机动车非接触识别系统的设计与实现

　　（一）系统的功能

　　1．系统的识别控制功能

　　用带有密码存储器的钥匙插入发动机启动开关钥匙孔内，顺时针旋转至“ON”位置，识别系统的电源被接通，系统开始识别密码，如识别成功，则接通相应控制电路，钥匙再顺时针旋转至“START”位置，机动车启动。

　　2．系统的扩充功能

　　密码钥匙的补配和增配问题一直是个难题，不同的汽车厂有不同的做法，但是都需要返回原厂改配，既耽误时间，费用又高，极不方便。该系统采用独特的密码钥匙配制方式，仅凭一把超级密码钥匙就可以改配原有钥匙，并可增配钥匙，且费用极低，非常方便，其过程如下。

　　（1）用开发的写密码的专用软件PassWordDown通过计算机的串口将超级密码和普通密码传给控制模块，控制模块再将密码写入密码存储器，该密码生效。

　　（2）当再需要配制密码钥匙时，只需使用一次超级密码钥匙，然后将需要配制的密码钥匙插入钥匙孔执行正常启动流程，在启动流程中钥匙的密码被重新配置，需要配几把就操作几把，所有要配的钥匙配制完成后，再使用一次超级密码钥匙，密码钥匙配制流程结束，所配钥匙的权限生效。

　　三、系统的硬件设计与实现

　　（一）系统的硬件

　　该系统的CPU选用AT98C55WD[1]，其非接触识别技术采用的是HITAGTM2[2]技术，密码存储器选用的是HT2DC20S20，该技术利用无线传输和编解码技术实现近距离（小于5cm）的非接触识别。由于信息交互范围小，可使私密信息不容易被窃取。另外，HITAGTM2密码存储器采用双重密码机制，可有效地防止密码的非法复制，提高钥匙的私密性。

　　考虑到机械结构的合理性，把密码存储器安装在钥匙柄上。由于无线信号传输是通过线圈耦合的，因此线圈必须要安装在锁头上。线圈的引线不宜过长，否则会影响到品质因数Q[3]值，这就使得控制器应安装在驾驶室内仪表盘附近，所以控制器体积必须要小以便于安装。系统最终选用封装为SO214的专用集成电路HTRC110[4]，实现超小体积的控制器，使得安装极为方便。

　　（二）系统的电路

　　密码存储器HT2DC20S20是一种棒状的异频雷达收发器，具有256位存储空间，用户可用空间为128位，还有32位的唯一系列码。用该存储器可实现系统的二级密码机制，即首先通过无线信号向存储器发送读写密码，只有在读写密码正确后，该存储器中所存储的系统密码才能被读写，从而使钥匙密码被复制的机率大大降低，提高系统的加密安全性。

　　其技术实现的原理是控制模块通过天线线圈将规约命令字以ASK方式调制到125kHz载波上发射出去，钥匙柄上的密码存储器处在有效场强范围之内，该密码存储器内部集成一个射频电路和一个内置线圈，线圈接收到射频信号后，通过射频电路实现3项功能:电源提取、命令数据提取和数据调制发送。从而使密码存储器实现无源条件下的数据交互。密码存储器将数据调制发送后，控制模块通过天线线圈将信号接收下来，然后经解调获得密码数据，并与控制模块内AT24C02（非失意存储器）中存储的密码数据进行比较，实现系统识别。该项技术可采用的码制为曼彻斯特码（manchester）和双极脉冲码（biphasepulseduration），该系统采用的是曼彻斯特码，该码制解码效率较高，微处理器处理起来比较方便。

　　系统控制模块结构框图见图2。

　　（三）系统的天线设计

　　该系统天线的设计制作是极为关键的，其质量将直接影响系统的通信性能。由于天线要安装在锁头位置，锁头的机械结构及其周围环境空间都制约着天线的设计。天线的设计既要满足空间的要求，又要充分考虑天线线圈的线径、匝数和材料，以保证其电感量、磁通量以及Q值均能满足系统的要求。

　　锁芯对天线线圈的电感量、磁通量都有很大影响；天线线圈的绕制对其质量也有较大影响。天线线圈的电感量和谐振回路的电容应达到谐振，才能得到足够大的射频发射信号。作者经过大量的试验，最终设计出结构合理、性能稳定的天线。天线的电路原理图见图3。

　　当天线电缆长度大于50cm时，附加电阻R2=600～1000Ω；天线线圈的电感量L=300～500μH；Q≈40[5]，不宜太高，否则需要加大附加电阻阻值来将其降低，但在实际中一般通过减小线圈的线径来增大附加电阻。天线的Q值、电感量L和线圈匝数可以根据以下公式计算。

　　式中f为信号频率；RS为等效电阻；D为天线线圈的周长；a为天线线圈的线径；N为天线线圈的匝数；K为天线线圈的几何常数，环形天线时K=1.01；方形天线时K=1.47。

　　四、系统的软件设计与实现

　　该系统的软件由两部分组成:识别控制器软件和上位机的密码钥匙管理软件PassWordDown。

　　（一）识别控制器软件

　　识别控制器软件主要用于控制RF读/写专用芯片HTRC110通过无线方式对HITAGTM2密码存储器HT2DC20S20进行读/写操作，从而实现密码的识别和管理。该部分软件包括串行通信、密码识别、密码读写以及执行机构控制。识别控制器软件的主流程图见图4，读/写密码流程图见图5。

　　（二）密码钥匙管理软件

　　上位机的密码钥匙管理软件PassWordDown主要是通过PC机串口与控制模块通信，控制模块再对密码存储器和AT24C02进行读写操作，从而实现超级密码钥匙和普通密码钥匙配置和增配，达到密码有效管理的目的。

　　五、结论

　　经实践证明，作者设计开发的系统方案安全可靠，经济实用，品质优良，特别是在密码机制和密码管理方面尤为突出，且静态零功耗。该系统已通过两项省级鉴定，并已在重型汽车上使用，效果很好。

　　另外，该系统结构灵活，极易推广，只要改变线圈的结构形式，就可以适应于其他车型。