目前，大部分家庭門禁系統(tǒng)都是采用機(jī)械式開鎖，操作比較麻煩，給家里有老人的家庭帶來了諸多不便，且安全性也不能得到很高的保障。近年來RF遙控器件的價(jià)格越來越便宜，且電子式遙控開鎖更加方便、安全,從而使其市場(chǎng)有了更大的提升空間，利用其特點(diǎn)已開發(fā)出了一些重要的應(yīng)用，遙控門禁就是其中之一。機(jī)械式開鎖的最大缺點(diǎn)就是不安全，采用滾動(dòng)碼技術(shù)的遙控門禁系統(tǒng)則大大改變了這一現(xiàn)狀，因?yàn)槠涿看伟l(fā)出的編碼信息不同、不規(guī)則，而且重復(fù)出現(xiàn)同一編碼信息被視為無效，傳輸代碼采用了非線性位加密技術(shù),使其產(chǎn)生了具有很高保密性的滾動(dòng)碼，使得一些非法的裝置不能在一定的時(shí)間內(nèi)破解其密碼。本文主要介紹KEELOQ技術(shù)在遙控門禁系統(tǒng)中的應(yīng)用，并且利用PIC16F630進(jìn)行控鎖和軟件解碼。

1 編碼器的工作原理
    本設(shè)計(jì)的遙控門禁系統(tǒng)[1]通過按鍵遙控器就能開關(guān)家門，其工作流程如圖1所示。當(dāng)系統(tǒng)按鈕被按下時(shí)，HCS301將開始準(zhǔn)備工作，為使按鈕抖動(dòng)平息，大約要延遲10 ms。信息將以跳碼的形式進(jìn)行傳輸，跳碼包括識(shí)別碼、按鈕信息和徒步計(jì)數(shù)值。跳碼就是跳動(dòng)的代碼，在每次發(fā)送時(shí)都將產(chǎn)生變化，即便同一個(gè)按鈕被按下多次，它也會(huì)發(fā)生變化。因此，發(fā)送的編碼字在超過64 000次的傳輸中都不會(huì)重復(fù)。以每天執(zhí)行10次操作為例，跳碼可以保證在18年之內(nèi)編碼字不會(huì)重復(fù)。溢出信息可用來將唯一發(fā)送的次數(shù)提高超過192 000次。在發(fā)送代碼過程中，如果有按鈕被按下，則會(huì)產(chǎn)生復(fù)位的效果，并且當(dāng)前編碼字的傳輸將不會(huì)被完成。只要有按鈕處于按下狀態(tài)，松開按鈕就不會(huì)對(duì)編碼字產(chǎn)生任何影響。在這樣正常的情況下，編碼字將完成并在隨后斷電[2]。

2 KEELOQ技術(shù)介紹
    KEELOQ技術(shù)[3]實(shí)際上是一個(gè)關(guān)于“ASIC”的特別設(shè)計(jì)，它包括解碼技術(shù)和加密技術(shù)，并提出了一種實(shí)用可靠的KEELOQ算法，適用于遙控或命令辨別的場(chǎng)合。它的加密、解密技術(shù)安全，具有變化多、不容易被截獲的特點(diǎn)，KEELOQ技術(shù)可應(yīng)用在車庫門遙控、秘密通信、被動(dòng)式感應(yīng)控制、停車場(chǎng)管制、安全鎖等場(chǎng)合，用途廣泛。KEELOQ的傳送可經(jīng)由公共頻道，內(nèi)含一組64 bit的編碼密碼，編碼器將把該編碼密碼傳輸?shù)浇獯a器，其中有32 bit的編碼密碼是不知道的，從而可保證該技術(shù)的保密性，并且傳送資料不唯一和不重復(fù)。KEELOQ技術(shù)的重點(diǎn)在于它獨(dú)特的演算法(即數(shù)學(xué)推算公式)，當(dāng)資料進(jìn)入這演算法并進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，其輸入與輸出是一一對(duì)應(yīng)的，不存在重復(fù)。
2.1 KEELOQ技術(shù)的密碼編碼和存儲(chǔ)[4]
    密鑰的產(chǎn)生是由64 bit廠家代碼和28 bit發(fā)送序列號(hào)在密鑰生成算法中實(shí)現(xiàn)，并把其生成的密鑰存儲(chǔ)在HCS301中的EEPROM中，如圖2所示。

2.3 PWM的接收
    發(fā)送的信息包括32 bit跳碼和34 bit固定碼，由圖3可知，該固定碼包括識(shí)別碼、功能鍵和溢出指示位。首先進(jìn)入前導(dǎo)資料并進(jìn)行準(zhǔn)備；然后開始接收所傳輸?shù)馁Y料，利用Sync.Header 10 TE來改變接收的速率，會(huì)得到TE的時(shí)間。當(dāng)檢測(cè)到有上升沿上升時(shí)，過一半TE時(shí)間后，開始進(jìn)行取樣并檢測(cè)其結(jié)果。如果為1，則接收成功；如果為0，則接收失敗，需要等待1 TE時(shí)間，然后立即取樣，并把采樣結(jié)果作為資料位元再重復(fù)以上動(dòng)作，重新采樣并進(jìn)行測(cè)試；如果重測(cè)結(jié)果為1則失敗。當(dāng)下一個(gè)上升沿出現(xiàn)時(shí)，如果等待時(shí)間大于1 TE，則可以斷定其結(jié)果為失敗。重復(fù)以上步驟，直到把這66 bit編碼密碼接收完成[5]，如圖4所示。

3 PIC16F630的軟解和控鎖
    跳碼編碼可用專用芯片進(jìn)行硬件解碼。由于專用芯片的價(jià)格很貴，因此本設(shè)計(jì)采用PIC系列的單片機(jī)芯片PIC16F630進(jìn)行軟件解碼[6]。當(dāng)接收器接收到信號(hào)時(shí)，把信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中，然后PIC16F630進(jìn)行軟件解碼，產(chǎn)生控制信號(hào)D0、D1、D2、D3。其原理圖如圖5所示。

    主機(jī)接DC12 V變壓器，+12 V為正極輸入端，GND為負(fù)極輸入端，JP1～JP5為短路帽，第一組控制信號(hào)由跳線端JP4控制：如果JP4跳到A端，則只有按遙控器A鍵，L1才有開鎖信號(hào)；如果JP4跳到D端，則只有按遙控器D鍵，L1才有控制信號(hào)輸出。第二組控制信號(hào)由跳線端JP3控制：如果JP3跳到B端，則只有按遙控器B鍵，L2才有開鎖信號(hào)；如果JP3跳到C端，則只有按遙控器C鍵，L2才有控制信號(hào)輸出。
4 KEELOQ技術(shù)的學(xué)習(xí)模式
    為使生產(chǎn)配對(duì)方便、管理簡單，KEELOQ系統(tǒng)要進(jìn)行學(xué)習(xí)。解碼器在沒工作時(shí)，僅知道其制造商代碼，剩下的都不知道；解碼資訊存儲(chǔ)在EEPROM中，具體包括：序列號(hào)(Serial Number)、同步計(jì)數(shù)值(Current Sync.Counter Value)、識(shí)別碼(Discrimination Value)、編碼密碼(Encrypion Key)[7]。
4.1 簡易學(xué)習(xí)模式

    如果使用簡易學(xué)習(xí)模式，則編碼密碼就是制造商代碼。此模式的特點(diǎn)是簡單和容易明白，不足之處是假如制造商代碼被知道，則當(dāng)有兩個(gè)使用相同制造商代碼的系統(tǒng)時(shí)，這個(gè)系統(tǒng)的編碼密碼就很容易被知道，因此安全性被降低。在簡易學(xué)習(xí)模式下，接收到資料，然后進(jìn)行解碼，判斷是否與制造商代碼一致。如果超過時(shí)間，則學(xué)習(xí)失敗；如果解碼正確，則判斷識(shí)別碼與所接收的序列號(hào)中較低的10位元是否相等以及功能鍵與所接收資料中的固定碼按鍵值是否相等，如果不相等，則學(xué)習(xí)失敗，如果相等則把學(xué)習(xí)到的3種資料記錄在EEPROM中，作為解碼資料庫用。
4.2 標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)模式
    標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)模式與簡易學(xué)習(xí)模式的解碼方式其實(shí)是一樣的，只是使用不同的解碼密碼(Encrypion Key)。在標(biāo)準(zhǔn)模式中，解碼密碼是通過序列號(hào)、制造商代碼經(jīng)過運(yùn)算后得到的，前后共經(jīng)過兩次，并得到64 bit的編碼密碼。第一次運(yùn)算，先取得32 bit(LSB)，第二次運(yùn)算，再取得32 bit(MSB)。進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)模式下，將第一次接收的資料進(jìn)行解碼后，得到序列號(hào)、識(shí)別碼、同步技術(shù)值，并判斷識(shí)別碼是否與序列號(hào)相等；將第二次接收的資料進(jìn)行解碼后，判斷識(shí)別碼與序列號(hào)是否相等，并檢查同步技術(shù)值是否加1，如果都正確，則存儲(chǔ)學(xué)習(xí)結(jié)果到EERPROM中。
4.3 安全學(xué)習(xí)模式
    安全學(xué)習(xí)模式與標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)模式的解碼方式其實(shí)是一樣的，只是解碼密碼產(chǎn)生的方式不同。在安全學(xué)習(xí)模式中，制造商代碼與SEED運(yùn)算取得解碼密碼，并得到32 bit(LSB)；然后此密碼又與序列號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算后所取得的密碼為32 bit(MSB)，即形成了64 bit的解碼密碼。當(dāng)安全學(xué)習(xí)模式啟動(dòng)時(shí)，將準(zhǔn)備接收跳碼，并檢查新、舊序號(hào)是否一樣，利用新的解碼密碼與跳碼進(jìn)行解碼后會(huì)得到識(shí)別碼和同步技術(shù)值，然后存儲(chǔ)解碼資源中的4種信息到EEPROM中。
5 KEELOQ紙上解碼
    以HCS301為例，其跳碼（Hopping Code）使用0～F的制造商代碼，以簡易編碼方式來記錄HCS301所送出的編碼作為解碼輸入。燒錄設(shè)定：序列號(hào)0001234，同步技術(shù)值0000，識(shí)別碼序號(hào)最低10 bit。把燒錄的HCS301作為編碼器，制造商代碼為0123456789ABCDEF，使用簡易編碼解碼方式將所收到的Hopping碼填入“KEELOQ Decoding Tool”中的解碼資料欄中來解碼，所得到的結(jié)果如表1所示。

    本文運(yùn)用了單片機(jī)技術(shù)、無線傳輸技術(shù)、KEELOQ技術(shù)，采用DXP2004軟件繪制原理圖，設(shè)計(jì)出了一種方便、成本低、保密性高的防盜門禁系統(tǒng)。在實(shí)際使用時(shí)還可以適當(dāng)?shù)丶釉O(shè)硬件(例如報(bào)警器、LED燈等)來實(shí)現(xiàn)更大的作用。
參考文獻(xiàn)
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