引言

　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(bào)道說(shuō)一般的遙控鎖在30 s 內(nèi)就可被專(zhuān)用的解碼器復(fù)制，1 min 內(nèi)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。

?????? 為解決現(xiàn)有普通汽車(chē)電子防盜器采用固定頻率通信容易被破解及復(fù)制的問(wèn)題，利用具有載波頻率調(diào)制功能的射頻收發(fā)芯片nRF905 設(shè)計(jì)了一款新的防盜器，該防盜器在通信過(guò)程中不斷改變通信頻率，使信息無(wú)法被干擾或截獲，防盜器很難被復(fù)制、破解，通過(guò)通信方案的優(yōu)化和程序設(shè)計(jì)增加了跳頻通信的可靠性，增加的雙向通信功能使車(chē)主能及時(shí)掌握汽車(chē)狀況及報(bào)警信息，并通過(guò)多傳感器檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)增加了防盜器的可靠性，經(jīng)測(cè)試達(dá)到了良好的防盜效果。

　　針對(duì)普通電子防盜器的不足，我們將軍事通信中應(yīng)用的跳頻通信技術(shù)應(yīng)用到汽車(chē)智能遙控防盜器的設(shè)計(jì)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(tǒng)的安全性和可靠性。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)由車(chē)載終端、人持終端兩部分構(gòu)成。車(chē)載終端主要完成人機(jī)控制指令的接收?qǐng)?zhí)行，執(zhí)行汽車(chē)上鎖解鎖指令，并完成對(duì)汽車(chē)防盜信息的檢測(cè)發(fā)送;人持終端主要完成車(chē)主對(duì)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(bào)警信息及指令執(zhí)行情況信息。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

　　
圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

2 系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　2.1 車(chē)載終端的電路設(shè)計(jì)

　　車(chē)載終端主要完成汽車(chē)防盜信息的監(jiān)測(cè)并將汽車(chē)異常狀況信息發(fā)送給車(chē)主，接收?qǐng)?zhí)行人持終端控制指令如對(duì)汽車(chē)上鎖解鎖等，針對(duì)目前防盜器主要依賴(lài)振動(dòng)傳感器檢測(cè)盜竊信息存在不可靠的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了多信息融合的傳感器電路，通過(guò)監(jiān)測(cè)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(jiān)測(cè)、電源監(jiān)控、振動(dòng)檢測(cè)、車(chē)內(nèi)是否有人監(jiān)測(cè)模塊構(gòu)成。

　　2.1.1 主控MCU 模塊電路

　　主控MCU 主要負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，傳感器信息的檢測(cè)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(xiàn)。C8051F340 是美國(guó)Cygnal 公司的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)集成芯片， 具有與8051 兼容的高速CIP-51 內(nèi)核，片內(nèi)集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬、數(shù)字外設(shè)及其他功能部件，內(nèi)部時(shí)鐘頻率可達(dá)到48 MHz。具有增強(qiáng)型的SPI 接口，可方便實(shí)現(xiàn)對(duì)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(xiàn)，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(fèi)使用)。nRF905 可以自動(dòng)完成處理字頭和循環(huán)冗余碼校驗(yàn)的工作，可由片內(nèi)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(xiàn)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(xiàn)頻點(diǎn)切換。使用該芯片可構(gòu)成無(wú)線(xiàn)跳頻通信的收發(fā)模塊，模塊電路及單片機(jī)接口電路如圖2，通過(guò)PWR_UP,TRX_CE 和TX_EN 與單片機(jī)連接實(shí)現(xiàn)工作模式配置。通過(guò)CD,AM,DR 進(jìn)行載波檢測(cè)、地址檢測(cè)、中斷檢測(cè)，通過(guò)SPI 接口與單片機(jī)通信實(shí)現(xiàn)載波頻率、通信指令數(shù)據(jù)格式的配置及數(shù)據(jù)的接收。

　　
圖2 nRF905 與單片機(jī)接口電路

　　2.1.3 車(chē)門(mén)車(chē)窗監(jiān)測(cè)模塊

　　通過(guò)將光電檢測(cè)二極管置于車(chē)門(mén)車(chē)窗關(guān)口，當(dāng)車(chē)門(mén)或門(mén)窗沒(méi)有鎖緊時(shí)，對(duì)應(yīng)的光電檢測(cè)電路會(huì)檢測(cè)到相關(guān)信息，在車(chē)內(nèi)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(tǒng)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(bào)警信號(hào)。

　　2.1.4 車(chē)內(nèi)有無(wú)人檢測(cè)模塊

　　通過(guò)放置在汽車(chē)座位下的應(yīng)變電阻設(shè)計(jì)的壓力測(cè)量裝置，判斷車(chē)內(nèi)是否有人，如車(chē)內(nèi)無(wú)人，車(chē)防盜鎖系統(tǒng)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(bào)警。

　　2.1.5 車(chē)外振動(dòng)檢測(cè)模塊

　　車(chē)外振動(dòng)檢測(cè)用來(lái)檢測(cè)當(dāng)車(chē)處于防盜狀態(tài)時(shí)，是否有人對(duì)汽車(chē)進(jìn)行碰撞，如有則報(bào)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(cè)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(duì)外界聲響無(wú)反應(yīng)，具有抗雷電及鞭炮干擾能力，輸出為瞬態(tài)脈沖，用來(lái)構(gòu)成可靠的汽車(chē)振動(dòng)檢測(cè)模塊。

　　2.1.6 電源測(cè)控模塊

　　設(shè)計(jì)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(tǒng)的安全性和可靠性。

　　2.2 人持終端的電路設(shè)計(jì)

　　人持終端完成對(duì)汽車(chē)的上鎖、解鎖等控制指令發(fā)送，并接收車(chē)機(jī)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(jī)電路和跳頻通信模塊、人機(jī)接口模塊構(gòu)成，其中主控單片機(jī)電路和跳頻通信模塊與車(chē)載終端部分相同。

　　人機(jī)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(shè)計(jì)語(yǔ)音提示電路進(jìn)行報(bào)警提示及車(chē)載終端指令執(zhí)行情況提示。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　3.1 nRF905 的配置過(guò)程及跳頻通信的實(shí)現(xiàn)

　　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(cè)、地址檢測(cè)、中斷檢測(cè)，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(nèi)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(shù)據(jù)寄存器、接收數(shù)據(jù)寄存器)。其中狀態(tài)寄存器包含數(shù)據(jù)準(zhǔn)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(jī)的地址和數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù);發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器包含待發(fā)送的數(shù)據(jù)包的信息，如字節(jié)數(shù)等;接收數(shù)據(jù)寄存器包含要接收的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)等信息。

　　表1 nRF905 的工作模式

3.1.2 nRF905 的無(wú)線(xiàn)收發(fā)過(guò)程

　　1) 發(fā)射模式設(shè)置及過(guò)程

　　a) 上電以后MCU 首先配置nRF905 模式，先將PWR_UP,TX_EN,TRX_CE 設(shè)為(10X)配置模式。

　　b) MCU 通過(guò)SPI 將RF 寄存器的頻率配置數(shù)據(jù)，配置數(shù)據(jù)移入nRF905 模塊。

　　c) 當(dāng)MCU 有數(shù)據(jù)需要發(fā)往規(guī)定節(jié)點(diǎn)時(shí)，接收節(jié)點(diǎn)的地址(TX-address)和有效數(shù)據(jù)(TX-payload)通過(guò)SPI 接口傳送給nRF905。

　　d) MCU 設(shè)置TRX_CE,TX_EN 為高啟動(dòng)傳輸。

　　e) nRF905 內(nèi)部處理：無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)上電、數(shù)據(jù)包完成(加前導(dǎo)碼和CRC 校驗(yàn)碼)、數(shù)據(jù)包發(fā)送(1000kbps,GFSK,曼切斯特編碼)。

　　2) 接收模式

　　a) 上電以后MCU 首先配置nRF905 模式，先將PWR_UP,TX_EN,TRX_CE 設(shè)為(10X)配置模式。

　　b) MCU 通過(guò)SPI 將RF 寄存器的頻率配置數(shù)據(jù)，配置數(shù)據(jù)移入nRF905 模塊。

　　c) 設(shè)置TRX_CE 高，TX_EN 低來(lái)選擇RX 模式，nRF905 監(jiān)測(cè)空中的信息。

　　d) 當(dāng)nRF905 發(fā)現(xiàn)和接收頻率相同的載波時(shí)，載波檢測(cè)(CD)被置高。

　　e) 當(dāng)nRF905 接收到有效的地址時(shí)，地址匹配(AM)被置高。

　　f) 當(dāng)nRF905 接收到有效的數(shù)據(jù)包(CRC 校驗(yàn)正確)時(shí)，nRF905 去掉前導(dǎo)碼、地址和CRC 位，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒(DR)被置高。

　　g) MCU 設(shè)置TRX_CE 低，進(jìn)入standby 模式(待機(jī)模式)。

　　h) MCU 可以以合適的速率通過(guò)SPI 接口讀出有效數(shù)據(jù)。

　　i) 當(dāng)所有的有效數(shù)據(jù)被讀出后，nRF905 將AM 和DR 置低。