双向通信智能汽车遥控钥匙设计与实现

回博旭

摘 要：针对第三代汽车遥控目前发现的不足和问题，从多方面实现完全保障汽车内部财物尽可能使车主能实时掌握汽车情况，进而保证车主和汽车的安全。

关键词：双向通信 汽车遥控钥匙 STC89C52

Design and Realization of Two-way Communication Intelligent Car Remote Key

Hui Boxu

Abstract：In view of the current deficiencies and problems found in the third-generation car remote control， it is possible to fully protect the internal property of the car from many aspects so that the car owner can grasp the car situation in real time， thereby ensuring the safety of the car owner and the car.

Key words：two-way communication， car remote key， STC89C52

1 项目背景

目前使用的遥控钥匙由钥匙发射信号，车载系统接收信号，根据信号传输的信息，实现汽车开门、锁车等功能。作为一种单向信息传输模式，依靠信号的传输频率和特定的地址码等固定信息，保障钥匙使用的唯一性和汽车的安全性。但钥匙发射信号是无线电信号，具有开放性。此外，目前车主在下车后锁车时无法兼顾到所有车门，若有人打开任意一扇门，大多数车无任何警报，车主无法得知，若此时按下锁车键，车门依旧是打开的，从而造成经济损失。

2 研究内容和拟解决的关键问题

2.1 研究内容

2.1.1 遥控钥匙简介

遥控钥匙是利用中控锁的无线遥控功能，不用把钥匙键插入锁孔中就可以远距离开门和锁门的钥匙，现在广泛应用于汽车的开门与锁门。该系统主要由发射机和接收机两部分组成，工作原理简单来说：先从钥匙发出微弱的电波，由车载接收器接收该电波信号，经电子控制单元识别信号代码，再由该系统的执行器执行开/闭锁的动作（如图1），采用机械编码方式设定相同地址码，保证发射和接收唯一性。

目前为止有四代产品：第一代是传统的机械钥匙能实现基本的车门开关功能;第二代可以轻按遥控器按钮实现车门的开闭功能，但汽车发动还需一把机械钥匙来操作，两把钥匙共同使用，缺一不可;第三代则将钥匙和遥控器二者功能合二为一，开门、关门和汽车发动都通过主动按键来完成，机械钥匙内嵌在遥控钥匙中;第四代在主动按键的基础上，增加了被动工作方式，无需按键就可以实现开门及关门动作。第三代和第四代遥控钥匙广泛使用于普通车辆，但随着近年来科技不断地发展，普通遥控钥匙的使用已经不能完全确保车内财物的安全，第四代钥匙原理与NFC卡原理相似。

2.2 方案设想

针对现有的单向通信锁，本项目设想在其基础上改进为双向通信方式，其基础结构是在钥匙和车载系统中都配备信号发射器、信号接收装置、单片机、储存器，在钥匙部分会额外添加电池、报警模块和振动。单片机是一种集成电路芯片，是一个小而完善的微型计算机系统。单片机采用串行通讯时，可选择波特率可变工作方式，且波特率变化范围较宽。

目前设计的工作模式：如图二当锁车或开锁时，钥匙发射控制信号，车载系统接收信号后，发射一组具有特定意义的信号。钥匙接收信号，按程序运算，产生控制密码，并按车载系统本次通讯的信息所确定的波特率再次发射信号。车载系统接收信号并核对密码，正确执行操作，同时钥匙发出确认报警声音;错误不操作，发出错误警报声音。每台车有唯一对应的固定電子地址码，确保钥匙开锁的唯一性。同时每次使用钥匙，密码更新，波特率变化。钥匙存储多组运算程序，每次使用由车载系统随机选择密码的指定数据区。每台汽车使用的锁，运算程序的系数不同，保证密码的唯一性。

车内现有的车门检测仅限于车主在车内时能看到警报灯的提示，为了保证车门在车主下车后的状态提示，设想电磁感应对车门检测进行改进，在车门上安装磁芯，在车载系统上连接干簧管或霍尔元件（开关型），当车门关闭时，磁芯与干簧管正对，使干簧管吸合产生低电平信号，车载系统检测到低电平确认车门关严。相反，当车门没关严时，车载系统检测到高电平从而通过发射器发射信号，钥匙收到信号后在一定距离内发出警告报警声音提醒车主。

2.3 已解决的关键问题

在本项目中，要达到初步设想的双向通信模式，需要分别解决硬件和软件两部分的问题。

2.3.1 软件部分

软件是系统防盗的核心技术，所以本项目最重要的部分就是各步骤的算法，首先是基础算法，其中包括发射信号和接收信号的算法，在发射信号时，要保证信号的随机性，这是对密码的第一层保护;接下来就是核对算法，核对算法分为两个部分，第一就是对钥匙端首次发出的信号进行核对，第二部分就是当车载端发出指定数据区后，对钥匙按照算法发出产生相对应、动态控制密码和波特率的核对，二者缺一不可，作为对密码的第二层保护;在密码的使用中，最重要的就是对密码进行加密，经查阅相关资料，了解到现有的加密算法，本项目最终决定使用AES算法，此算法是密码学中的高级加密标准，该加密算法采用对称分组密码体制，密钥长度的最少支持为128位、192位、256位，分组长度128位，算法应易于各种硬件和软件实现，AES具有更好的安全性、效率和灵活性，可以进一步对密码进行保护;最后，由于单片机使用的是串口通讯，只有在波特率相同的情况下才能接收正确的信号，是对密码的一种隐藏保护。