射過來的信息進行解調后傳送給解碼器。
    為降低車位編碼的重復率,提高遙控功能安全性,無線遙控過程采用KEELOQ滾動加密技術。KEELOQ滾動加密算法對功能信息、識別碼和同步計數值進行加密后,產生32 bit高度保密的滾動碼,并與34 bit固定碼一起形成66 bit的編碼信息。由于KEELOQ算法的復雜性以及同步計數值每次都要加1,使編碼信息每次都要發生變化,有效解決了編碼重碼的難題。若以每天傳輸10次代碼計算,可保證在KEELOQ技術下同一遙控器發送重復碼的概率18年不重復,以此來防止密碼破譯。解碼器需要“學習”編碼器的序列號、識別碼和同步計數值后,解碼器才能有效地解碼編碼信息[3-4]。
    遙控器的KEELOQ編碼由HCS301發出,電路如圖2所示。它是一塊8引腳的編碼IC芯片,帶有4個按鍵接口,實現15 bit的功能/命令碼,內置192 bit EEPROM。HCS301在使用之前,需利用芯片燒寫軟件KEELOQ Evaluation Kit設置好制造商代碼、序列號、識別碼以及波特率等參數信息,并燒寫到HCS301的EEPROM中。同時,解碼器的EEPROM中也需要存儲相同的制造商代碼、序列號和識別碼,使得編碼器與解碼器之間配對唯一。每當有按鍵按下時,HCS301會發送一組66 bit的編碼數據,這時HCS301的LED端口會以5次/s的頻率輸出低電平,使指示燈閃爍,提示編碼信息發送。完整的編碼信息由PWM端(TX)輸出到射頻電路進行無線發射[3-4]。

3 主控制模塊
    主控制模塊用于KEELOQ數據解碼和實現車位鎖動作的邏輯控制,系統控制電路圖如圖3所示。該模塊選用PIC16F630作為主控制器,外圍配備車位鎖驅動電機、限位開關和聲光報警電路。當超外差無線接收模塊接收到遠程用戶的按鍵后,由MCU解碼后獲取用戶的按鍵信息,根據按鍵功能,I/O口經L298N H橋驅動電機工作,控制車位鎖撐桿的上升與下降。在電機工作過程中,PIC16F630通過限位開關實時判斷撐桿是否到達上限位或者下限位,并以蜂鳴器發單一長聲來提示動作到位。

    本設計的供電系統由12 V、7 AH的蓄電池提供,采用高效率的開關電源芯片LM2596,將12 V電源轉換為5 V電壓給控制系統供電。為降低系統功耗, PIC16F630單片機定時處于SLEEP睡眠狀態,每隔500 ms喚醒,喚醒后使能J05U的CE端口,啟動超外差無線接收模塊工作,檢查有無無線編碼進入,若無則單片機繼續進入SLEEP睡眠狀態,CE置低電平,關閉無線接收模塊,從而有效減少了系統功耗。
    電池電量主要通過CAT809T進行實時檢測,若電量不足則使CAT809T產生低電平信號,單片機檢測到該低電平信號時,控制蜂鳴器定時發兩次短促報警聲通知用戶。為實現電機過流保護,在L298N輸出與電機控制接口之間串聯0.5 Ω電阻,以實時檢測電機的工作電流。當過電流超過4 A,即在采樣電阻兩端產生壓降超過TTL高電平最低電壓2 V時,單片機通過I/O口檢測到該變化電平信息,馬上停止電機運轉,并進行聲光提示告知用戶。
4 系統工作流程
    系統工作流程主要實現KEELOQ軟件解碼[4-5]、電路檢測和外圍電路控制功能。系統主程序流程圖如圖4所示。當單片機上電時,系統不斷執行循環主程序,對電源電量以及電機電流進行檢測,并實時判斷是否有本地學習按鍵和遠程用戶遙控輸入。若接收到遠程用戶的按鍵輸入,則進行用戶信息的解碼過程,并對解碼后的按鍵值進行判斷,控制電機的正轉或反轉;若電機運轉超時則進行報警;若有學習按鍵按下,則執行學習子程序。
    在PIC16F630進行正確解碼之前,用戶需通過觸發接收電路的學習按鍵,使接收模塊獲取識別碼、序列號和同步計數值,并存儲在解碼器的EEPROM中供以后解密使用[6]。當接收端解密密匙(即制造商代碼)與發送方的一致時,即可對遙控器的發送命令進行正確解碼。其學習程序流程圖如圖5所示。
5 系統測試

 


    經測試,系統遙控距離可以達到30 m,系統從睡眠到喚醒的時間在0.5 s以內。系統靜態電流(無機械動作)為0.022 A,動態電流(有機械動作)約為0.35 A,則一天的靜態損耗為0.022×12×24=6.336 W。動態損耗主要在控制電機正反轉時消耗,每次運轉時間約3 s,若每天升

參考文獻
[1] 胥萌,何廣軍,劉彬,等.基于單片機的智能遙控車位鎖研究[J].電腦知識與技術,2012,8(19):4712-4714.
[2] 趙春紅,楊勇.基于單片機和無線電遙控技術的密碼鎖設計[J].測控技術,2005,24(9):9-11,31.
[3] Microchip Technology Inc.HCS301 KEELOQ code hopping encoder(DS21143C)[EB/OL].(2011)[2013-08-06].http://www.microchip.com.
[4] Microchip Technology Inc.使用KEELOQ產生跳碼密碼(DS00665A_CN)[EB/OL].(2007)[2013-08-06].http://www.mirochip.com.
[5] 李榮正,王成杰,戴國銀.PIC單片機原理及應用(第四版)[M].北京:北京航空航天大學出版社,2010.
[6] 薛巨峰,喬鵬.基于KEELOQ技術的遙控門禁系統的實現[J].電子技術應用,2013,39(2):45-47.

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