一、前言
目前，在機(jī)動(dòng)車鎖止系統(tǒng)采用的技術(shù)主要分為機(jī)械和電子兩大類。非接觸識(shí)別技術(shù)利用微波傳輸和編解碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)近距離的非接觸識(shí)別，屬電子通信類，在國(guó)外已廣泛應(yīng)用于中高檔轎車，國(guó)內(nèi)的部分高檔轎車也已經(jīng)裝配，但大部分是進(jìn)口原裝系統(tǒng)，該技術(shù)已成為機(jī)動(dòng)車鎖止系統(tǒng)總的發(fā)展趨勢(shì)。
作者設(shè)計(jì)開發(fā)的鎖止系統(tǒng)是采用目前世界上先進(jìn)的非接觸電子識(shí)別技術(shù)，它將機(jī)動(dòng)車的機(jī)械鎖和非接觸電子識(shí)別系統(tǒng)集成為一體，合理地解決機(jī)械鎖中“一把鑰匙開多個(gè)車”的問題，是機(jī)械識(shí)別技術(shù)與現(xiàn)代先進(jìn)的電子識(shí)別技術(shù)的最佳組合，從而使機(jī)動(dòng)車的鎖止系統(tǒng)變得先進(jìn)、可靠、安全。該系統(tǒng)采用的是近距離的非接觸識(shí)別技術(shù)，具有雙重密碼機(jī)制，密碼不易被盜取，私密性和可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的無(wú)線防盜系統(tǒng)。
目前，國(guó)內(nèi)外的同類系統(tǒng)在系統(tǒng)維護(hù)和鑰匙增配方面存在著一些不便之處，但在該系統(tǒng)中已做相應(yīng)地改善，使得系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本大大降低。
二、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能
系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)該系統(tǒng)由3部分組成:封裝在鑰匙上的密碼存儲(chǔ)器、套裝在鎖頭上的線圈和控制模塊。
（1）密碼存儲(chǔ)器 可存儲(chǔ)128位用戶密碼，并能有效地防止非法讀寫；它所存密碼的權(quán)限有2種:普通密碼和超級(jí)密碼。該密碼存儲(chǔ)器是無(wú)源的，被封裝在鑰匙柄上。
（2）線圈 線圈被套裝在鎖頭之上，作為微波收發(fā)器，是數(shù)據(jù)和命令傳輸?shù)耐ǖ馈?/SPAN>
（3）控制模塊 控制模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心，內(nèi)有微處理器、射頻電路、密碼存儲(chǔ)器（EEPROM）和控制電路，用于控制密碼的存取、比較以及對(duì)啟動(dòng)設(shè)備的控制。
機(jī)動(dòng)車非接觸識(shí)別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖見圖1。
（一）系統(tǒng)的功能
1．系統(tǒng)的識(shí)別控制功能
用帶有密碼存儲(chǔ)器的鑰匙插入發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)開關(guān)鑰匙孔內(nèi)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至“ON”位置，識(shí)別系統(tǒng)的電源被接通，系統(tǒng)開始識(shí)別密碼，如識(shí)別成功，則接通相應(yīng)控制電路，鑰匙再順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至“START”位置，機(jī)動(dòng)車啟動(dòng)。
2．系統(tǒng)的擴(kuò)充功能
密碼鑰匙的補(bǔ)配和增配問題一直是個(gè)難題，不同的汽車廠有不同的做法，但是都需要返回原廠改配，既耽誤時(shí)間，費(fèi)用又高，極不方便。該系統(tǒng)采用獨(dú)特的密碼鑰匙配制方式，僅憑一把超級(jí)密碼鑰匙就可以改配原有鑰匙，并可增配鑰匙，且費(fèi)用極低，非常方便，其過程如下。
（1）用開發(fā)的寫密碼的專用軟件PassWordDown通過計(jì)算機(jī)的串口將超級(jí)密碼和普通密碼傳給控制模塊，控制模塊再將密碼寫入密碼存儲(chǔ)器，該密碼生效。
（2）當(dāng)再需要配制密碼鑰匙時(shí)，只需使用一次超級(jí)密碼鑰匙，然后將需要配制的密碼鑰匙插入鑰匙孔執(zhí)行正常啟動(dòng)流程，在啟動(dòng)流程中鑰匙的密碼被重新配置，需要配幾把就操作幾把，所有要配的鑰匙配制完成后，再使用一次超級(jí)密碼鑰匙，密碼鑰匙配制流程結(jié)束，所配鑰匙的權(quán)限生效。
三、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
（一）系統(tǒng)的硬件
該系統(tǒng)的CPU選用AT98C55WD[1]，其非接觸識(shí)別技術(shù)采用的是HITAGTM2[2]技術(shù)，密碼存儲(chǔ)器選用的是HT2DC20S20，該技術(shù)利用無(wú)線傳輸和編解碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)近距離（小于5cm）的非接觸識(shí)別。由于信息交互范圍小，可使私密信息不容易被竊取。另外，HITAGTM2密碼存儲(chǔ)器采用雙重密碼機(jī)制，可有效地防止密碼的非法復(fù)制，提高鑰匙的私密性。
考慮到機(jī)械結(jié)構(gòu)的合理性，把密碼存儲(chǔ)器安裝在鑰匙柄上。由于無(wú)線信號(hào)傳輸是通過線圈耦合的，因此線圈必須要安裝在鎖頭上。線圈的引線不宜過長(zhǎng)，否則會(huì)影響到品質(zhì)因數(shù)Q[3]值，這就使得控制器應(yīng)安裝在駕駛室內(nèi)儀表盤附近，所以控制器體積必須要小以便于安裝。系統(tǒng)最終選用封裝為SO214的專用集成電路HTRC110[4]，實(shí)現(xiàn)超小體積的控制器，使得安裝極為方便。
（二）系統(tǒng)的電路
密碼存儲(chǔ)器HT2DC20S20是一種棒狀的異頻雷達(dá)收發(fā)器，具有256位存儲(chǔ)空間，用戶可用空間為128位，還有32位的唯一系列碼。用該存儲(chǔ)器可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的二級(jí)密碼機(jī)制，即首先通過無(wú)線信號(hào)向存儲(chǔ)器發(fā)送讀寫密碼，只有在讀寫密碼正確后，該存儲(chǔ)器中所存儲(chǔ)的系統(tǒng)密碼才能被讀寫，從而使鑰匙密碼被復(fù)制的機(jī)率大大降低，提高系統(tǒng)的加密安全性。
其技術(shù)實(shí)現(xiàn)的原理是控制模塊通過天線線圈將規(guī)約命令字以ASK方式調(diào)制到125kHz載波上發(fā)射出去，鑰匙柄上的密碼存儲(chǔ)器處在有效場(chǎng)強(qiáng)范圍之內(nèi)，該密碼存儲(chǔ)器內(nèi)部集成一個(gè)射頻電路和一個(gè)內(nèi)置線圈，線圈接收到射頻信號(hào)后，通過射頻電路實(shí)現(xiàn)3項(xiàng)功能:電源提取、命令數(shù)據(jù)提取和數(shù)據(jù)調(diào)制發(fā)送。從而使密碼存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)無(wú)源條件下的數(shù)據(jù)交互。密碼存儲(chǔ)器將數(shù)據(jù)調(diào)制發(fā)送后，控制模塊通過天線線圈將信號(hào)接收下來(lái)，然后經(jīng)解調(diào)獲得密碼數(shù)據(jù)，并與控制模塊內(nèi)AT24C02（非失意存儲(chǔ)器）中存儲(chǔ)的密碼數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)識(shí)別。該項(xiàng)技術(shù)可采用的碼制為曼徹斯特碼（manchester）和雙極脈沖碼（biphasepulseduration），該系統(tǒng)采用的是曼徹斯特碼，該碼制解碼效率較高，微處理器處理起來(lái)比較方便。
系統(tǒng)控制模塊結(jié)構(gòu)框圖見圖2。
（三）系統(tǒng)的天線設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)天線的設(shè)計(jì)制作是極為關(guān)鍵的，其質(zhì)量將直接影響系統(tǒng)的通信性能。由于天線要安裝在鎖頭位置，鎖頭的機(jī)械結(jié)構(gòu)及其周圍環(huán)境空間都制約著天線的設(shè)計(jì)。天線的設(shè)計(jì)既要滿足空間的要求，又要充分考慮天線線圈的線徑、匝數(shù)和材料，以保證其電感量、磁通量以及Q值均能滿足系統(tǒng)的要求。
鎖芯對(duì)天線線圈的電感量、磁通量都有很大影響；天線線圈的繞制對(duì)其質(zhì)量也有較大影響。天線線圈的電感量和諧振回路的電容應(yīng)達(dá)到諧振，才能得到足夠大的射頻發(fā)射信號(hào)。作者經(jīng)過大量的試驗(yàn)，最終設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)合理、性能穩(wěn)定的天線。天線的電路原理圖見圖3。
當(dāng)天線電纜長(zhǎng)度大于50cm時(shí)，附加電阻R2=600～1000Ω；天線線圈的電感量L=300～500μH；Q≈40[5]，不宜太高，否則需要加大附加電阻阻值來(lái)將其降低，但在實(shí)際中一般通過減小線圈的線徑來(lái)增大附加電阻。天線的Q值、電感量L和線圈匝數(shù)可以根據(jù)以下公式計(jì)算。
式中f為信號(hào)頻率；RS為等效電阻；D為天線線圈的周長(zhǎng)；a為天線線圈的線徑；N為天線線圈的匝數(shù)；K為天線線圈的幾何常數(shù)，環(huán)形天線時(shí)K=1.01；方形天線時(shí)K=1.47。
四、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
該系統(tǒng)的軟件由兩部分組成:識(shí)別控制器軟件和上位機(jī)的密碼鑰匙管理軟件PassWordDown。
（一）識(shí)別控制器軟件
識(shí)別控制器軟件主要用于控制RF讀/寫專用芯片HTRC110通過無(wú)線方式對(duì)HITAGTM2密碼存儲(chǔ)器HT2DC20S20進(jìn)行讀/寫操作，從而實(shí)現(xiàn)密碼的識(shí)別和管理。該部分軟件包括串行通信、密碼識(shí)別、密碼讀寫以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制。識(shí)別控制器軟件的主流程圖見圖4，讀/寫密碼流程圖見圖5。
（二）密碼鑰匙管理軟件
上位機(jī)的密碼鑰匙管理軟件PassWordDown主要是通過PC機(jī)串口與控制模塊通信，控制模塊再對(duì)密碼存儲(chǔ)器和AT24C02進(jìn)行讀寫操作，從而實(shí)現(xiàn)超級(jí)密碼鑰匙和普通密碼鑰匙配置和增配，達(dá)到密碼有效管理的目的。
五、結(jié)論
經(jīng)實(shí)踐證明，作者設(shè)計(jì)開發(fā)的系統(tǒng)方案安全可靠，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，品質(zhì)優(yōu)良，特別是在密碼機(jī)制和密碼管理方面尤為突出，且靜態(tài)零功耗。該系統(tǒng)已通過兩項(xiàng)省級(jí)鑒定，并已在重型汽車上使用，效果很好。
另外，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活，極易推廣，只要改變線圈的結(jié)構(gòu)形式，就可以適應(yīng)于其他車型。
（轉(zhuǎn)載）
