基于跳頻通信的汽車(chē)智能防盜器設計

0 引言

　　隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活水平的提高，汽車(chē)已逐步進(jìn)入家庭，而如何有效防止汽車(chē)被盜也成為車(chē)主比較關(guān)心的問(wèn)題。目前在汽車(chē)防盜器中，普通的電子遙控防盜器由于價(jià)格便宜占有很大的市場(chǎng)分額。但普通的電子遙控防盜器多為固定載波頻率通信，容易被干擾、截獲和破解。有報道說(shuō)一般的遙控鎖在30 s 內就可被專(zhuān)用的解碼器復制，1 min 內就可破解。普通的電子遙控防盜器多為單向通信，車(chē)主可以遙控汽車(chē)上鎖、解鎖，但汽車(chē)信息不能及時(shí)反饋給車(chē)主。

　　針對普通電子防盜器的不足，我們將軍事通信中應用的跳頻通信技術(shù)應用到汽車(chē)智能遙控防盜器的設計中。在通信過(guò)程中不斷改變雙方的通信頻率，使信息傳遞難以被跟蹤、干擾或截獲、破解，將有效提高防盜系統的安全性和可靠性。

1 系統總體方案設計

　　系統由車(chē)載終端、人持終端兩部分構成。車(chē)載終端主要完成人機控制指令的接收執行，執行汽車(chē)上鎖解鎖指令，并完成對汽車(chē)防盜信息的檢測發(fā)送;人持終端主要完成車(chē)主對汽車(chē)的上鎖、解鎖的控制指令的發(fā)送，并接收車(chē)載終端發(fā)來(lái)的汽車(chē)相關(guān)報警信息及指令執行情況信息。系統功能結構如圖1 所示。

　　
圖1 系統總體結構框圖

2 系統的電路設計與實(shí)現

　　2.1 車(chē)載終端的電路設計

　　車(chē)載終端主要完成汽車(chē)防盜信息的監測并將汽車(chē)異常狀況信息發(fā)送給車(chē)主，接收執行人持終端控制指令如對汽車(chē)上鎖解鎖等，針對目前防盜器主要依賴(lài)振動(dòng)傳感器檢測盜竊信息存在不可靠的問(wèn)題，設計了多信息融合的傳感器電路，通過(guò)監測車(chē)門(mén)、車(chē)窗、車(chē)座位來(lái)提高防盜器的可靠性，增加的備用電源管理功能保證防盜器在主電源線(xiàn)被剪的情況下仍能正常工作，主要由主控MCU 模塊、無(wú)線(xiàn)跳頻通信模塊、汽車(chē)門(mén)窗監測、電源監控、振動(dòng)檢測、車(chē)內是否有人監測模塊構成。

　　2.1.1 主控MCU 模塊電路

　　主控MCU 主要負責整個(gè)系統的協(xié)調控制，傳感器信息的檢測處理，跳頻通信模塊的配置、信息發(fā)送接收等，采用C8051F340 實(shí)現。C8051F340 是美國Cygnal 公司的混合信號系統級集成芯片， 具有與8051 兼容的高速CIP-51 內核，片內集成了數據采集和控制系統中常用的模擬、數字外設及其他功能部件，內部時(shí)鐘頻率可達到48 MHz。具有增強型的SPI 接口，可方便實(shí)現對nRF905 的控制。

　　2.1.2 跳頻通信模塊硬件電路

　　跳頻通信模塊硬件電路采用Nordic 公司推出的單片射頻收發(fā)器芯片nRF905 實(shí)現，其功耗非常低，以–10 dBm的輸出功率發(fā)射時(shí)電流只有11 mA，在接收模式時(shí)電流為12.5 mA，傳輸距離大于100 m。工作于433/868/915 MHz3 個(gè)ISM 頻道(可以免費使用)。nRF905 可以自動(dòng)完成處理字頭和循環(huán)冗余碼校驗的工作，可由片內硬件自動(dòng)完成曼徹斯特編碼/解碼，使用SPI 接口與微控制器通信，配置非常方便，性能可靠，并可以實(shí)現人工載波頻率控制，具有128 個(gè)可選頻點(diǎn)，頻點(diǎn)間隔100 kHz，頻點(diǎn)切換時(shí)間為650 μs，可快速實(shí)現頻點(diǎn)切換。使用該芯片可構成無(wú)線(xiàn)跳頻通信的收發(fā)模塊，模塊電路及單片機接口電路如圖2，通過(guò)PWR_UP,TRX_CE 和TX_EN 與單片機連接實(shí)現工作模式配置。通過(guò)CD,AM,DR 進(jìn)行載波檢測、地址檢測、中斷檢測，通過(guò)SPI 接口與單片機通信實(shí)現載波頻率、通信指令數據格式的配置及數據的接收。

　　
圖2 nRF905 與單片機接口電路

　　2.1.3 車(chē)門(mén)車(chē)窗監測模塊

　　通過(guò)將光電檢測二極管置于車(chē)門(mén)車(chē)窗關(guān)口，當車(chē)門(mén)或門(mén)窗沒(méi)有鎖緊時(shí)，對應的光電檢測電路會(huì )檢測到相關(guān)信息，在車(chē)內無(wú)人時(shí)車(chē)載終端通過(guò)汽車(chē)主控接口通知汽車(chē)微處理系統啟動(dòng)自動(dòng)關(guān)門(mén)關(guān)窗電路，并提醒車(chē)主車(chē)門(mén)或車(chē)窗沒(méi)有鎖好，在防盜狀態(tài)下車(chē)門(mén)車(chē)窗被打開(kāi)則發(fā)出報警信號。

　　2.1.4 車(chē)內有無(wú)人檢測模塊

　　通過(guò)放置在汽車(chē)座位下的應變電阻設計的壓力測量裝置，判斷車(chē)內是否有人，如車(chē)內無(wú)人，車(chē)防盜鎖系統未啟動(dòng)，則延時(shí)1 min 自動(dòng)上鎖;若汽車(chē)防盜鎖啟動(dòng)狀態(tài)下，如若有人，即有可能是有人盜車(chē)，防盜器立刻進(jìn)行報警。

　　2.1.5 車(chē)外振動(dòng)檢測模塊

　　車(chē)外振動(dòng)檢測用來(lái)檢測當車(chē)處于防盜狀態(tài)時(shí)，是否有人對汽車(chē)進(jìn)行碰撞，如有則報警。它采用了振動(dòng)傳感器Z04B，它是一種高靈敏振動(dòng)模塊, 能檢測極其微弱的震動(dòng)波;安裝簡(jiǎn)便，不受任何角度限制;抗干擾性好，對外界聲響無(wú)反應，具有抗雷電及鞭炮干擾能力，輸出為瞬態(tài)脈沖，用來(lái)構成可靠的汽車(chē)振動(dòng)檢測模塊。

　　2.1.6 電源測控模塊

　　設計了備用電源管理功能，在汽車(chē)主電源被剪斷時(shí)，備用電源供電并將該情況反饋給車(chē)主，提高防盜系統的安全性和可靠性。

　　2.2 人持終端的電路設計

　　人持終端完成對汽車(chē)的上鎖、解鎖等控制指令發(fā)送，并接收車(chē)機發(fā)來(lái)的汽車(chē)相關(guān)信息，如振動(dòng)情況、車(chē)門(mén)車(chē)窗開(kāi)關(guān)情況信息，并發(fā)出語(yǔ)音提示。由主控單片機電路和跳頻通信模塊、人機接口模塊構成，其中主控單片機電路和跳頻通信模塊與車(chē)載終端部分相同。

　　人機交互接口模塊電路主要由按鍵電路完成人操作指令的發(fā)送，采用LCD 液晶顯示電路使操作更為方便，采用ISD1820 設計語(yǔ)音提示電路進(jìn)行報警提示及車(chē)載終端指令執行情況提示。

3 系統的軟件設計與實(shí)現

　　3.1 nRF905 的配置過(guò)程及跳頻通信的實(shí)現

　　3.1.1nRF905 的配置過(guò)程

　　如圖2 所示，nRF905 通過(guò)CPU 控制nRF905 的3 個(gè)引腳PWR_UP,TRX_CE 和TX_EN 的高低電平來(lái)決定其4種工作模式(如表1所示)，通過(guò)nRF905 的CD,AM,DR 三個(gè)引腳進(jìn)行載波檢測、地址檢測、中斷檢測，在表1中的前兩種模式下，MCU 通過(guò)SPI 接口配置nRF905 的5 個(gè)內部寄存器(狀態(tài)寄存器、射頻配置寄存器、發(fā)送地址寄存器、發(fā)送數據寄存器、接收數據寄存器)。其中狀態(tài)寄存器包含數據準備好引腳狀態(tài)信息和地址匹配引腳狀態(tài)信息;射頻配置寄存器包含收發(fā)器配置信息，如頻率和輸出功能等;發(fā)送地址寄存器包含接收機的地址和數據的字節數;發(fā)送數據寄存器包含待發(fā)送的數據包的信息，如字節數等;接收數據寄存器包含要接收的數據的字節數等信息。

　　表1 nRF905 的工作模式