一種遠(yuǎn)程無鑰匙系統(tǒng)（RKE）的方案設(shè)計(jì)

當(dāng)今70%的汽車商選用RKE(Remote Keyless Entry,遠(yuǎn)程無鑰匙進(jìn)入)系統(tǒng)，或?qū)⑵渥鳛橐粋€(gè)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，結(jié)構(gòu)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(cè)TPMS(Tire Pressure Monitor System)等方面，使用的頻率是315 MHz(美國(guó)和日本地區(qū))、433.92 Hz(歐洲地區(qū))。歐洲同時(shí)開放了868 MHz頻率來適應(yīng)RKE系統(tǒng)的增長(zhǎng)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(jī)的通信，通過一串64～128位長(zhǎng)度 的數(shù)據(jù)流進(jìn)行發(fā)送器和接收器的會(huì)話。該數(shù)據(jù)流包括前引導(dǎo)碼、命令碼和一串加密滾動(dòng)碼。通信速率通常選用2～20 kHz之間，采用ASK調(diào)制方式，主要為了延長(zhǎng)發(fā)送部分鑰匙鏈中電池的使用壽命。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 功率設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)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(duì)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(duì)于接收器件也很重要，因?yàn)榻邮掌骷仨毧偸窃诰€偵聽發(fā)送端數(shù)據(jù)，典型的電流要求不超過1 mA。一個(gè)設(shè)計(jì)方法是，在一定時(shí)間內(nèi),接收端保證能夠檢測(cè)到有效的發(fā)送信號(hào);為了最大限度地節(jié)約電量，接收器在其他的時(shí)間睡眠。

1.2 安全性設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的安全性也是一項(xiàng)主要考慮的因素。通過采用Microchip公司專為RKE系統(tǒng)設(shè)計(jì)的使用DES算法的安全密鑰芯片HCS300來實(shí)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(shí)在接收端使用MC9RS08KA2進(jìn)行解密和繼電器控制。

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

DES編碼、解碼圖如圖2和圖3所示。

16位的同步計(jì)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(jì)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(cè)有按鍵按下，它就立即 讀鍵值，同時(shí)刷新同步計(jì)數(shù)器。按鍵和同步計(jì)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(gè)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)數(shù)器值校驗(yàn)，最后接 收系統(tǒng)執(zhí)行按鍵操作請(qǐng)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(jì)中使用AT24C02)中存儲(chǔ)信息的關(guān)系。