摘 要：介紹了一種基于KEELOQ技術(shù)的無(wú)線車(chē)庫(kù)門(mén)禁系統(tǒng)。利用HCS300產(chǎn)生跳碼編碼，用PIC16C54進(jìn)行軟件解碼。給出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖及硬件電路圖，并對(duì)跳碼產(chǎn)生的原理及軟件譯碼的過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)描述。整個(gè)系統(tǒng)具有安全性高，成本低廉，使用方便的特點(diǎn)，已在住宅小區(qū)車(chē)庫(kù)中得到應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：KEELOQ；加密；跳碼；門(mén)禁系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：V556.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1004373X(2008)1514402

A RKE Garage Door System Based on KEELOQ Technology

SHI Yun

(School of Auto-control Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan，430070，China)

Abstract：This article introduces a RKE garage door system based on KEELOQ technology.It uses HCS300 to produce hopping code，and uses PIC16C54 as decoder with software decryption.It also gives structure of the system and circuit of the hardware，and describes the principle of hopping code and process of the software decoding.The whole system has characteristics of high security，low cost and easy to use.It has been used in garage door at district.

Keywords：KEELOQ；encode；hopping code；RKE

1 引 言

隨著RF遙控器件的成本在逐年下降，電子式遙控開(kāi)鎖系統(tǒng)比機(jī)械式開(kāi)鎖系統(tǒng)更有成本優(yōu)勢(shì)，從而導(dǎo)致該市場(chǎng)的進(jìn)一步擴(kuò)張，新的應(yīng)用也在不斷涌現(xiàn)，車(chē)庫(kù)門(mén)禁系統(tǒng)是其中之一。傳統(tǒng)的安防產(chǎn)品主要采用固定編碼集成電路，如PT2262、PT2272等編解碼芯片。但由于此類(lèi)編解碼芯片的編碼長(zhǎng)度有限，格式固定不變，十分易于在空中以捕捉電波碼字和掃描跟蹤等方法破解，只能用于一些對(duì)保密安全要求不高的場(chǎng)所。美國(guó)MICROCHIP公司的基于KEELOQ算法的系列滾動(dòng)碼編碼芯片則克服了以上系統(tǒng)的缺點(diǎn)，已成功的應(yīng)用于各種安防產(chǎn)品中，如閘門(mén)、車(chē)庫(kù)、銀行、自動(dòng)防盜報(bào)警系統(tǒng)、身份識(shí)別、智能IC卡等領(lǐng)域。由于在傳輸代碼之前采用了先進(jìn)的非線性位加密技術(shù)，產(chǎn)生具有極高保密性的滾動(dòng)編碼。每一次發(fā)送的代碼都是惟一的、不規(guī)則的、且不重復(fù)，使得任何通過(guò)非法捕捉和掃描跟蹤等破譯手段都化為泡影。本文介紹了基于KEELOQ技術(shù)的HCS300芯片的編碼過(guò)程及基于PIC16C54的MCU解碼程序在車(chē)庫(kù)門(mén)禁系統(tǒng)中的應(yīng)用。

2 系統(tǒng)工作原理

車(chē)庫(kù)門(mén)禁系統(tǒng)的目的是實(shí)現(xiàn)遙控?zé)o匙門(mén)禁技術(shù)(RKE)，使駕駛員可以通過(guò)遙控器的按鈕來(lái)開(kāi)關(guān)庫(kù)門(mén)，圖1為其原理結(jié)構(gòu)圖。系統(tǒng)由遙控編碼器及接收解碼器組成。其中遙控器由編碼芯片、發(fā)射電路組成，附加按鍵及電池，是袖珍發(fā)射裝置，可隨身攜帶；接收器由接收電路、解碼芯片、控制電路及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，執(zhí)行機(jī)構(gòu)又包括門(mén)控電機(jī)、聲光報(bào)警等。下面分析系統(tǒng)各部分的設(shè)計(jì)及應(yīng)用。

3 HCS300工作原理

3.1 KEELOQ技術(shù)介紹

KEELOQ實(shí)際上是一個(gè)“ASIC”的特別設(shè)計(jì)，內(nèi)含加密及解密技術(shù)。其核心在于KEELOQ演算法，即一種非線性的推算公式，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)入這個(gè)算法時(shí)，其輸出對(duì)輸入而言是惟一的(不重復(fù))結(jié)果。KEELOQ核心元件由三部分組成: 制造商代碼(Manfacture′s Code)，長(zhǎng)度為64 b，由制造商自行決定此代碼，這是不可泄露的原始密碼，遙控器的制造商代碼必須與接收解碼器相同；序號(hào)(Serial Number)，長(zhǎng)度為28 b，每一編碼IC 或遙控器其序號(hào)均不相同，用來(lái)識(shí)別遙控器與接收器之間的關(guān)系，即使使用者同時(shí)有兩支遙控器來(lái)控制同一接收器，其序號(hào)也不相同；編碼密碼(Encryption Key)，長(zhǎng)度為64 b，這是利用制造商代碼及序號(hào)產(chǎn)生64 b的編碼密碼，這64 b的編碼密碼會(huì)被燒錄在HCS300內(nèi)部的E2PROM，這64 b的編碼密碼是用來(lái)產(chǎn)生跳碼的密碼。

3.2 KEELOQ密碼編碼過(guò)程

根據(jù)上述編碼材料，用MICROCHIP提供的編碼工具KEELOQ TOOL V2.00即可生成編碼密碼，如圖2所示，然后寫(xiě)入HCS300的E2PROM中。而每當(dāng)遙控器按鍵按下時(shí)，就會(huì)讀取按鍵輸入并更新同步計(jì)數(shù)器，同步碼及密碼編碼等經(jīng)KEELOQ算法加密后，產(chǎn)生32 b高度保密的滾動(dòng)代碼。由于KEELOQ算法的復(fù)雜性和16 b同步碼每次傳輸時(shí)都要更新，故每次傳輸代碼都和上一次的代碼完全不同，因此這部分被稱為跳碼(HOPPING CODE)。這32 b的跳碼再結(jié)合序列號(hào)及按鍵信息構(gòu)成的34 b固定碼組成66 b發(fā)射信息，如圖3所示。

3.3 編碼器應(yīng)用電路

本設(shè)計(jì)采用MICROCHIP公司的HCS300做編碼芯片，HCS300內(nèi)部集成了KEELOQ算法，帶4個(gè)按鍵接口，有15種功能可供使用，使用很簡(jiǎn)單，只需添加發(fā)射電路即可。典型應(yīng)用電路如圖4所示。當(dāng)檢測(cè)有按鍵被按下時(shí)，HCS300被喚醒。延時(shí)去抖后進(jìn)行加密運(yùn)算形成跳碼，而完整的編碼信息由PWM端輸出(TX)到射頻電路發(fā)射。

4 基于PIC16C54的解碼原理

對(duì)于跳碼編碼可用由MICROCHIP公司提供的專用解碼芯片(如HCS5XX)進(jìn)行硬件解碼，考慮到成本等因素，本系統(tǒng)采用單片機(jī)16C54進(jìn)行軟件解碼。系統(tǒng)電路如圖5所示。圖中RF接收器來(lái)接收遙控器發(fā)射的信號(hào)，以PIC16C54進(jìn)行軟件解碼，產(chǎn)生S0~S3的控制信號(hào)，以便對(duì)車(chē)庫(kù)門(mén)馬達(dá)，照明燈具及報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行控制。

為了使發(fā)送器，接收器一起工作，發(fā)送器首先要被“學(xué)習(xí)”確認(rèn)，“學(xué)習(xí)”確認(rèn)完成后，解碼器將所學(xué)的序列號(hào)和同步值經(jīng)加密后存儲(chǔ)到E2PROM中，解碼器需要工廠代碼(只有相同工廠代碼的發(fā)射器才能進(jìn)行學(xué)習(xí))，工廠代碼通常存儲(chǔ)到ROM中，以提高安全性。解碼器取得系列號(hào)之后先與工廠代碼結(jié)合產(chǎn)生與發(fā)射器相同的密鑰，并用這一密鑰進(jìn)行解密滾動(dòng)數(shù)據(jù)。解碼器接收到一次發(fā)送后，立即檢查序列號(hào)是否已被學(xué)習(xí)，如果是，則進(jìn)行解碼過(guò)程，由生成的密鑰對(duì)滾動(dòng)碼部分進(jìn)行解密，用鑒別位來(lái)判斷解密否有效，如果以上通過(guò)，則檢查同步計(jì)數(shù)器是否匹配，在確認(rèn)其匹配后，再去處理接收到的按鍵信號(hào)指令。解碼器的基本操作如圖6所示。圖中數(shù)字表示信息處理次序。

5 結(jié) 語(yǔ)

該系統(tǒng)綜合運(yùn)用了微機(jī)控制技術(shù)，無(wú)線傳輸技術(shù)，數(shù)據(jù)加密技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種成本低廉，性能可靠，安全性高的車(chē)庫(kù)門(mén)禁系統(tǒng)，得到了廣大車(chē)主的認(rèn)可。實(shí)際使用時(shí)還可通過(guò)增加硬件及軟件，提升系統(tǒng)功能，使其可以滿足更廣泛的要求。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］TB003 An Introduction to KEELOQ Code Hopping.Microchip Crop.

［2］TB001 Secure Learning RKE System Using KEELOQ Encoder.Microchip Crop.

［3］AN661 Code Hopping Decoder Using PIC16C56.Microchip Crop.

［4］AN663 Simple Code Hopping Decoder。Microchip Crop.

作者簡(jiǎn)介 石 云 男，講師，碩士。研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)及應(yīng)用。