一種遠程無(wú)鑰匙系統（RKE）的方案設計

當今70%的汽車(chē)商選用RKE(Remote Keyless Entry,遠程無(wú)鑰匙進(jìn)入)系統，或將其作為一個(gè)標準。RKE系統主要由按鍵加密發(fā)送器和車(chē)內內置接收器組成，結構框圖如圖1所示。它們主要用在汽車(chē)門(mén) 控制、無(wú)線(xiàn)傳感器、汽車(chē)無(wú)線(xiàn)胎壓監測TPMS(Tire Pressure Monitor System)等方面，使用的頻率是315 MHz(美國和日本地區)、433.92 Hz(歐洲地區)。歐洲同時(shí)開(kāi)放了868 MHz頻率來(lái)適應RKE系統的增長(cháng)需求。

RKE系統的用戶(hù)可以通過(guò)鑰匙鏈發(fā)送數據來(lái)打開(kāi)和關(guān)閉汽車(chē)門(mén)。圖1中，用戶(hù)可以按下按鍵開(kāi)關(guān)來(lái)發(fā)起與接收機的通信，通過(guò)一串64～128位長(cháng)度 的數據流進(jìn)行發(fā)送器和接收器的會(huì )話(huà)。該數據流包括前引導碼、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調制方式，主要為了延長(cháng)發(fā)送部分鑰匙鏈中電池的使用壽命。

1 系統設計

1.1 功率設計
設計中主要考慮的是低電流消耗情況下的高可靠性、系統的成本以及發(fā)送器和接收器的壽命。對于發(fā)送器，電池壽命在3~5年是可以滿(mǎn)足要求的。電池 壽命對于接收器件也很重要，因為接收器件必須總是在線(xiàn)偵聽(tīng)發(fā)送端數據，典型的電流要求不超過(guò)1 mA。一個(gè)設計方法是，在一定時(shí)間內,接收端保證能夠檢測到有效的發(fā)送信號;為了最大限度地節約電量，接收器在其他的時(shí)間睡眠。

1.2 安全性設計
系統的安全性也是一項主要考慮的因素。通過(guò)采用Microchip公司專(zhuān)為RKE系統設計的使用DES算法的安全密鑰芯片HCS300來(lái)實(shí)現系統數據的安全加密，防止發(fā)送的數據被惡意盜取拷貝;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(cháng)度、32位跳頻碼、4位按鍵碼、2位狀態(tài)碼，具有鍵值讀保護措施的芯片。

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。它隨按鍵的次數而增加。根據DES算法加密,在每次發(fā)送的代碼中，由于同步計數器的變化而 使得每次發(fā)送的代碼有大于50%的部分不一樣。圖2說(shuō)明在編碼過(guò)程中如何使用HCS300的內部可編程EEPROM，一旦編碼器檢測有按鍵按下，它就立即 讀鍵值，同時(shí)刷新同步計數器。按鍵和同步計數器經(jīng)過(guò)加密算法處理，輸出數據是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)習發(fā)送端的數據碼，學(xué)習包括計算發(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、同步計數器以及鍵值。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算。串行碼用于表示發(fā)送碼是否被學(xué)習過(guò)。如果發(fā)送碼被學(xué)習過(guò)，那么它的信息被解密和同步計數器值校驗，最后接 收系統執行按鍵操作請求。圖3表示了接收部分接收到的信息和它的可編程EEPROM(設計中使用AT24C02)中存儲信息的關(guān)系。