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1、基于多种通信方式的密码锁系统设计伴随着短距离无线通信技术和嵌入式系统技术的发展,无线电子密码锁成为人们保护私有财产的新宠。越来越多的车辆防盗系统、安防门禁等系统采用安全便捷的无线遥控电子密码锁。基于无线通信技术和嵌入式系统技术,本课题设计并实现了一款安全性能良好的无线密码锁。首先,本课题探讨了嵌入式系统设计的一般原则,以及常见的短距离无线通信技术。随后,分析了无线密码锁的两种方案主动式开锁系统和被动式开锁系统,并选取主动式开锁系统作为系统方案。同时,本论文讨论了总体方案中的功能设计以及设计要点。其次,本论文设计了系统硬件电路。系统电路分为钥匙电路和锁体电路。钥匙是发送端,而锁是接收端。钥匙主体
2、电路由低功耗的单片机和射频发射芯片组成。锁体电路主要由单片机和射频接收芯片组成。最后,设计并实现了系统软件。系统软件是基于微控制器编写的通信程序。软件的核心是鉴权算法,它要抵抗各种常见攻击。这里采用先进的跳码技术,可有效防范常见的“拷贝重发”和“扫描式”等入侵方式。跳码算法多用专用集成电路芯片硬件实现,这需要付出高昂的专利使用费。本课题在开源代码的基础上用软件实现跳码算法,避免了专利使用费,同时对开源代码进行移植和优化,使该算法更加易于集成到各种安全系统中。1 绪论1.1电子锁的结构什么是电子锁,即以电子线路作为中枢控制机构,以电磁铁或微型电机驱动的锁体作为执行机构的机电一体化安全装置。电子锁
3、的一般结构如图1-1所示：图1-1 电子锁的一般结构电子锁系统由电路控制部分和机械执行机构两部分构成。下而简要介绍各部分功能：（1）输入：输入的方式根据电子锁的具体结构有所不同,有和锁体结合在一起的小键盘,也有锁和钥匙分离的电子钥匙如磁卡,遥控钥匙等。（2）解码器：为保证数据的保密性,输入的数据常常为加密后的密文,因此常需要对输入进行解码。（3）抗干扰电路：为了抑制外界干扰,防止电子锁自行误动作设置的,从而提高了电子锁的可靠性和安全性。（4）显示和报警：用于显示鉴权结果、执行情沉和报警,是电子锁的功能扩展。（5）固态存储单元：固态存储单元是非挥发性的存储器等,它存储着系统重要的参数,多为鉴权所
4、需重要信息,如密码,用户信息等。（6）驱动电路：驱动电路是控制电路与执行机构的接口电路。因为执行机构多由电磁铁或马达作为动力源,所以控制电路要提供合适的信号控制电磁铁或马达。（7）鉴权：鉴权模块根据鉴权算法判断输入是否合法,并做出一系列的动作,如显示、报警、驱动执行机构。（8）电源：电源模块对电路控制部分和机械执行机构均不可或缺,理想的电源是电子锁持续正常工作的基础。1.2电子锁的发展现状与前景锁从遥远的古代走来,在电气时代来临前,各种机械式锁具成为人们保护财产,防范入侵的重要助手。在机械锁方面,瑞士人走在了世界前列。瑞士人制作的机械锁凭其精密的机械结构和牢不可破的安全性能,让世界叹为观止。在
5、电气化的时代,人们采用电气组件来一设计电锁。电锁由组合开关、继电器、电磁铁和锁体组成,往往供以市电。伴随着电子技术的出现和飞速发展,电子锁也与时俱进,往往采用当时最先进的电子技术和电子兀器件,功能也越来越丰富。最早人们采用分立元件电容、电阻、齐种有源器件、二几簧管、继电器等，后来采用小规模集成电路与门、或门、非门、触发器等而后采川中等规模集成电路计数器、移位寄存器、比较器、数据选择器、电路等再后来大规模集成电路出现了,人们开始使用编译码器等，近二片年来,随着超大规模集成电路的应用,尤其是以一为代表的单片机的出现,使电子锁的功能趋于复杂化最近,集成电路技术的迅猛发展,催生了各种应用于某个专业领域
6、的专用集成电路。同时出现了“片上系统”芯片,电子锁领域的芯片主要有公司的系列,公司的系列等。2 总体方案的设计2.1嵌入式系统简介以往我们按照计算机的体系结构、运算速度、结构规模、适用领域,将其分为大型计算机、中型机、小型机和微型计算机,并以此来组织学科和产业分工,这种分类沿袭了半个世纪。近年来,随着计算机技术的迅速发展,以及计算机技术和产品对其它行业的广泛渗透,使得以应用为中心的分类方法变得更为切合实际。具体的说,就是按计算机的嵌入式应用和非嵌入式应用将其分为嵌入式计算机系统和通用计算机系统。嵌入式系统是伴随着超大规模集成电路的高速发展而出现的。在当前数字信息技术和网络技术高速发展的后一时代
7、,嵌入式系统己经广泛地渗透到科学研究、工程设计以及人们的日常生活等方方面面中。嵌入式系统的应用数量已经远远超过通用台式计算机系统。制造工业、过程控制、通讯、仪器仪表、汽车、船舶、航空航天、军事装备、消费类电子产品等均是嵌入式系统的应用领域。2.2基于单片机的嵌入式系统设计概要单片机又称单片微控制器,它将中央处理器、存储器、和等、及各种输入输出接口定时计数器、等串行接日、转换部件等集成到一个微小的芯片内。单片机可谓“麻雀虽小,五脏俱全”,它实际上将普通微机系统的主要功能部件集成到了单一芯片内。单片机的出现和发展与Intel公司密不可分,1971年推出了位单片一机4001,1972年推出了8位单片
8、机8008,1976年推出ncs-48单片机,特别是mcs-51单片机的出现,翻开了单片机发展的新篇章。直到现在,mcs-51系列单片机仍然占据着较大的市场份额。在这以后,单片机进入了一个高速发展期,每三四年集成度增加一倍、功能翻一番,总线宽度从8位、到16位、再到32位,各种体系结构也相继涌现，如zillion公司的z8单片机,各种mcs-51兼容单片机,microchip公司系列plc单片机,系列单片机,oatmeal公司系列单片机。2.3无线密码锁的功能的设计本课题设计的密码锁拟使用于汽车门禁系统,摩托车电动车防盗安全系统,保险柜安全系统等,已将主要具有以下功能：（1）开锁。采用主动开锁
9、,或者被动开锁。（2）关锁。用户可选择手动关锁,也可选择自动关锁。（3）添加钥匙/用户。每个锁要容纳一定数量的钥匙,支持多用户使用。（4）删除钥匙用户。对于确认丢失的钥匙,系统应将其删除或注销,以防不法人员利用该钥匙实施入侵。（5）报警提示功能。当系统判别出非法入侵,或系统处于其他非安全状态时,系统会发出清晰而响亮的报警警示音,以报告用户和干扰入侵者。当系统进入安全状态时,也要报告用户使其放心。3 总结与展望基于无线通信技术和嵌入式系统技术,本课题设计并实现了一款安全性能好的无线密码锁。无线密码锁通常采用两种方案主动式开锁系统和被动式开锁系统,这里我们选用了主动式开锁系统作为系统方案。在讨论了
10、嵌入式系统设计的一般原则和无线通信技术的有关知识后,沦文给出了系统硬件电路和软件的设计。钥匙主体电路由低功耗的单片机，atmega48p和射频发射芯片mc33594组成,两者之间通过普通i/o通信。锁主要由单片机atmega8l和射频接收芯片mc33594组成,两者之间通过Cpl接口交换数据。论文阐述了电路的工作原理。软件系统是基于单片机的嵌入式程序。软件系统本质上是一个通信协议,文中给出了协议的帧格式等规范。软件的核心是鉴权算法,即怎样保证系统的安全,特别是应对常见的攻击如“拷贝重发”和“扫描攻击”等。本设计采用KEELOQ跳码算法,并采用软件实现,而不是采用具有专利的专用集成电路。用软件实
11、现的跳码算法易于集成到各种门禁系统中,具有很大的灵活性。致谢这次毕业设计是在老师的辛勤指导下完成的。老师对毕业设计的指导非常认真，经常给我们帮助，而且他的指导非常具有特色，鼓励学生自己想方案，解决困难，开放性非常强，这对于我以后工作的思维和能动性的提高帮助非常大。在最后定稿的一周内，同学一直在我旁边指导我，碰到不懂得地方就一直在我旁边帮助我，特别感谢她，为我解决了最后的问题。在此要感谢我的指导老师对我论文的指导，感谢老师给予我的帮助。在做毕业设计的时候我也有很多不懂的地方，我也咨询了很多相关的资料，并且和同学一起交流。老师给了我宝贵的意见，非常的感谢指导老师让我学到了很多的只是，培养了自己动手操作的能力，让自己做好了提前进入社会工作的准备。以后不论是工作还是学习，都要不断地学习不断地提升自己的综合能力。参考文献1田春亮最新跳码编码芯片原理和应用国外电子元器件2005年第9期2马忠梅,马广云等嵌入式处理器结构与应用编程,北京北京航空航天工业大学出版社,2002.063周立功等,ARM与嵌入式系统基础编程,广州周立功单片一机发展有限公司，2004.094张冬泉,谭南林,王雪梅,焦风川实川开发技术北京电子工业出版社,2006.04.085马潮单片机嵌入式系统原理与应用实践,北京北京航空航天出版社,20076孙戈等,短距离无线通信及组网技术,西安西安电子科技大学出版社,2008
