基于KEELOQ技术的车库门禁系统

基于KEELOQ 技术的车库门禁系统石 云(武汉理工大学自动化学院 湖北武汉 430070)摘 要:介绍了一种基于KEEL OQ 技术的无线车库门禁系统。

利用H CS300产生跳码编码,用P IC16C54进行软件解码。

给出了系统结构框图及硬件电路图,并对跳码产生的原理及软件译码的过程进行了详细描述。

整个系统具有安全性高,成本低廉,使用方便的特点,已在住宅小区车库中得到应用。

关键词:K EELO Q ;加密;跳码;门禁系统中图分类号:V 556.1 文献标识码:B 文章编号:1004-373X (2008)15-144-02A RKE Garage Door System Based on KEELOQ TechnologySH I Yun(Scho ol o f A ut o -co nt ro l Eng i neeri ng,Wuhan Universi t y of Technolog y,Wuhan,430070,China)Abstract :T his art icle intr oduces a R KE gar age do or system based on K EELO Q technolo gy.It uses H CS300to pr oduce ho pping co de,and uses PI C16C54as decoder w ith softw are decryptio n.It also gives structur e of the sy st em and cir cuit of the har dw are,and descr ibes the pr inciple of ho pping code and pr ocess of the so ftwar e decoding.T he w hole system has characteris -t ics o f high secur ity ,low co st and easy to use.It has been used in g arag e doo r at distr ict.Keywords :K EEL OQ ;encode;hopping code;R KE收稿日期:2008-01-041 引 言随着RF 遥控器件的成本在逐年下降,电子式遥控开锁系统比机械式开锁系统更有成本优势,从而导致该市场的进一步扩张,新的应用也在不断涌现,车库门禁系统是其中之一。

传统的安防产品主要采用固定编码集成电路,如PT 2262、PT2272等编解码芯片。

但由于此类编解码芯片的编码长度有限,格式固定不变,十分易于在空中以捕捉电波码字和扫描跟踪等方法破解,只能用于一些对保密安全要求不高的场所。

美国M I -CROCH IP 公司的基于KEELOQ 算法的系列滚动码编码芯片则克服了以上系统的缺点,已成功的应用于各种安防产品中,如闸门、车库、银行、自动防盗报警系统、身份识别、智能IC 卡等领域。

由于在传输代码之前采用了先进的非线性位加密技术,产生具有极高保密性的滚动编码。

每一次发送的代码都是惟一的、不规则的、且不重复,使得任何通过非法捕捉和扫描跟踪等破译手段都化为泡影。

本文介绍了基于KEELOQ 技术的H CS300芯片的编码过程及基于PIC16C54的MCU 解码程序在车库门禁系统中的应用。

2 系统工作原理车库门禁系统的目的是实现遥控无匙门禁技术(RKE),使驾驶员可以通过遥控器的按钮来开关库门,图1为其原理结构图。

系统由遥控编码器及接收解码器组成。

其中遥控器由编码芯片、发射电路组成,附加按键及电池,是袖珍发射装置,可随身携带;接收器由接收电路、解码芯片、控制电路及执行机构组成,执行机构又包括门控电机、声光报警等。

下面分析系统各部分的设计及应用。

图1 遥控门禁系统结构图3 HCS300工作原理3.1 KEELOQ 技术介绍KEELOQ 实际上是一个 ASIC 的特别设计,内含加密及解密技术。

其核心在于KEELOQ 演算法,即一种非线性的推算公式,当输入数据进入这个算法时,其输出对输入而言是惟一的(不重复)结果。

KEELOQ 核心元件由三部分组成:制造商代码(Manfacture s Code),长度为144汽车电子石 云:基于KEELOQ 技术的车库门禁系统64b,由制造商自行决定此代码,这是不可泄露的原始密码,遥控器的制造商代码必须与接收解码器相同;序号(Serial Number),长度为28b,每一编码IC 或遥控器其序号均不相同,用来识别遥控器与接收器之间的关系,即使使用者同时有两支遥控器来控制同一接收器,其序号也不相同;编码密码(Encryption Key),长度为64b,这是利用制造商代码及序号产生64b 的编码密码,这64b 的编码密码会被烧录在HCS300内部的E 2PROM,这64b 的编码密码是用来产生跳码的密码。

3.2 KEELOQ 密码编码过程根据上述编码材料,用M ICROCH IP 提供的编码工具KEELOQ TOOL V2 00即可生成编码密码,如图2所示,然后写入H CS300的E 2PROM 中。

而每当遥控器按键按下时,就会读取按键输入并更新同步计数器,同步码及密码编码等经KEELOQ 算法加密后,产生32b 高度保密的滚动代码。

由于KEELOQ 算法的复杂性和16b 同步码每次传输时都要更新,故每次传输代码都和上一次的代码完全不同,因此这部分被称为跳码(H OPPING CODE)。

这32b 的跳码再结合序列号及按键信息构成的34b 固定码组成66b 发射信息,如图3所示。

图2 加密密钥产生原理图图3 滚动编码产生原理图3.3 编码器应用电路本设计采用M ICROCH IP 公司的H CS300做编码芯片,H CS300内部集成了KEELOQ 算法,带4个按键接口,有15种功能可供使用,使用很简单,只需添加发射电路即可。

典型应用电路如图4所示。

当检测有按键被按下时,H CS300被唤醒。

延时去抖后进行加密运算形成跳码,而完整的编码信息由PWM 端输出(T X)到射频电路发射。

图4 H CS300典型应用电路4 基于PIC 16C 54的解码原理对于跳码编码可用由M ICROCH IP 公司提供的专用解码芯片(如H CS5XX)进行硬件解码,考虑到成本等因素,本系统采用单片机16C54进行软件解码。

系统电路如图5所示。

图中RF 接收器来接收遥控器发射的信号,以PIC16C54进行软件解码,产生S0~S3的控制信号,以便对车库门马达,照明灯具及报警系统进行控制。

图5 接收系统电路为了使发送器,接收器一起工作,发送器首先要被 学习 确认, 学习 确认完成后,解码器将所学的序列号和同步值经加密后存储到E 2PROM 中,解码器需要工厂代码(只有相同工厂代码的发射器才能进行学习),工厂代码通常存储到ROM 中,以提高安全性。

解码器取得系列号之后先与工厂代码结合产生与发射器相同的密钥,并用这一密钥进行解密滚动数据。

解码器接收到一次发送后,立即检查序列号是否已被学习,如果是,则进行解码过程,由生成的密钥对滚动码部分进行解密,用鉴别位来判断解密否有效,如果以上通过,则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。

解码器的基本操作如图6所示。

图中数字表示信息处理次序。

图6 接收系统基本操作(下转第148页)145现代电子技术 2008年第15期总第278期电子技术应用进行。

因此,试验时根据情况选择将发射天线架设在1 5m的高度上);发射信号频率分别设置为3GH z,7GH z和12GH z时,记录接收天线分别架高2 1m,2 5m,3m, 6m(确保收发天线连线穿过输电线中央,根据塔线模型与发射天线的距离进行调整)时频谱仪显示的功率读数;(2)测试有塔无线时对电磁波传播特性的影响保持信号源的输出功率、频谱仪的参数设置和收发天线的位置均不变,将铁塔模型(不架线)分别架设在距发射天线70m,50m,30m和10m处,接收天线对应架设高度分别为2 1m,2 5m,3m,6m高度处,记录频谱仪显示的功率读数;(3)测试有塔有线时对电磁波传播特性的影响保持信号源的输出功率、频谱仪的参数设置和收发天线的位置均不变,在铁塔上将线也架设好,将模型分别设置在距发射天线70m,50m,30m和10m处,记录频谱仪显示的功率读数。

5 结果分析对测试结果进行如下处理:(1)剔除异常数据;(2)将有塔无线和有塔有线情况下的值均与背景值作差,得到衰减量,结果见表1。

将雷达作为分析对象时,由于发射电磁波存在往返过程,因此需要将表中的衰减量乘以2。

由此可得:在试验所设置的条件下,无论是有塔无线还是无塔无线,塔线对信号的衰减量在大部分情况下都超过了3dB;塔线与发射天线之间的距离在超过一定程度时,衰减量的减小渐趋于平缓,这与仿真结果基本上是一致的。

6 结 语依据GJB13618-92即 对空情报雷达站电磁环境防护要求 中的要求:在干扰不可避免的情况下,允许雷达存在5%的距离损失。

由雷达距离方程R max= P t G2 2(4 )3S min知:在只允许发射功率改变,其他参量不变的前提下,这5%的距离损失可等效为允许雷达的发射功率降低0 9dB,而试验结果表明特高压输电线、塔等对信号功率的衰减量大部分情况下在3dB以上,远远超过了允许值。

可见,在雷达天线周围存在高压架空输电线塔线等设施时,须将它们作为电磁遮蔽物对待。

该试验结论在确定雷达对特高压架空输电线的防护间距时具有借鉴和参考价值。

表1 两种情况下对接收信号的衰减量发射频率/GHz塔线距发射天线距离/m有塔无线/dB有塔有线/dB310 2.7-30 2.4 3.2500.7 1.6700.8 1.6710 3.4 4.130- 3.650 3.6 3.570 2.2 3.71210 2.3 2.730 1.6 1.650 1.2 1.570 1.4-参 考 文 献[1][美]N annapaneni Nar ayana R ao.工程电磁学基础[M].6版.周建华,游佰强,译.北京:机械工业出版社,2006.[2][法]奥利维耶 卡赞里特,马小杰.21世纪的缩尺模型[J].水利水电快报,2002,23(4):4-5.[3]汤仕平,陈黎平,顶晓峰,等.舰船缩尺模型预测自动测试系统[J].测控技术,2003,22(2):11-13,27.作者简介 陈京平 男,1979年出生,工程师。

研究方向为电磁防护理论与技术。

(上接第145页)5 结 语该系统综合运用了微机控制技术,无线传输技术,数据加密技术,设计了一种成本低廉,性能可靠,安全性高的车库门禁系统,得到了广大车主的认可。