一種帶報警功能的車鎖控制裝置研究

羅陽君　趙梓君　袁東　毛朝江

摘要：為了解決汽車由于被遙控鑰匙發(fā)射的無線電波干擾，致使不能正常鎖定的問題，文章通過比較利用無線收發(fā)裝置和延時繼電器控制車鎖以及利用無線收發(fā)裝置和單片機控制車鎖兩種方案，研究了一種帶報警功能的車鎖控制裝置。其中文章重點研究了基于nRF24IJEl的帶報警功能的汽車車鎖控制方法，利用位于車鎖鎖孔的壓力感應開關狀況，反饋鎖車信號到鑰匙端揚聲器，提醒司機車鎖是否鎖好，以提高汽車安全性。

關鍵詞：無線收發(fā)裝置；單片機；壓力開關；nRF24LEl

近年來，由于汽車遙控鑰匙使用方便，所以大部分汽車都采用了這種鎖車方式?，F(xiàn)有的汽車大都采用的是遙控無鑰匙進入系統(tǒng)，遙控鑰匙的按鈕控制無線收發(fā)模塊發(fā)送“關門”或“開門”信號，汽車端的對應模塊接收信號并解調(diào)，當鑰匙發(fā)出的代碼成功匹配車鎖無線代碼，則驅(qū)動車鎖進行相應操作。當汽車在鎖定過程中，如果對鑰匙發(fā)射的無線信號外加更強的電磁干擾，汽車車鎖就不能正常鎖定，而此時車主卻沒有及時發(fā)現(xiàn)。

本設計以現(xiàn)有的汽車鎖門提示系統(tǒng)的缺陷為研究背景，對比了基于用延時繼電器以及nRF24LEl模塊，實現(xiàn)一種帶報警裝置的汽車車鎖控制裝置。該裝置在車鎖鎖孔底部安裝壓力感應開關，通過無線收發(fā)模塊反饋鎖車狀況到鑰匙端揚聲器提醒車主，避免不法分子在車主鎖車過程中，潛伏在四周使用更強的同頻段電波干擾汽車正常鎖定，而車主沒有及時發(fā)現(xiàn)鎖門異常，被不法分子盜竊財物，蒙受經(jīng)濟損失。

1.一種帶報警裝置的汽車車鎖控制裝置及控制方法原理探究

1.1技術(shù)方案設計

目前現(xiàn)有的汽車干擾器主要有3種工作方式：（1）利用干擾器發(fā)出用同頻段較強信號干擾遙控鑰匙對汽車的正常鎖定。（2）利用干擾器發(fā)出經(jīng)過精心編碼的信號，隨機打開可以開鎖的汽車。（3）通過接收器復制車主的車鑰匙使用時的工作信號，經(jīng)過軟件的分析解碼，進行復制開鎖。鑒于第二種方法的成功概率較小，第三種方式不法分子的作案成本較高，同時需要有相關的專業(yè)知識，因此方式一由于作案成本低廉，技術(shù)門檻幾乎為零，成為不法分子盜竊的最主要手段。針對這種情況，筆者根據(jù)兩種不同方案的優(yōu)點研究了一種帶報警裝置的汽車車鎖控制裝置。

方案一：利用無線收發(fā)裝置和延時繼電器。

一種帶報警功能的汽車車鎖，由遙控鑰匙及車鎖觸發(fā)裝置、遙控鑰匙由紐扣電池、無線信號發(fā)射器、延時斷開繼電器、無線接收器、揚聲器、位于結(jié)點處的延時閉合選擇開關組成。無線接收器與揚聲器所在支路并聯(lián)，延時閉合選擇開關位于兩條支路的結(jié)點處。車鎖觸發(fā)裝置包括電源，壓力感應開關，及無線信號收發(fā)模塊。壓力感應開關位于汽車鎖孔的底部。

其控制流程如圖1所示。車主通過同時按下遙控鑰匙的按鈕A，B，按鈕A控制延時斷開繼電器內(nèi)部電路的導通，使常開延時斷開觸點閉合，從而立刻閉合報警裝置的干路。按鈕B使無線信號發(fā)射器發(fā)射相關信號給汽車的接收裝置進而控制汽車車鎖鎖定。間隔1-2秒重復按下按鈕A，斷開控制延時斷開繼電器內(nèi)部電路，常開延時斷開觸點延遲3～5秒斷開。當汽車車鎖正常鎖定時，觸發(fā)位于汽車車鎖鎖孔底部的壓力感應開關閉合，從而使車鎖觸發(fā)裝置電路導通。汽車端無線收發(fā)模塊發(fā)射相應信號給位于遙控鑰匙中的無線接收器，無線接收器接收到信號后控制位于結(jié)點處的延時閉合選擇開關導通無線接收器所在支路。此時喇叭所在支路斷開，不會發(fā)出警報；當車鎖在接受無線信號發(fā)射器發(fā)出的信號后沒有正常鎖定時，觸發(fā)裝置開路，汽車端無線收發(fā)模塊不發(fā)出信號給鑰匙端無線接收器，延時閉合選擇開關導通喇叭所在支路，喇叭發(fā)出警報。此時無線接收器所在支路處于開路，從而達到提醒司機車門沒有鎖好的目的，保證車內(nèi)財產(chǎn)安全。

雖然利用延時繼電器與無線收發(fā)裝置可以達到遙控鑰匙受到干擾沒有正常鎖定時揚聲器報警的效果。但不可否認的是，在實驗測試階段該裝置及控制方法的缺點顯而易見。

（1）可行性較低。需要先后按下遙控鑰匙的按鈕A和B，控制方法較為繁瑣。

（2）控制電路較為復雜。延時斷開觸點與位于結(jié)點處的延時閉合選擇開關配合要求較高，為了達到預期效果，需要反復調(diào)試電路。

（3）智能性較差。由于沒有使用集成芯片，不可以進行程序的更新升級，沒有拓展附加功能的空間。

方案二：利用無線收發(fā)裝置和單片機。

一種帶報警裝置的汽車車鎖控制裝置，由遙控鑰匙和車鎖觸發(fā)裝置組成。遙控鑰匙包括鑰匙端無線收發(fā)模塊，鑰匙端無線收發(fā)模塊由鑰匙端單片機控制器控制，鑰匙端單片機控制器與鑰匙端蜂鳴器串聯(lián)，車鎖鑰匙按鍵觸發(fā)鑰匙端單片機控制器工作。車鎖觸發(fā)裝置包括壓力感應開關，壓力感應開關與汽車端單片機控制器導線連接，汽車端單片機控制器與汽車端無線收發(fā)模塊導線連接，汽車端無線收發(fā)模塊與鑰匙端無線收發(fā)模塊無線連接。為了檢測鎖車狀況并反饋到鑰匙端，汽車鎖孔底部配置了壓力感應開關。汽車端單片機控制器與車鎖控制端連接。手機終端與鑰匙端無線收發(fā)模塊可通過無線連接。

圖2為該帶報警裝置的汽車車鎖控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。其具體的使用方法步驟如下。

（1）車主按下車鎖鑰匙按鍵，汽車開始鎖門；（2）車鎖鑰匙按鍵信號送至鑰匙端單片機控制器；（3）安裝在汽車車鎖鎖孔底部的壓力感應開關碰觸到車鎖，則發(fā)出信號至汽車端單片機控制器并通過汽車端無線收發(fā)模塊將信號送至鑰匙端單片機控制器；（4）鑰匙端單片機控制器接收到信號則說明車門鎖緊；（5）鑰匙端單片機控制器在車主按下車鎖鑰匙按鍵后沒有接收到信號則發(fā)出報警信息，所述的單片機控制器在車主按下車鎖鑰匙按鍵后沒有接收到信號則發(fā)出報警信息，是在車主按下車鎖鑰匙按鍵后3-5s后沒有接收到信號才發(fā)出報警信息。

在利用單片機進行電路控制以后，相比于傳統(tǒng)的汽車遙控鑰匙控制，其特點也是很突出的。

（a）對原有的汽車電路改動小。汽車端單片機控制器與車鎖控制端連接，可通過本設計將鎖車信號和開鎖信號發(fā)送至現(xiàn)有技術(shù)的車鎖控制端對車輛進行鎖車或開鎖。

（b）避免不法分子通過復制鑰匙開鎖信號，克隆遙控鑰匙進行盜竊。手機終端與鑰匙端無線收發(fā)模塊無線連接，可通過鑰匙端無線收發(fā)模塊與手機終端連接，通過手機設定汽車與手機間距離控制，只有當車主拿著遙控鑰匙和手機同時在一定距離內(nèi)，才可以打開遙控打開汽車，防止不法分子偽造電子鑰匙打開汽車。

1.2技術(shù)方案選擇

通過比較上述兩種方案，可以看出利用無線收發(fā)裝置和單片機來設計車鎖及其控制方法具有以下優(yōu)勢。

（a）所有元器件更少，操作更加簡單。相比于用延時繼電器控制電路時開鎖的繁瑣，使用單片機來控制揚聲器時，遙控鑰匙的使用“一鍵到位”。

（b）調(diào)試過程相對容易。在實驗測試階段，利用單片機控制時，只需要通過程序設定相關的參數(shù)，簡單調(diào)試即可正常工作。

方案二可以進行程序設置，將手機終端與鑰匙端無線收發(fā)模塊無線連接，通過手機設定汽車與手機間距離控制，只有當車主拿著遙控鑰匙和手機同時在一定距離內(nèi)，才可以打開遙控打開汽車，提高安全系數(shù)。

2.硬件組成及功能

為了使遙控鑰匙更加精巧，同時考慮到降低成本，本設計采用具有收發(fā)模塊功能的單片機芯片，在遙控鑰匙和汽車控制端分別安裝一片nRF24LEl，實現(xiàn)鑰匙端喇叭控制及汽車端的車鎖控制和無線收發(fā)功能。通過鑰匙的按鈕觸發(fā)控制模塊，調(diào)節(jié)nRF24LEl，達到無線收發(fā)及控制揚聲器的功能。汽車端nRF24LEl接收鑰匙發(fā)出的無線信號，并控制車鎖的打開和關閉，位于鎖孔底部的壓力感應開關反饋鎖車信號給汽車端nRF24LEl。

2.1nRF24LEl芯片簡介

nRF24LEl：]Z2008年推出，采用了北歐集成電路公司最新無線以及超低功耗技術(shù)，nRF24LEl采用的內(nèi)嵌協(xié)議引擎的2，4GHz GFsmR發(fā)器與nRF24L01+是一樣的，非常理想地組合了各類芯片，性能優(yōu)良，成本低廉。nRF24LEl包括增強型51Flash高速單片機，ISM頻段為2AGHz的無線傳輸，具有豐富外設及接口的單片F(xiàn)lash芯片，是世界上最小、集成度最高的單片超低功耗2.4G射頻系統(tǒng)芯片，廣泛應用于機頂盒控制、遙控玩具、工業(yè)控制、科學研究以及醫(yī)學救助等領域11l。

2.2結(jié)構(gòu)原理

nRF24LEl模塊部分是本裝置及控制方法的核心。汽車端和鑰匙端均用電容和電阻組合作為天線使用。汽車端主要由nRF24LEl，車鎖控制裝置，位于鎖孔底部的壓力感應開關組成。通過遙控鑰匙中的nRF24LEl發(fā)送鎖車或開鎖信息時，增強型8051 MCU通過一個專用的片上SPI接口訪問寄存器，控制信息傳送給射頻收發(fā)器模塊。射頻收發(fā)器模塊通過Enhanced ShockBurst模式傳送信號到汽車端無線收發(fā)模塊，內(nèi)嵌的協(xié)議引擎促使操作模式多樣化，可以使用手動操作，也可以其使用其他操作模式。車鎖部分的無線模塊接收到此信息，通過專用的片上SPI接口傳送給增強型8051MCU獲取控制信息，調(diào)節(jié)車鎖的控制電路，汽車車鎖實現(xiàn)“關門”或“開門”。然后將位于鎖孔底部的壓力開關情況通過無線收發(fā)模塊反饋到遙控鑰匙端，遙控鑰匙的無線收發(fā)模塊接收到反饋信息后，有兩種工作模式。

（1）配合現(xiàn)有的鎖門提示系統(tǒng)工作：如果汽車燈光閃爍，同時鑰匙端揚聲器沒有報警，車主就能判斷車門已經(jīng)鎖好。雙重安全鎖門提示系統(tǒng)，極大程度避免由于一端提示系統(tǒng)出現(xiàn)故障而導致車主出現(xiàn)鎖門誤判。

（2）單獨安裝，作為汽車鎖門提示系統(tǒng)，只有在沒有正常鎖定時鑰匙端揚聲器才報警，相比于傳統(tǒng)的每次正常鎖定時汽車端都聲光提示，具有一定的節(jié)能效果。

2.3工作模式選擇

MCU接通SPI接口，通過設置可以訪問寄存器，配置CONFIG寄存器可把nRF4LEl配置為發(fā)射、接收、待機及掉

待機模式1時，PWR-UP=I，PFCE=0，在實際應用中是為了降低電流，減少電能損耗，延長電池使用壽命。為了保證系統(tǒng)正常運行，晶體振蕩器會繼續(xù)工作。待機模式2YTx FIFO為空，PWR-UP=I，PRIM-RX=0，PFCE=I。當處于待機模式時，nRF24LEl保存所有的配置字。掉電模式TpwR-UP=0，但是所有配置寄存器的值仍然保留。nRF24LEl收發(fā)模式有Shock-Burst^TM收發(fā)模式和Enhanced ShockBurst^TM收發(fā)模式兩種，收發(fā)模式由器件配置字決定，對應的數(shù)據(jù)包格式也有兩種，采用Enhanced ShockBurst^TM收發(fā)模式，其數(shù)據(jù)包格式如表2所示。

3.結(jié)語

本文通過比較利用無線收發(fā)裝置和延時繼電器以及利用無線收發(fā)裝置和單片機兩種方案，重點研究了基于nRF24LEl芯片的帶報警裝置的汽車車鎖控制裝置及控制方法，探究其在汽車安全性領域的應用。通過實驗對比，該裝置元件成本低廉、功耗低，具有125個頻點自動調(diào)頻，正常工作時，電流只有9mA。在實際使用時，將手機終端與鑰匙端無線收發(fā)模塊無線連接，通過手機設定汽車與手機間距離控制，只有當車主拿著遙控鑰匙和手機同時在一定距離內(nèi)，才可以打開遙控打開汽車，極大地提高了鎖車的安全系數(shù)。