《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于KEELOQ的無線遙控車位鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)
來源：電子技術(shù)應(yīng)用2013年第12期
李 玲，陳惠濱
集美大學(xué) 信息工程學(xué)院，福建 廈門361021
摘要： 針對汽車車位應(yīng)用，基于PIC16F630及無線射頻技術(shù)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個無線遙控車位鎖。運(yùn)用了KEELOQ滾碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸，大大降低了車位鎖編碼重復(fù)率，提高了車位鎖的安全性。擴(kuò)展聲光報(bào)警電路，指示車位鎖的工作狀態(tài)，并具備過流保護(hù)和電量檢測功能。整個車位鎖系統(tǒng)具有安全性高、功耗低、易操作等特點(diǎn)，有良好的市場前景。
中圖分類號： TN409
文獻(xiàn)標(biāo)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(yè)的快速發(fā)展，汽車已經(jīng)走進(jìn)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(hù)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(tǒng)的車位鎖大多是人工操作實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)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(jìn)行加密和解密。但此類編解碼芯片的編碼長度有限，系統(tǒng)每次發(fā)送的數(shù)據(jù)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(shè)計(jì)了一個基于KEELOQ技術(shù)[3-4]的無線遙控車位鎖系統(tǒng)。無線遙控采用美國Microchip公司基于KEELOQ算法的系統(tǒng)滾動碼技術(shù)，使數(shù)據(jù)傳輸具有極高的保密性，每次傳輸?shù)拇a都是唯一的、不規(guī)則的，且不重復(fù)，以此來防止密碼破譯。同時，與無線射頻技術(shù)相結(jié)合，使用戶在一定范圍內(nèi)的任何位置都能對車位鎖進(jìn)行控制，有效克服了上述系統(tǒng)的缺點(diǎn)。
1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
    遙控車位鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。用戶利用遙控器輸入功能按鍵，將信號經(jīng)編碼后通過無線射頻方式發(fā)送給無線接收模塊；MCU通過無線接收模塊監(jiān)測遠(yuǎn)程用戶遙控器的按鍵操作，根據(jù)用戶的按鍵邏輯驅(qū)動電機(jī)對車位鎖進(jìn)行上鎖或解鎖的操作，限位開關(guān)限制鎖上升或下降的高度。系統(tǒng)同時提供聲光報(bào)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(fā)射與接收模塊
    無線發(fā)射模塊通過無線射頻技術(shù)在頻率為315 MHz的條件下實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)傳輸，具有發(fā)射功率低、穿透性強(qiáng)、信號傳輸抗干擾性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)。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(wěn)定性方面具有優(yōu)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(diǎn)，能有效地將射頻電路發(fā)射過來的信息進(jìn)行解調(diào)后傳送給解碼器。
    為降低車位編碼的重復(fù)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(shù)。KEELOQ滾動加密算法對功能信息、識別碼和同步計(jì)數(shù)值進(jìn)行加密后，產(chǎn)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(fù)雜性以及同步計(jì)數(shù)值每次都要加1，使編碼信息每次都要發(fā)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(jì)算，可保證在KEELOQ技術(shù)下同一遙控器發(fā)送重復(fù)碼的概率18年不重復(fù)，以此來防止密碼破譯。解碼器需要“學(xué)習(xí)”編碼器的序列號、識別碼和同步計(jì)數(shù)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(fā)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(shí)現(xiàn)15 bit的功能/命令碼，內(nèi)置192 bit EEPROM。HCS301在使用之前，需利用芯片燒寫軟件KEELOQ Evaluation Kit設(shè)置好制造商代碼、序列號、識別碼以及波特率等參數(shù)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(dāng)有按鍵按下時，HCS301會發(fā)送一組66 bit的編碼數(shù)據(jù)，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(fā)送。完整的編碼信息由PWM端(TX)輸出到射頻電路進(jìn)行無線發(fā)射[3-4]。

3 主控制模塊
    主控制模塊用于KEELOQ數(shù)據(jù)解碼和實(shí)現(xiàn)車位鎖動作的邏輯控制，系統(tǒng)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(qū)動電機(jī)、限位開關(guān)和聲光報(bào)警電路。當(dāng)超外差無線接收模塊接收到遠(yuǎn)程用戶的按鍵后，由MCU解碼后獲取用戶的按鍵信息，根據(jù)按鍵功能，I/O口經(jīng)L298N H橋驅(qū)動電機(jī)工作，控制車位鎖撐桿的上升與下降。在電機(jī)工作過程中，PIC16F630通過限位開關(guān)實(shí)時判斷撐桿是否到達(dá)上限位或者下限位，并以蜂鳴器發(fā)單一長聲來提示動作到位。

    本設(shè)計(jì)的供電系統(tǒng)由12 V、7 AH的蓄電池提供，采用高效率的開關(guān)電源芯片LM2596，將12 V電源轉(zhuǎn)換為5 V電壓給控制系統(tǒng)供電。為降低系統(tǒng)功耗， PIC16F630單片機(jī)定時處于SLEEP睡眠狀態(tài)，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(jìn)入，若無則單片機(jī)繼續(xù)進(jìn)入SLEEP睡眠狀態(tài)，CE置低電平，關(guān)閉無線接收模塊，從而有效減少了系統(tǒng)功耗。
    電池電量主要通過CAT809T進(jìn)行實(shí)時檢測，若電量不足則使CAT809T產(chǎn)生低電平信號，單片機(jī)檢測到該低電平信號時，控制蜂鳴器定時發(fā)兩次短促報(bào)警聲通知用戶。為實(shí)現(xiàn)電機(jī)過流保護(hù)，在L298N輸出與電機(jī)控制接口之間串聯(lián)0.5 Ω電阻，以實(shí)時檢測電機(jī)的工作電流。當(dāng)過電流超過4 A，即在采樣電阻兩端產(chǎn)生壓降超過TTL高電平最低電壓2 V時，單片機(jī)通過I/O口檢測到該變化電平信息，馬上停止電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，并進(jìn)行聲光提示告知用戶。
4 系統(tǒng)工作流程
    系統(tǒng)工作流程主要實(shí)現(xiàn)KEELOQ軟件解碼[4-5]、電路檢測和外圍電路控制功能。系統(tǒng)主程序流程圖如圖4所示。當(dāng)單片機(jī)上電時，系統(tǒng)不斷執(zhí)行循環(huán)主程序，對電源電量以及電機(jī)電流進(jìn)行檢測，并實(shí)時判斷是否有本地學(xué)習(xí)按鍵和遠(yuǎn)程用戶遙控輸入。若接收到遠(yuǎn)程用戶的按鍵輸入，則進(jìn)行用戶信息的解碼過程，并對解碼后的按鍵值進(jìn)行判斷，控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；若電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)超時則進(jìn)行報(bào)警；若有學(xué)習(xí)按鍵按下，則執(zhí)行學(xué)習(xí)子程序。
    在PIC16F630進(jìn)行正確解碼之前，用戶需通過觸發(fā)接收電路的學(xué)習(xí)按鍵，使接收模塊獲取識別碼、序列號和同步計(jì)數(shù)值，并存儲在解碼器的EEPROM中供以后解密使用[6]。當(dāng)接收端解密密匙(即制造商代碼)與發(fā)送方的一致時，即可對遙控器的發(fā)送命令進(jìn)行正確解碼。其學(xué)習(xí)程序流程圖如圖5所示。
5 系統(tǒng)測試

 


    經(jīng)測試，系統(tǒng)遙控距離可以達(dá)到30 m，系統(tǒng)從睡眠到喚醒的時間在0.5 s以內(nèi)。系統(tǒng)靜態(tài)電流(無機(jī)械動作)為0.022 A，動態(tài)電流(有機(jī)械動作)約為0.35 A，則一天的靜態(tài)損耗為0.022×12×24=6.336 W。動態(tài)損耗主要在控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)時消耗，每次運(yùn)轉(zhuǎn)時間約3 s，若每天升

參考文獻(xiàn)
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