2020(Sum. No 215)
2020年第11期(总第215期)
信息通信
INFORMATION & COMMUNICATIONS
王英男
(江苏海洋大学海洋技术与测绘学院，江苏连云港222000)
摘要：汽车防盗门控系统是汽车安全的保障，传统的遥控门禁系统已经无法满足广大用户的需求，免持式被动无钥匙门禁 系统正迅速成为汽车远程无钥匙门禁应用的主流。该设计在硬件设计中芯片选择了 STM32F103.2.4G 无线通讯模块使用
设计、RFID 射频读卡器模块使用设计、电源电路设计。软件设计详述了 SPI 总线和CAN 总线通讯协议、滚码加密方案设
计、2.4G 通讯模块驱动、RFID 射频模块驱动。实现了较远距离有效通讯，有效通过遥控器对汽车进行开锁操作，通讯过程
中使用滚码加密的方式，使系统具有安全性、保密性，使用RFID 射频方式近距离识别遥控，遥控在车身附近，执行开门动作。 关键词：门禁系统;STM32主控；RFID ； NRF24L0；滚码加密
中图分类号:TN918.4
文献标识码:A 文章编号：1673-1131(2020)11-0114-03
Automobile remote control keyless access control system application design
Wang,^ngNan
(Jiangsu Ocean University, College of Marine Technology and Surveying and Mapping Lianyungang, 222000,China) Abstract: Car security door control system is the security of the car, the traditional remote control access control system has
been unable to meet the needs of t he majority of u sers, hands-free passive keyless access control system is rapidly becoming the mainstream of remote keyless access control applicatio
n in cars. In the hardware design, STM32F103,2.4g wireless communi cation module, RFID radio frequency card reader module and power circuit are selected. The software design details SPI and
CAN bus communication protocols, roll code encryption scheme design, 2.4g communication module driver, RFID rf module driver. Effective communication is realized over a long distance. The lock is unlocked effectively through the remote control.
Rolling code encryption is used in the communication process to make the system secure and confidential.
Key words: access control system; STM32 master; RFID; NRF24L0; Rolling code encryption
0引言
随着无线射频技术的发展和应用，特别是遥控技术和微
控制技术m 的结合，使得汽车电子技术越来越趋于自动化、智
能化和人性化。
在汽车电子方面，国外起步比较早，对被动门禁系统的研 究和开发也比较成熟。各大半导体公司根据自己的芯片的特
点，设计了各种专门的芯片，并且提供了各自的被动门禁系统
的解决方案。国内汽车电子的起步比较晚，被动门禁系统的技
术也相对不成熟，目前国内该系统还没有大规模的装车使用。
本设计在汽车装配有PKE 智能钥匙闵系统的情况下，车主
只要靠近汽车或者轻碰一下汽车门，车门就能自动打开。PKE
智能钥匙系统是汽车智能化、信息化、电子化的具体体现，提
高了汽车整体的安全性、可靠性、舒适性，具有极佳的应用市
收稿日期:2020-10-07
作者简介：王英男(1995-)，女，硕士研究生，主要研究方向：海洋空间信息技术。
3结语
系统主要釆用Java 语言和phony 语言进行代码编写，
这两种主流语言为学生综合服务系统后期的维护和扩展起 到了保障的作用。本文首先分析了高校学生在校期间可能 会遇到和使用的服务系统功能，从实用性和便捷性的角度出
发，首先对学生综合服务系统优化的必要性进行阐述，然后
简要描述了系统的优化和设计原则，最后阐述系统的技术和
过程。
面向髙校学生的综合服务平台的优化和探讨必定会加快
推进智能校园的建设进程，优化的学生服务系统会使高校学
生的在校生活和学习更加方便、快捷、高效，丰富高校学生的汽车折叠钥匙
在校生活。学校智能化的建设不能一蹴而就，需要学校的各
个方面都积极参与，学生综合服务系统的建设也不是一项一
劳永逸的工作，随着时代的进步和发展各种新技术层出不穷， 校园学生服务系统的建设需要应用这些技术完善和发展，只
有通过不断地完善才能使学生综合服务系统更好地为当代的
大学生服务。
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场前景和巨大的潜在经济效益。
1系统方案设计
汽车无钥匙门禁系统分为两部分。第一部分是接受遥控
信号的车载系统部分。如图1所示为汽车遥控无钥匙门禁系 统车载系统部分框架图。
汽车遥控无钥匙门禁系统第二部分是发送控制信号的遥
控部分。如图2所示为汽车无钥匙门禁系统遥控部分框架图。
2系统硬件设计
2.1主控电路设计
图1汽车遥控无钥匙门禁系统车载系统部分框架图
图2汽车无钥匙门禁系统遥控部分框架图
2.1.1主控器件的选择
本设计采用的单片机为STM32F103C8T6m ，该单片机是
ST 公司所研发的32位高性能MCU，最大寻址空间为4GB, 内核为ARM 公司的Cortex-M3，采用独立编址，即它的功能寄 存器与FLASH 、RAM 采用统一编址。
2.1.2时钟电路
STM32F103C8T6单片机内嵌了出厂前调校的8MHzRC 振荡电路叫但此震荡电路不够精确，需要外接8M 晶振来得到
较为可靠的时钟频率。单片机的时钟电路可以为单片机提供 准确的运行时钟，是系统稳定运行的保障。
2.1.3菱位电路
STM32F103C8T6单片机复位电路在没有按下按键时由 于引脚上拉电阻R11存在，RESET 引脚是高电平，按下按键 后，电流流经电阻，由于电阻的分压作用RESET 引脚变为的
低电平，使得单片机复位。
2.2通信模块
NRF24L01无线通讯模块与SPI 接口。NRF24L01是_ 款新型单片射频收发器件，是当今市面上使用广泛的无线通
讯芯片。NRF24L01模块与单片机的通讯协议为SPI 协议。
在设计过程对NRF24L01的有效传输距离进行了实验，其在
10m 范围内可稳定传输数据，符合本系统的设计要求。
2.3电源模块
STM32F103C8T6的正常工作电压为3.3V，故在电路设计 中添加了两个直流降压稳压芯片，其中LM2596-5V 将12V 电
压转换为5V 来保证传感器的正常使用,AMS1117-3.3V 将5V
降压至3.3V 来保证,STM32F103C8TT6主控芯片的正常使用。
2.4 LED 模拟电路
考虑硬件成本，没有实际使用车辆用于开关门检测，而是
在PCB 板设计LED 灯来模拟门禁系统的工作状态，以及当前
门的开关情况,LED 电路作为一种重要的指示电路，在实际中
应用广泛。本设计包含了三个LED，分别串联了三个4.7K 的
电阻，电阻主要作用是限流，防止电流过大，烧坏二极管LED 。
2.5 ST_LINK 下载模块接口
ST^LINK 接口是ARM 公司为其ARM 内核芯片开发的 专用单片机下载程序接口，包含SWCLK, SWDIO, RESET 三
个引脚，分别是叫下载时钟线，串行下载数据线和复位线。
2.6 RFID 射频识别
RF1D 射频识别是一种近场通讯技术，通过RFID 读卡器 可在短距离内识别RFID 标签，并对目标进行读取信息和写入 数据等操作。RFID 技术识别附着于目标物的RFID 标签需使 用专用的RFID 读写器，利用频率信号使RFID 标签能够感应
出足够的能量将传送至RHD 读写器。
2.7 CAN 总线通讯电路
CAN 是一种使用广泛的现场总线。人们普遍认可CAN 总线的高性能和可靠性，被广泛地应用在工业设备、医疗设备、
汽车产品等众多方面。STM32F103芯片内部集成了硬件CAN
总线控制器，通过配置该控制器即正常使用CAN 总线协议与 外部设备进行通讯叫
3系统软件设计
在遥控部分上需要实现的功能主要是检测遥控上的所有 按键，记录下当前按键的键值，将键值进行滾码加密之后通过
2.4G 通讯閃发送给车载模块段。选择用LED 灯的亮灭来代表
车门的开门和关门状态。汽车无钥匙门禁系统软件设计流程
图如图3所示。
图3汽车无钥匙门禁系统软件设计流程图
3.1低功耗模式
当今大部分单片机都拥有低功耗模式,STM32F103系列㈣ 单片同样也具有低功耗模式。在本设计中遥控器作为便携器
件只能使用体积很小的锂电池供电，在这种情况下通过降低
单片机的功耗来延长电池的续航时间是非常有必要的。
3.2滚码加密
滚动码加密汕目前主要用于RKE(Remote Katess Entry)系
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统中进行身份验证。滚动码加密在中高档车安全防盗系统中使
用广泛。Microchip提出的较为复杂的非线性算法KEELOQ®1，其每次传输的数据都是唯一的，难以破译。
3.3NRF24L01通讯模块驱动
选用的2.4G通信模块1121为NRF24L01，此模块与MCU
的通信方式为SPI通讯协议。此模块与单片机共有6根线相
连接，三根为SPI通信线，分别为时钟线、MOSI、MISO，另外
还有该模块的片选线CS阿，用于开启发送的信号线CE以及
中断请求线IRQ。其中中断请求线为单片机输入需要设置为
上拉输入模式,CS和CE设置为推完输出模式。另外三个SPI
通信线要连接到硬件SPI外设，需要将其设定为推完复用输
出模式。在此驱动中SPI配置程序的编写是重要内容。本设
计中使用到的是硬件SPI，配置SPI通信主要需要设置以下几项内容。
3.4RFID驱动程序
本设计中釆用的以RC522芯片開为解决方案的射频读卡
器模块同样支持SPI通讯协议其配置方法NRF24L01的SPI配
置方式大致相同，只是使用了SPI2的通信端口。在初始化之后便可与读卡器建立连接，将其配置为寻卡模式，此模块就会搜寻周围感应区所有符合14443A标准冋的卡，搜索到卡片之后将会的到卡片类型的信息，判断其是否为需要寻的卡片类型。
4系统测试
4.1硬件测试
硬件测试是在电路板焊接时就要展开的，特别是在焊接电源模块时，每焊接好一个模块就要测量这个模块的输出电压是否正常。
4.1.1电源模块测试
电源模块需要分段焊接，将整个电源部分分为5V稳压部
分以及3.3V稳压部分，每焊接好一部分电压值都需要检测一
次。焊接完成电源模块时，测量输入电压是否为12V，并且确
保电源转换电路输出的电压为5V和3.3V.测试电源模块时出现电容发烫，电源指示灯闪烁的现象，经多次测试和实验发现是其中的电感方向焊接错误。
4.1.2NRF24L01模块测试
在测试之前要焊好最小系统板，让主控能够下载程序独
立运行，在编写好可简单重复发送同一内容的程序后将程序下载到板子，然后利用以前测试好的板子进行通讯实验。在测试过程中要注意的问题是一定将发射与接收的地址进行匹配。否则的话就会产生通讯不正常的情况。
4.1.3RFID模块测试RFID模块测试
与2.4G通讯模块的测试方法类似，最好是先在开发板上测试模块是否能只能正常工作，直接在自己设计的电路板上测试，出现问题不能有效排除问题产生的原因。
4.1.4控测试
测试本设计中的遥控部分，首先接通遥控板上的电池开关。检查LED指示灯，可以知道单片机是否已经在正常工作。检测过单片机的供电电压，确保其在正常工作后，尝试按下功能键，观察遥控器上的LED灯部分是否有变化，显示出当前所按下的键，如果LED灯能够正常显示其键值，则说明单片机已经能够正常工作，遥控的硬件部分没有问题可以进行下一步。
4.1.5车载模块测试
车载模块由外接电源供电，上电后需首先检查3.3V稳压电源电路是否工作正常，如果电源工作不正常会造成包括单片机在内的芯片损坏。如发现VCC与GND呈现短路情况，很有可能是因为芯片已经损坏，可直接将芯片吹下，更换新的芯片即可解决问题。
4.2软件测试
将遥控和车载模块部分电源开启，烧录好编译成功的代码，对遥控性能以及RFID识别卡片性能进行功能测试。对RFID的测试主要是测试其识别卡片的速度以及稳定性，是否会识别错误的卡片却打开车门。
4.2.1遥控通讯性能测试
手持遥控器在周围走动，按下开启车门与关闭车门的功能键，观察车载模块的相应情况。
4.2.2车载模块RFID识别测试
准备5张相同的S50型卡片，将其中一张卡片的ID号存入到单片机的FLASH中，作为可以有效开启车门的正确卡片=发送命令让RFID读取卡片的ID号码，经过多次重复试验的出结论。RFID识别效果稳定、准确，在测试中未出现识别错误的情况，在识别到录入过的卡片后能够正确开启车门，实现了系统预设的各项功能。
5结语
本设计最终设计出了遥控无钥匙门禁系统，实现了人靠近车时，车门自动打开的功能。满足系统设计的各部分功能要求。参考文献：
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