交互式无线汽车智能钥匙研究

杨洋

摘 要：随着我国经济社会的不断发展，为提高生活水平居民对物质需求提出了更高的要求，在交通出行方面，汽车则逐渐成为不少家庭的必需品。随着汽车的数量和使用人数的增加，其安全问题逐渐为人们所关注，因此汽车安全设备也成为专业人员的研究重点。交互式无线汽车智能钥匙系统就是其中一类安全设备，它具有无线通讯功能，对滚动代码的编码和解码的加密和传输功能等多种功能，最重要的是，它可以有效提高汽车整体的安全性能。此外，该系统还具有许多优势，主要包括低耗能，较长的接收和发信有效距离和极高的安全性。将无线通讯技术和滚动码技术融合应用于汽车防盗预警系统的设计，即交互式无线汽车智能钥匙系统是当前汽车智能安全领域的研究方向。

关键词：交互式;无线通讯;滚动码技术;汽车智能钥匙

随着居民生活水平的不断提高，在交通出行方面，越来越多的家庭将汽车列作出行必需品。随着社会汽车数量和使用人数的逐年增加，汽车安全逐渐成为社会关注的重点问题，研发并普及安全可靠的汽车安全系统的具有一定的现实意义。电子汽车钥匙则是实现汽车防盗保护的关键技术，本文主要介绍了一种结合了滚动代码技术和无线通讯技术的新型汽车智能钥匙系统，即交互式无线汽车智能钥匙系统。该系统无需用户干预，用户只需要呆在车门附近，门锁就可以自动打开。该系统安全便捷且能耗低，具有良好的经济价值，并且能够自动准确识别用户，具有极高的安全性，可应用于汽车安全系统，值得大力推广。本文介绍了上述系统的工作原理，整体结构及其硬件设计，以及与滚动代码加密相关的技术内容。

1 系统工作原理和整体结构

传统的汽车无线门禁系统功能存在许多局限，新型的交互式无线汽车智能钥匙系统则是在其基础上进一步完善的成果。该系统是滚动代码技术和无线通信技术的结合，作为汽车的门禁系统使用单芯片和无线接收器模块来开发用于无源无钥匙进入汽车的控制系统，该系统可以使用高频和低频双向进行通讯。

上述的交互式无线汽车智能钥匙系统具有一个车载模块和一个智能钥匙模块，这两个模块内部结构都包括微型处理器，无线的接收和发射器以及控制按钮等。使用该系统可以实现的最主要的功能便是，当持有智能钥匙的驾驶员距离车辆两米范围内时，车门可以自动解锁并开放。随后，车门会在驾驶员坐上汽车并启动汽车后自动进入锁定状态。如果驾驶员在距车辆的一米距离以外使用智能钥匙，则车门将自动锁定并立即回到防盗状态。

通常，如果没有特殊情况发生，两个模块始终处于运作的状态，保证低频编码信息的传输。其中，车载模块作为发送的一方，其运行间隔是固定的，一般为几百毫秒，而智能钥匙模块则是接收信息的一方。若两者相距不远，则信息传输的时间几乎可以忽略不计，智能钥匙模块在接收信息后随之迅速完成对接收到的数据信息的检查工作。经检查，若为有效编码信息，则智能钥匙模块会使用微型处理器中的滚动码加密模块完成驱动程序设置或命令的加密，以形成相应的编码命令，然后重新加密要发送的命令。如果车辆模块的高频接收器成功检测到此信号，它将进行适当切换，并将相关数据发送到车辆模块的微型处理器。集成微型处理器首先解码数据的连续代码并接受确切的命令，然后将它们发送到适当的执行机构以完成下一个处理步骤。

2 系统的硬件设计

合理选择适用于智能钥匙模块和车载模块的单片机是该交互式无线汽车智能钥匙系统硬件设计成功的关键。只有做出科学合理的选择，该系统才能具备下列完善的功能：高低频交互式通讯功能，滚动码编码和解码功能，输入并执行用户的特定命令功能。此外，还可以使该系统实现体积小，能耗低等优势。

在交互式无线汽车智能钥匙系统中，作为控制信息传输的两大模块，智能钥匙模块和车载模块的硬件设计至关重要。其中，智能钥匙模块的小体积和低能耗是其硬件设计的关键。至于车载模块的硬件设计，完善滚动码解码器部分的功能是其关键，其硬件部分由微处理器单片机，接收器模块，低频率发送模块，控制电路和检测单元由五个模块组成。

2.1 智能钥匙模块的硬件设计

智能钥匙模块的主要构成包括单片机，低频高频传输电路和按钮开关等部分。成功的硬件设计能使智能钥匙模块成功完成其一系列操作，包括接收并处理低频信息，对用户输入的滚动码加密，并且传输该高频加密信息。为此，其硬件设计需要使用集成滚动码加密功能和三相低频输入电路的微控制器芯片，并且由于该微控制器芯片具备体积小，能耗低，适用于硬件电路设计，因此可以将该微控制器芯片用作智能钥匙模块硬件电路设计的核心单片机。

上述电路下面的三个电感器是标准的125 kHz低频接收电路。三个电感器分别正交布置在三维空间的三个不同方向上，以便车载模块可以随时捕获沿任何方向入射的低频信号。为保证车载模块可以对低频谐振频率做出正确选择，这些线圈需要与电容器维持并联状态。接收线圈感应的电压沿三个不同的方向直接发送到芯片的三相低频模拟输入端，然后其内部电路将模拟信号转换为数字信号。高频传输电路主要功能是对频率为315 MHz的高频信息进行传输。高频振动传输电路的主要组成部分包括埋弧焊谐振器，三极管，电容器和发射天线，并且电路的振荡或停止由该芯片输出的脉冲宽度调制信号控制。使用此幅度键调制方法传输加密和編码的命令。该微控制器芯片为维持其功耗极低的特性，通常仅在电路中断模式下进行工作，防止能源的浪费。每当输入标准的低频率信号或按下了开关按钮时，则意味着控制器将被激活以处理相应的指令。对于输入的命令信息，单片机使用独特的滚动码加密模块自动执行复杂的操作。对于接收天线输入的标准低频模拟信号，它使用内部专用模拟电路将输入转换为数字信号，然后对其进行处理。

2.2 车载模块的硬件设计

车载模块使用如上所述的相同的微控制器芯片作为核心单片机，其具有足够数量的输入和输出连接口，并且速度快和体积小是其突出优势。车载模块中的低频传输电路根据磁感应原理进行发送和接收标准的低频。提高低频发射器的驱动功率和低频输出电路的Q值，可以保证能够获得至少两米的通信距离。为此，低频发射器的发射天线最好采用铁氧材料的线圈，而使用的芯片则要求具有低输出的电阻和高驱动的电流两种特性。单片机将信号发送至该芯片，然后经由发射天线整合处理成为具有标准频率的低频信号并发送出去。至于高频接收电路则采用内部集成了各种电路的集成芯片。智能钥匙模块发送的高频信号由车载模块接收并通过该集成芯片处理相关数据，经处理的数据信号发送至微控制器芯片，引起电路中断使微控制器芯片进入工作状态对数据信号进行相应的处理。

3 滚动代码关键技术

随着现代信息社会的发展，加密是作为实现安全和保密功能的主要途径，在人们的生活中起着越来越重要的作用。交互式无线智能钥匙系统设计采用滚动码加密技术对信号进行加密以实现该系统的安全性能。传统的安全系统的工作原理使单向传输，因此提高的安全和保密服务具有较大的局限性。传统的安全系统通过增加传输代码的长度和不同的排列组合以实现其安全性，但由于代码的长度有上限，因此其排列组合的种类也是有限的，最终导致其安全性能不高，并且该代码通常被称为固定代码。固定代码具有编译次数少，代码重复多，易于扫描和解密之类的缺点，并且容易在空中被拦截，因此难以满足车辆安全要求。

KEELOQ技术是一种复杂的非线性加密算法，经由该算法加密后的代码称为跳跃代码或滚动代码，由该技术开发的系统安全性能高。使用KEELOQ滚动代码加密算法可以对原始代码进行加密，从而生成严格保密的滚动代码，每次传输的滚动代码都是唯一的。即使原始代码相同，但在不同时间发送的代码都是不会重复的，因此上述拦截和扫描都是徒劳的。该滚动码安全系统由一个滚动码接收器和一个滚动码发送器组成，其主要组件分别是滚动码编码器和滚动码解码器。

4 结语

综上，随着中国汽车行业的快速发展，汽车销售量的猛增带动了汽车安全系统市场的发展，因此研究汽车安全系统具有重要的经济价值和社会意义。随着电子信息技术的发展，该领域汽车安全技术的研究也在继续取得进展。另外，基于滚动码的无线远程控制技术目前已经成熟，将该技术集成到车辆安全系统中是未来车辆安全系统发展的新方向。智能钥匙技术的发展与未来汽车智能安全的发展相吻合，因此交互式无线汽车智能钥匙系统将成为具有良好市场前景和巨大潜力的汽车必备安全设备之一。

参考文献：

[1]李伟.交互式无线汽车智能钥匙研究[J].科技传播，2016，8（05）：94+152.

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