一种带报警功能的车锁控制装置研究

    罗阳君　赵梓君　袁东　毛朝江

    

    

    

    摘要：为了解决汽车由于被遥控钥匙发射的无线电波干扰，致使不能正常锁定的问题，文章通过比较利用无线收发装置和延时继电器控制车锁以及利用无线收发装置和单片机控制车锁两种方案，研究了一种带报警功能的车锁控制装置。其中文章重点研究了基于nRF24IJEl的带报警功能的汽车车锁控制方法，利用位于车锁锁孔的压力感应开关状况，反馈锁车信号到钥匙端扬声器，提醒司机车锁是否锁好，以提高汽车安全性。

    关键词：无线收发装置；单片机；压力开关；nRF24LEl

    近年来，由于汽车遥控钥匙使用方便，所以大部分汽车都采用了这种锁车方式。现有的汽车大都采用的是遥控无钥匙进入系统，遥控钥匙的按钮控制无线收发模块发送“关门”或“开门”信号，汽车端的对应模块接收信号并解调，当钥匙发出的代码成功匹配车锁无线代码，则驱动车锁进行相应操作。当汽车在锁定过程中，如果对钥匙发射的无线信号外加更强的电磁干扰，汽车车锁就不能正常锁定，而此时车主却没有及时发现。

    本设计以现有的汽车锁门提示系统的缺陷为研究背景，对比了基于用延时继电器以及nRF24LEl模块，实现一种带报警装置的汽车车锁控制装置。该装置在车锁锁孔底部安装压力感应开关，通过无线收发模块反馈锁车状况到钥匙端扬声器提醒车主，避免不法分子在车主锁车过程中，潜伏在四周使用更强的同频段电波干扰汽车正常锁定，而车主没有及时发现锁门异常，被不法分子盗窃财物，蒙受经济损失。

    1.一种带报警装置的汽车车锁控制装置及控制方法原理探究

    1.1技术方案设计

    目前现有的汽车干扰器主要有3种工作方式：（1）利用干扰器发出用同频段较强信号干扰遥控钥匙对汽车的正常锁定。（2）利用干扰器发出经过精心编码的信号，随机打开可以开锁的汽车。（3）通过接收器复制车主的车钥匙使用时的工作信号，经过软件的分析解码，进行复制开锁。鉴于第二种方法的成功概率较小，第三种方式不法分子的作案成本较高，同时需要有相关的专业知识，因此方式一由于作案成本低廉，技术门槛几乎为零，成为不法分子盗窃的最主要手段。针对这种情况，笔者根据两种不同方案的优点研究了一种带报警装置的汽车车锁控制装置。

    方案一：利用无线收发装置和延时继电器。

    一种带报警功能的汽车车锁，由遥控钥匙及车锁触发装置、遥控钥匙由纽扣电池、无线信号发射器、延时断开继电器、无线接收器、扬声器、位于结点处的延时闭合选择开关组成。无线接收器与扬声器所在支路并联，延时闭合选择开关位于两条支路的结点处。车锁触发装置包括电源，压力感应开关，及无线信号收发模块。压力感应开关位于汽车锁孔的底部。

    其控制流程如图1所示。车主通过同时按下遥控钥匙的按钮A，B，按钮A控制延时断开继电器内部电路的导通，使常开延时断开触点闭合，从而立刻闭合报警装置的干路。按钮B使无线信号发射器发射相关信号给汽车的接收装置进而控制汽车车锁锁定。间隔1-2秒重复按下按钮A，断开控制延时断开继电器内部电路，常开延时断开触点延迟3～5秒断开。当汽车车锁正常锁定时，触发位于汽车车锁锁孔底部的压力感应开关闭合，从而使车锁触发装置电路导通。汽车端无线收发模块发射相应信号给位于遥控钥匙中的无线接收器，无线接收器接收到信号后控制位于结点处的延时闭合选择开关导通无线接收器所在支路。此时喇叭所在支路断开，不会发出警报；当车锁在接受无线信号发射器发出的信号后没有正常锁定时，触发装置开路，汽车端无线收发模块不发出信号给钥匙端无线接收器，延时闭合选择开关导通喇叭所在支路，喇叭发出警报。此时无线接收器所在支路处于开路，从而达到提醒司机车门没有锁好的目的，保证车内财产安全。

    虽然利用延时继电器与无线收发装置可以达到遥控钥匙受到干扰没有正常锁定时扬声器报警的效果。但不可否认的是，在实验测试阶段该装置及控制方法的缺点显而易见。

    （1）可行性较低。需要先后按下遥控钥匙的按钮A和B，控制方法较为繁琐。

    （2）控制电路较为复杂。延时断开触点与位于结点处的延时闭合选择开关配合要求较高，为了达到预期效果，需要反复调试电路。

    （3）智能性较差。由于没有使用集成芯片，不可以进行程序的更新升级，没有拓展附加功能的空间。

    方案二：利用无线收发装置和单片机。

    一种带报警装置的汽车车锁控制装置，由遥控钥匙和车锁触发装置组成。遥控钥匙包括钥匙端无线收发模块，钥匙端无线收发模块由钥匙端单片机控制器控制，钥匙端单片机控制器与钥匙端蜂鸣器串联，车锁钥匙按键触发钥匙端单片机控制器工作。车锁触发装置包括压力感应开关，压力感应开关与汽车端单片机控制器导线连接，汽车端单片机控制器与汽车端无线收发模块导线连接，汽车端无线收发模块与钥匙端无线收发模块无线连接。为了检测锁车状况并反馈到钥匙端，汽车锁孔底部配置了压力感应开关。汽车端单片机控制器与车锁控制端连接。手机终端与钥匙端无线收发模块可通过无线连接。

    图2为该带报警装置的汽车车锁控制装置的结构示意图。其具体的使用方法步骤如下。

    （1）车主按下车锁钥匙按键，汽车开始锁门；（2）车锁钥匙按键信号送至钥匙端单片机控制器；（3）安装在汽车车锁锁孔底部的压力感应开关碰触到车锁，则发出信号至汽车端单片机控制器并通过汽车端无线收发模块将信号送至钥匙端单片机控制器；（4）钥匙端单片机控制器接收到信号则说明车门锁紧；（5）钥匙端单片机控制器在车主按下车锁钥匙按键后没有接收到信号则发出报警信息，所述的单片机控制器在车主按下车锁钥匙按键后没有接收到信号则发出报警信息，是在车主按下车锁钥匙按键后3-5s后没有接收到信号才发出报警信息。

    在利用单片机进行电路控制以后，相比于傳统的汽车遥控钥匙控制，其特点也是很突出的。

    （a）对原有的汽车电路改动小。汽车端单片机控制器与车锁控制端连接，可通过本设计将锁车信号和开锁信号发送至现有技术的车锁控制端对车辆进行锁车或开锁。

    （b）避免不法分子通过复制钥匙开锁信号，克隆遥控钥匙进行盗窃。手机终端与钥匙端无线收发模块无线连接，可通过钥匙端无线收发模块与手机终端连接，通过手机设定汽车与手机间距离控制，只有当车主拿着遥控钥匙和手机同时在一定距离内，才可以打开遥控打开汽车，防止不法分子伪造电子钥匙打开汽车。

    1.2技术方案选择

    通过比较上述两种方案，可以看出利用无线收发装置和单片机来设计车锁及其控制方法具有以下优势。

    （a）所有元器件更少，操作更加简单。相比于用延时继电器控制电路时开锁的繁琐，使用单片机來控制扬声器时，遥控钥匙的使用“一键到位”。

    （b）调试过程相对容易。在实验测试阶段，利用单片机控制时，只需要通过程序设定相关的参数，简单调试即可正常工作。

    方案二可以进行程序设置，将手机终端与钥匙端无线收发模块无线连接，通过手机设定汽车与手机间距离控制，只有当车主拿着遥控钥匙和手机同时在一定距离内，才可以打开遥控打开汽车，提高安全系数。

    2.硬件组成及功能

    为了使遥控钥匙更加精巧，同时考虑到降低成本，本设计采用具有收发模块功能的单片机芯片，在遥控钥匙和汽车控制端分别安装一片nRF24LEl，实现钥匙端喇叭控制及汽车端的车锁控制和无线收发功能。通过钥匙的按钮触发控制模块，调节nRF24LEl，达到无线收发及控制扬声器的功能。汽车端nRF24LEl接收钥匙发出的无线信号，并控制车锁的打开和关闭，位于锁孔底部的压力感应开关反馈锁车信号给汽车端nRF24LEl。

    2.1nRF24LEl芯片简介

    nRF24LEl：]Z2008年推出，采用了北欧集成电路公司最新无线以及超低功耗技术，nRF24LEl采用的内嵌协议引擎的2，4GHz GFsmR发器与nRF24L01+是一样的，非常理想地组合了各类芯片，性能优良，成本低廉。nRF24LEl包括增强型51Flash高速单片机，ISM频段为2AGHz的无线传输，具有丰富外设及接口的单片Flash芯片，是世界上最小、集成度最高的单片超低功耗2.4G射频系统芯片，广泛应用于机顶盒控制、遥控玩具、工业控制、科学研究以及医学救助等领域11l。

    2.2结构原理

    nRF24LEl模块部分是本装置及控制方法的核心。汽车端和钥匙端均用电容和电阻组合作为天线使用。汽车端主要由nRF24LEl，车锁控制装置，位于锁孔底部的压力感应开关组成。通过遥控钥匙中的nRF24LEl发送锁车或开锁信息时，增强型8051 MCU通过一个专用的片上SPI接口访问寄存器，控制信息传送给射频收发器模块。射频收发器模块通过Enhanced ShockBurst模式传送信号到汽车端无线收发模块，内嵌的协议引擎促使操作模式多样化，可以使用手动操作，也可以其使用其他操作模式。车锁部分的无线模块接收到此信息，通过专用的片上SPI接口传送给增强型8051MCU获取控制信息，调节车锁的控制电路，汽车车锁实现“关门”或“开门”。然后将位于锁孔底部的压力开关情况通过无线收发模块反馈到遥控钥匙端，遥控钥匙的无线收发模块接收到反馈信息后，有两种工作模式。

    （1）配合现有的锁门提示系统工作：如果汽车灯光闪烁，同时钥匙端扬声器没有报警，车主就能判断车门已经锁好。双重安全锁门提示系统，极大程度避免由于一端提示系统出现故障而导致车主出现锁门误判。

    （2）单独安装，作为汽车锁门提示系统，只有在没有正常锁定时钥匙端扬声器才报警，相比于传统的每次正常锁定时汽车端都声光提示，具有一定的节能效果。

    2.3工作模式选择

    MCU接通SPI接口，通过设置可以访问寄存器，配置CONFIG寄存器可把nRF4LEl配置为发射、接收、待机及掉

    待机模式1时，PWR-UP=I，PFCE=0，在实际应用中是为了降低电流，减少电能损耗，延长电池使用寿命。为了保证系统正常运行，晶体振荡器会继续工作。待机模式2YTx FIFO为空，PWR-UP=I，PRIM-RX=0，PFCE=I。当处于待机模式时，nRF24LEl保存所有的配置字。掉电模式TpwR-UP=0，但是所有配置寄存器的值仍然保留。nRF24LEl收发模式有Shock-BurstTM收发模式和Enhanced ShockBurstTM收发模式两种，收发模式由器件配置字决定，对应的数据包格式也有两种，采用Enhanced ShockBurstTM收发模式，其数据包格式如表2所示。

    3.结语

    本文通过比较利用无线收发装置和延时继电器以及利用无线收发装置和单片机两种方案，重点研究了基于nRF24LEl芯片的带报警装置的汽车车锁控制装置及控制方法，探究其在汽车安全性领域的应用。通过实验对比，该装置元件成本低廉、功耗低，具有125个频点自动调频，正常工作时，电流只有9mA。在实际使用时，将手机终端与钥匙端无线收发模块无线连接，通过手机设定汽车与手机间距离控制，只有当车主拿着遥控钥匙和手机同时在一定距离内，才可以打开遥控打开汽车，极大地提高了锁车的安全系数。