PKE智能鑰匙系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.3 基站（車身）模塊設(shè)計(jì)
基站模塊由微控制器、高頻接收電路、低頻發(fā)射電路、液晶顯示電路及總線傳輸電路組成。基站模塊的微控制器采用微芯公司的PIC18F4680，工作頻率為40 MHz。該芯片擁有64 KB的Flash存儲(chǔ)器，1 KB的EEPROM存儲(chǔ)器及3.3 KB的SRAM存儲(chǔ)器；還擁有1個(gè)SPI接口、1個(gè)I2C接口、1個(gè)LIN接口及1個(gè)ECAN接口，完全可以滿足與汽車控制器進(jìn)行信息交換的要求，同時(shí)該芯片具有豐富的I/O資源，為配置液晶屏提供了可能，讓車主能夠及時(shí)了解基站模塊的工作情況。本文著重介紹高頻接收電路和低頻發(fā)射電路的設(shè)計(jì)，其電路如圖4、圖5所示。

高頻接收電路采用安陽市新世紀(jì)電子研究所的一款超再生接收模塊J04V。J04V是一款低功耗、小體積接收模塊，采用SMT工藝，性能穩(wěn)定，具有較好的靈敏度及性價(jià)比，可以廣泛應(yīng)用于需要長(zhǎng)期處于接收狀態(tài)的遙控報(bào)警及單片機(jī)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。J04V的接收頻率為433.92 MHz；工作電壓為3 V，工作電流只有0.2 mA，功率極低；外形尺寸為10 mm×23 mm，并且不需要外接天線，能夠滿足本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。超再生模塊J04V集成度高，接線簡(jiǎn)單，接收到的高頻數(shù)字信號(hào)通過OUT引腳直接傳送到PIC18F4680的RB4引腳,觸發(fā)中斷，中斷程序進(jìn)行解碼操作，將編碼信號(hào)還原成原始數(shù)據(jù)，從而通過總線控制相關(guān)指令執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。
低頻發(fā)射電路由一個(gè)TC4422功率放大器和一個(gè)LC串聯(lián)諧振電路組成。在PKE系統(tǒng)中，低頻信號(hào)的發(fā)射和接收通過電磁感應(yīng)進(jìn)行通信，當(dāng)?shù)皖l功放驅(qū)動(dòng)器的電流為500 mA左右時(shí)可以獲得較好的傳送距離，而為了提高輸出回路品質(zhì)因數(shù)Q，低頻功放驅(qū)動(dòng)器的輸出阻抗必須在10 Ω以下，因此選用TC4422功率放大器。該電路可以產(chǎn)生一個(gè)基于PWM輸出的載波信號(hào)。TC4422放大來自微控制器的125 kHz低頻信號(hào)的功率，通過由天線L1、電容C2、C3、C4組成的LC串聯(lián)諧振電路后，低頻方波脈沖將變成正弦波[3]。當(dāng)LC串聯(lián)諧振電路的諧振頻率與PWM信號(hào)的頻率一致時(shí)，通過L1的負(fù)載電流最大，從而產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)，此時(shí)發(fā)送信號(hào)強(qiáng)度最大。
2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
2.1 Keeloq編碼的實(shí)現(xiàn)
Keeloq實(shí)際上是一個(gè)“ASIC”的特別設(shè)計(jì)，內(nèi)含加密及解密技術(shù)，適用于遙控或命令辨別的應(yīng)用場(chǎng)合，如安全鎖、車庫門遙控、秘密通信、軟件保護(hù)等。Keeloq加密算法其實(shí)是一種非線性的數(shù)學(xué)推算公式，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過該算法加密后，輸出數(shù)據(jù)對(duì)輸入數(shù)據(jù)而言就是唯一的。Keeloq核心組成元件分別為制造商代碼、序號(hào)、編碼密碼。制造商代碼為由制造商決定的不可泄露的原始密碼，用來辨別不同制造商之間的產(chǎn)品，并且應(yīng)答器與基站的制造商代碼必須相同才能互相識(shí)別。序號(hào)的作用是區(qū)別不同的應(yīng)答器，每個(gè)應(yīng)答器都有自己的一個(gè)序號(hào)。在標(biāo)準(zhǔn)加密模式下，編碼密碼是由制造商代碼與序號(hào)利用解碼算法共同產(chǎn)生的，用于產(chǎn)生跳碼，儲(chǔ)存于微控制器的EEPROM中。Keeloq編碼過程如圖6所示。

每當(dāng)應(yīng)答器的按鍵按下時(shí)，PIC16F639便將一組66 bit的加密資料以PWM編碼的方式通過高頻發(fā)射器傳送出去。這66 bit的加密資料包含34 bit的固定碼與32 bit的跳碼。其中34 bit的固定碼包括28 bit的序號(hào)、4 bit的功能鍵以及2 bit的狀態(tài)位。4 bit功能鍵表明了應(yīng)答器中哪一個(gè)按鍵已被車主按下，而基站必須根據(jù)不同的功能鍵數(shù)值執(zhí)行相應(yīng)的命令。另外，Keeloq編碼加密算法利用64 bit編碼密碼、16 bit同步計(jì)數(shù)值、10 bit識(shí)別碼、4 bit功能鍵、2 bit溢位指示通過非線性數(shù)學(xué)推算公式生成32 bit的跳碼[4]，而同步計(jì)數(shù)值在每一次按鍵按下以后將自動(dòng)加1并存入EEPROM中，這將使下次編碼加密時(shí)形成一組新的跳碼，大大提高了安全性。