汽车中央门锁控制装置的设计与应用
汽车门锁有开锁、闭锁两种状态,闭锁时通过内外把手无法打开车门。中央门锁控制装置:是控制门锁状态的电气设备,在汽车电器中属于安全、舒适系统。一般工作原理可用图1来说明:当旋转车钥匙或拉动门提会带动锁止机构运动,带动状态开关K,和K2动作,电容C1(或C2)放电,继电器J1(或J2)吸合,执行电动机M1(或M2)通电带动锁止机构动作。放完电后继电器释放,电动机停止,闭锁过程自动完成。将汽车所有车门(包括行李厢)的执行电动机连在一起,同时动作,以实现门锁集中控制,使用很方便。图1为原理性电路,实际电路和执行装置多种多样,但原理大同小异,其目的都为实现门锁的集中控制。随着技术发展和汽车舒适性需求提高,以手动控制电路为基础,以单片机控制技术为核心,出现了自动闭锁等实用功能。系统引入无线控制技术后,使用更方便。但因无线控制的特点,加上汽车是特殊商品,容易被非法侵入,如采用“空中截取”、“扫描尝试”取得合法身份,迫使固定编码逐渐淘汰。新的跳码编码技术的应用,大大减小截取和扫描等非法侵入的可能性。另外即使有强行侵入(如砸窗、撬门),新型内藏防盗报警电路会发出报警,以威慑入侵者,甚至直接发送求助信息。即使非法成功,系统立即切断发动机的点火、燃油系统,阻止进一步人侵。
可见中央门锁不仅使用方便,也提高了安全性能。许多汽车厂已作为出厂标准配置,使用日益广泛。
1 中央门锁系统组成和信号流程
系统主要由主控制器、执行器、遥控器以及连接线束构成。其中遥控器由编码电路、发射电路和电池组成,一般有2-4个按键,是一个小型发射装置,随身携带。主控制器由无线接收模块、电源(DC-DC转换器)、主控芯片(一般为单片机)、输人输出接口电路(完成电路间的匹配)组成,是一个智能控制单元,安装在车内较隐蔽的位置。执行器一般包括门锁电动机、报警喇叭、电源继电器、报警灯、燃油切断阀等。其中门锁电动机与门锁装成一体;报警灯与汽车转向信号灯共用;电源继电器、燃油切断阀安装在隐蔽的位置。下面从每个单元电路人手,分析系统的设计应用。
2 编码电路
编码技术有固定编码技术和跳码编码技术。
2.1 固定编码电路
编码芯片-PT2262(以及解码PT2272)的第1-8脚为地址设定脚,有3种状态(悬空、接正电源、接搭铁)可供选择,可构成38种编码。编码由17脚(Dout)串行输出。编码结构如图5所示,每组由地址码、数据码、同步码组成一个完整的字码。当电路一定,字码就固定,每次一模一样,所以称为固定编码。每个字码之间有同步码隔开,每次至少产生4组字码。如果发送端一直按住按键,编码芯片也会连续输出。
2.2 跳码编码电路
编码芯片HCS200里面集成了KEELOQ算法和其他一些功能,带有4个按键接口,能产生24-1种的功能码。内置电可擦除存储器,用来存放序列号(SN)、加密钥匙(EN KEY)、同步码(SYNC)、种子码(SEED)等。序列号用来标识不同的对象;加密钥匙用来对输出的数据进行加密,增加破译的难度,它不直接输出;同步码是用来抗截获的,每次有键按下时,同步计数器的值就被更新,它经过加密变换后,由694(PWM)串行输出。
3 无线发射、接收电路
无线发射电路是单管振荡电路,编码电路的输人信号起偏置电压的作用。当有按键按下时,编码电路得电工作,输出串行信号电压,高频发射电路起振并产生等幅高频振荡。键松开后发射电路停止振荡。可见发射电路完全受控于编码电路输出的数字信号,从而对发射电路完成幅度键控(ASK调制),相当于调制度为100%的调幅。振荡信号通过印制电路构成的电感产生电磁波,发送至空中。
无线接收电路是一款工作在间歇振荡状态下的再生检波电路,经过NJM2904整形、放大,得到与发射端反相的电压,直接输人解码电路。
4 解码电路和由单片机构成的控制电路
对于固定编码,可以用专用芯片PT2272硬件解码,也可用单片机软件解码。解码思路:硬件解码电路PT2272在连续两次检测到地址码相同而且数据码一致,就把数据码中的“1”驱动相应的数据输出端为高电平(VT端同步为高电平)。
用单片机软件解码时,程序在判断出同步码后,对其后的字码进行脉冲宽度识别。如从第1个下降沿开始计时,并不断检测电平变化,一有电平变化,立即记录电平宽度。再继续计时直至出现第2个下降沿(因为输人的是反码)。记录两个下降沿的间隔,重复以上步骤。判断间隔,若在各自允许的误差范围内,译出此码位,否则认为误码、丢弃。连续正确检测12个码位后比较地址码和数据码,结果相同输出数据码。因为无线传输的特点,第1组字码非常容易受低电平干扰,往往会产生误码,所以程序可以丢弃处理。
对于跳码编码,同样可以用专用解码芯片(如HCS5XX )硬件解码,也可用内置KEELOQ解码软件的单片机进行软件解码。跳码软件、硬件解码遵循KEELOQ算法:即在确认序列号匹配后,对接收的数据进行KEELOQ解密,然后检查同步计数器是否匹配,在确认其匹配后,再去处理接收到的按键信号指令(KEELOQ算法可查阅相关文献)。
KEELOQ加密解密技术是一种多变化、抗截获、安全可靠的加密解密技术。目前这项技术只掌握在国外少数几家公司手中,他们利用集成电路设计的优势,把这项技术封装在芯片里。
KEELOQ技术是一种复杂的协议,具有以下特点。①安全性非常好:同一条命令,kKEELOQ编码后每次得到的字码都不相同(在一个非常长的周期里),且这种变化是无规律的。②只有预先取得(通过学习)编码方的加密钥匙后,才能对接收到的数据进行有效解码。③特定的对象只有经过学习某一编码者的信息后,才能使用。④能随时清除已存的学习信息,使原来的编码无效,这样能有效避免第三方非法使用。⑤跳码技术能防止被截获后再转发带来的危害。
正是这些特点使得KEELOQ技术适合应用于中央门锁的无线控制。
其通过硬件解码实现无线遥控,不具有声、光提示和防盗报警功能。结构比较简单,编码固定,防盗效果差。目前在汽车上使用较少。其以无线传输、KEELOQ加密解密技术为基础,加上单片机在控制方面的优势,既保证安全性要求,又可灵活实现声光提示、自动闭锁等实用功能。
电路主要实现以下功能。①基本功能:手动、遥控开锁、闭锁。②声、光提示功能:遥控接收到有效信号,执行闭锁的同时发出一定声响和闪亮报警灯。③自动闭锁功能:行车第三次制动闭锁,熄火、停车后自动开锁。④防盗报警功能:当车主锁门离开车辆后(门灯开关、点火开关断开、门锁处于闭锁状态)5s,进人警戒状态。系统检测震动传感器信号,依据预设震动水平(调整VR1),进行报警控制。
该系统是单片机微程序控制、无线加密技术的综合应用。设计时通过适当增加硬件线路,引人必要的电信号,由单片机软件配合,便可实现多种实用功能。通过整车电气结构的了解和客户需求的分析,可以开发功能新颖、安全性高、具有一定智能水平的中央门锁控制装置。事实证明,这类智能型中央门锁控制装置(又称防盗器)被大量使用,得到广大车主的认可。在实际应用中如何加强系统的可靠性和提高使用寿命,是软硬件设计必须考虑的,应采取多种措施,如增加看门狗、电压检测复位电路(图10中U3)、使用软件陷阱、提高元器件品质等。
发布于:2024-12-18,除非注明,否则均为
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