PKE智能鑰匙系統設計

1.3 基站（車身）模塊設計
基站模塊由微控制器、高頻接收電路、低頻發射電路、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存儲器，1 KB的EEPROM存儲器及3.3 KB的SRAM存儲器；還擁有1個SPI接口、1個I2C接口、1個LIN接口及1個ECAN接口，完全可以滿足與汽車控制器進行信息交換的要求，同時該芯片具有豐富的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射電路的設計，其電路如圖4、圖5所示。

高頻接收電路采用安陽市新世紀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，性能穩定，具有較好的靈敏度及性價比，可以廣泛應用于需要長期處于接收狀態的遙控報警及單片機數據傳輸系統。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，能夠滿足本系統的設計要求。超再生模塊J04V集成度高，接線簡單，接收到的高頻數字信號通過OUT引腳直接傳送到PIC18F4680的RB4引腳,觸發中斷，中斷程序進行解碼操作，將編碼信號還原成原始數據，從而通過總線控制相關指令執行機構動作。
低頻發射電路由一個TC4422功率放大器和一個LC串聯諧振電路組成。在PKE系統中，低頻信號的發射和接收通過電磁感應進行通信，當低頻功放驅動器的電流為500 mA左右時可以獲得較好的傳送距離，而為了提高輸出回路品質因數Q，低頻功放驅動器的輸出阻抗必須在10 Ω以下，因此選用TC4422功率放大器。該電路可以產生一個基于PWM輸出的載波信號。TC4422放大來自微控制器的125 kHz低頻信號的功率，通過由天線L1、電容C2、C3、C4組成的LC串聯諧振電路后，低頻方波脈沖將變成正弦波[3]。當LC串聯諧振電路的諧振頻率與PWM信號的頻率一致時，通過L1的負載電流最大，從而產生很強的磁場，此時發送信號強度最大。
2 系統軟件設計
2.1 Keeloq編碼的實現
Keeloq實際上是一個“ASIC”的特別設計，內含加密及解密技術，適用于遙控或命令辨別的應用場合，如安全鎖、車庫門遙控、秘密通信、軟件保護等。Keeloq加密算法其實是一種非線性的數學推算公式，當輸入數據經過該算法加密后，輸出數據對輸入數據而言就是唯一的。Keeloq核心組成元件分別為制造商代碼、序號、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品，并且應答器與基站的制造商代碼必須相同才能互相識別。序號的作用是區別不同的應答器，每個應答器都有自己的一個序號。在標準加密模式下，編碼密碼是由制造商代碼與序號利用解碼算法共同產生的，用于產生跳碼，儲存于微控制器的EEPROM中。Keeloq編碼過程如圖6所示。

每當應答器的按鍵按下時，PIC16F639便將一組66 bit的加密資料以PWM編碼的方式通過高頻發射器傳送出去。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、4 bit的功能鍵以及2 bit的狀態位。4 bit功能鍵表明了應答器中哪一個按鍵已被車主按下，而基站必須根據不同的功能鍵數值執行相應的命令。另外，Keeloq編碼加密算法利用64 bit編碼密碼、16 bit同步計數值、10 bit識別碼、4 bit功能鍵、2 bit溢位指示通過非線性數學推算公式生成32 bit的跳碼[4]，而同步計數值在每一次按鍵按下以后將自動加1并存入EEPROM中，這將使下次編碼加密時形成一組新的跳碼，大大提高了安全性。