遠程無鑰匙進入系統(tǒng)的方案設(shè)計

【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】遠程無鑰匙進入系統(tǒng)的方案設(shè)計當(dāng)今70%的汽車商選用RKE（RemoteKeylessEntry,遠程無鑰匙進入）系統(tǒng)，或?qū)⑵渥鳛橐粋€標(biāo)準(zhǔn)。RKE系統(tǒng)主要由按鍵加密發(fā)送器和車內(nèi)內(nèi)置接收器組成，構(gòu)造框圖如圖1所示。它們主要用在汽車門控制、無線傳感器、汽車無線胎壓監(jiān)測TPMS(TirePressureMonitorSystem）等方面，使用的頻率是315MHz(美國和日本地區(qū))、433.92Hz(歐洲地區(qū))。歐洲同時開放了868MHz頻率來適應(yīng)RKE系統(tǒng)的增長需求。

RKE系統(tǒng)的用戶可以通過鑰匙鏈發(fā)送數(shù)據(jù)來打開和關(guān)閉汽車門。圖1中，用戶可以按下按鍵開關(guān)來發(fā)起與接收機的通信，通過一串64～128位長度的數(shù)據(jù)流開展發(fā)送器和接收器的會話。該數(shù)據(jù)流包括前引導(dǎo)碼、命令碼和一串加密滾動碼。通信速率通常選用2～20kHz之間，采用ASK調(diào)制方式，主要為了延長發(fā)送部分鑰匙鏈中電池的使用壽命。

1系統(tǒng)設(shè)計

1.1功率設(shè)計

設(shè)計中主要考慮的是低電流消耗情況下的高可靠性、系統(tǒng)的成本以及發(fā)送器和接收器的壽命。對于發(fā)送器，電池壽命在3~5年是可以滿足要求的。電池壽命對于接收器件也很重要，因為接收器件必須總是在線偵聽發(fā)送端數(shù)據(jù)，典型的電流要求不超過1mA。一個設(shè)計方法是，在一定時間內(nèi),接收端保證能夠檢測到有效的發(fā)送信號；為了限度地節(jié)約電量，接收器在其他的時間睡眠。

1.2安全性設(shè)計

系統(tǒng)的安全性也是一項主要考慮的因素。通過采用Microchip公司專為RKE系統(tǒng)設(shè)計的使用DES算法的安全密鑰芯片HCS300來實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全加密，防止發(fā)送的數(shù)據(jù)被惡意盜取拷貝；同時在接收端使用MC9RS08KA2開展解密和繼電器控制。

HCS300的操作電壓為2.0~6.3V,是一個可編程28位串行碼、64位加密鍵值、66位發(fā)送長度、32位跳頻碼、4位按鍵碼、2位狀態(tài)碼，具有鍵值讀保護措施的芯片。

16位的同步計算器,在每次發(fā)送代碼后都要發(fā)生改變。它隨按鍵的次數(shù)而增加。根據(jù)DES算法加密,在每次發(fā)送的代碼中，由于同步計數(shù)器的變化而使得每次發(fā)送的代碼有大于50%的部分不一樣。圖2說明在編碼過程中如何使用HCS300的內(nèi)部可編程EEPROM，一旦編碼器檢測有按鍵按下，它就立即讀鍵值，同時刷新同步計數(shù)器。按鍵和同步計數(shù)器經(jīng)過加密算法處理，輸出數(shù)據(jù)是32位的加密信息。攜帶按鍵信息的32位代碼和串行碼組成了整個發(fā)送碼，將被接收部分接收到。

解碼部分必須先學(xué)習(xí)發(fā)送端的數(shù)據(jù)碼，學(xué)習(xí)包括計算發(fā)送端的鍵值、解密32位的加密信息和可編程陣列中的串行碼、同步計數(shù)器以及鍵值。在正常的操作模式中，每次接收到的有效格式的信息都被計算。串行碼用于表示發(fā)送碼是否被學(xué)習(xí)過。如果發(fā)送碼被學(xué)習(xí)過，那么它的信息被解密和同步計數(shù)器值校驗，接收系統(tǒng)執(zhí)行按鍵操作請求。圖3表示了接收部分接收到的信息和它的可編程EEPROM（設(shè)計中使用AT24C02）中存儲信息的關(guān)系。

1.3射頻收發(fā)器件和微處理器特性

為了保證系統(tǒng)能夠在較低電流消耗的情況下，有較高的發(fā)射功率和接收靈敏度，系統(tǒng)選用了Maxim公司的MAX1473接收芯片和MAX7044發(fā)射芯片。

MAX7044發(fā)射芯片工作電壓為+2.1~6.0V，7.7mA的低工作電流，250μs的啟動時間。通信速率能到達100kbps,小封裝3mm×3mm，8引腳SOT23封裝。它消除了基于SAW發(fā)送器設(shè)計的問題；采用晶體構(gòu)造，提供了更大的調(diào)制深度和快速的頻率響應(yīng)機制；降低了溫度的影響，溫度范圍可達-40~125℃。

MAX1473接收芯片采用3.3V鋰電池供電，250μs啟動時間，小于2.5μA的待機模式工作電流，-114dBm的靈敏度；采用TSSOP28引腳封裝設(shè)計。

MC9RS08KA2作為Freescale公司新推出的一款集成多個功能的高性價比MCU，具有鍵盤中斷和高達20MHz的內(nèi)部時鐘，以及8位模計數(shù)器，2KBFlash空間，63字節(jié)RAM；同時有等待和3種停止模式，滿足系統(tǒng)的超低功耗設(shè)計（設(shè)計中電流小于1μA），以及簡易的6引腳BDM編程調(diào)試接口，便于系統(tǒng)的實時升級。設(shè)計中采用6引腳DFN精細小引腳封裝，滿足系統(tǒng)的小體積要求。

1.4硬件設(shè)計圖

按鍵DES硬件加密部分電路如圖4所示。發(fā)送部分射頻前端電路如圖5所示。

接收部分射頻前端電路如圖6所示，元器件參數(shù)如下表1所列。接收部分微處理器控制電路如圖7所示。

表1典型電路的元器件參數(shù)

1.5軟件設(shè)計

如果有按鍵按下，HCS300將被喚醒，同時通過10ms延時消抖。同步計數(shù)器、描述信息、按鍵信息被編碼形成跳頻碼。每次發(fā)送跳頻碼都會不一樣，即便是同一個按鍵按下，在64K次按鍵過程中發(fā)送的跳頻碼也不會發(fā)生重復(fù)，因此在較長的時間內(nèi)，按鍵密鑰信息不會被盜取。如果在發(fā)送的過程中檢測到新的按鍵按下，那么將會立即復(fù)位，而且當(dāng)前的代碼將不會繼續(xù)執(zhí)行；離開按鍵后，對代碼字是沒有影響的，除非沒有按鍵繼續(xù)保持按下狀態(tài)，在任何情況下傳輸代碼都會完成，同時系統(tǒng)下電。

上電后，MC9RS08KA2開始判斷系統(tǒng)是否有I/O中斷產(chǎn)生。如果沒有，則系統(tǒng)進入低功耗睡眠模式（停止模式3）；如果有I/O中斷產(chǎn)生，那么進入中斷，喚醒MCU，同時開展軟件DES算法解密。如果解密不成功，則繼續(xù)接收數(shù)據(jù)；如果解密成功，則執(zhí)行相應(yīng)的繼電器操作（如開/關(guān)門等），然后系統(tǒng)繼續(xù)進入睡眠狀態(tài)。

2結(jié)論

通過結(jié)合多家外圍器件和微處理器件，利用MicrochipKEELOQ芯片的安全性，Maxim的射頻芯片的可靠性、穩(wěn)定性和Fre