无线电防遗失报警系统设计

收稿日期:2002-03-20

作者简介:余宏生(1968-),男,湖北黄冈人,讲师,主要从事计算机及应用专业的教学和研究工作。

无线电防遗失报警系统设计

余宏生 叶远谋 张 帆

(黄石高等专科学校计算机与信息工程系,湖北 黄石 435003)

摘 要 介绍了一种以8位微处理器PIC16C84和ASK 调制无线电接收芯片为核心的无线电防遗失报警系

统设计方案,针对目前同类产品中存在的容易产生误报警、产品之间相互干扰及不易进行大批量生产等问题,提出了相应的改进途径和解决方法。

关键词 同步保密算法 自学习 无线电报警系统

中图分类号:TN802 文献标识码 A 文章编号:1008-8245(2002)03-0001-05

1 引 言

无线电防遗失报警系统一般由发射器和接收

器两部分组成。当发射器与接收器之间的距离超过2m~5m 时,接收器将会采用声音或振动的方式报警,提示用户别遗失物品。无线电防遗失报警产品可广泛应用于防止箱包、钱包、手机等贵重物品的遗失,具有广阔的市场前景,但目前该类产品普遍存在以下问题:

(1)容易产生误报警。产生误报警的主要原因为螺旋状磁性线圈或方形状磁性天线的方向性一般都很强,在2m~5m 的空间范围内,很容易形成信号的盲区,造成误报警。

(2)产品之间容易产生相互干扰。

(3)不易进行大批量生产。发射器和接收器在使用时要求一一对应,在生产时,如果也一一对应地进行调试,就根本无法进行批量生产。

这些问题影响了无线电防遗失报警产品的推广应用。本文介绍了一种以内置EEPROM 的8位微处理器PIC16C84和ASK 调制无线电接收芯片为核心的无线电防遗失报警系统设计方案。该系统主要采取以下措施:

(1)采用特殊形状的微带印刷天线,使天线的方向性大大减小,而且微带印刷天线的物理特性

和电器特性一致性好,减小了产品生产时调试的难度。

(2)发射、接收电路采用同步保密算法,解决

了因重码而带来的产品之间的相互干扰问题。发射、接收电路采用同步保密算法后,发射器每次发射的编码都不相同,而接收电路则通过同样的算法,对发射信号进行同步解码。可编程编码位可达66位,编码数量可达266,产品重码的可能性几乎是0。

(3)接收器设计了保密学习功能,解决大批量生产的问题。接收器设计了保密学习功能后,发射器和接收器在生产时不需一一对应地调试,发射器和接收器可独立生产,只要用户在第一次使用时操作接收器对发射器的发射信号进行学习,将密钥和同步计数值存储于EEPROM 中,以后使用时,每次接收到发射信号后运用同步解密算法进行解码,就可以保证发射器、接收器能够配对。

2 天线设计

发射、接收天线均采用特殊形状的微带印刷天线,以减小天线的方向性。下面将发射天线和接收天线的特性描述如图1。

第18卷 第3期

2002年8月

黄 石 高 等 专 科 学 校 学 报

JOURNAL OF HUANGS HI POLYTEC HNIC COLLEGE

Vol.18 No.3Sep. 2002

图1 发射器、接收器天线波瓣示意图

本系统发射、接收天线采用特殊形状的微带印刷天线后,经实验测定,发射器天线近点与接收器近点之间的距离大于2-3m 时,发射器天线远点与接收器远点之间的距离可以做到小于3~5m,完全符合使用要求。

3 发射器工作原理

3 1 发射器硬件

发射器原理图见图2。发射器由PIC16C84及少量外围电路组成。PIC16C84具有1K 14位

EEPROM 程序存储器和64 8位内置EEPROM 数据存储器。三极管Q2同R3、R4、R6及DI 组成复位电路,XT 、C5、C6组成晶体振荡器,为CPU 提供4M 系统时钟信号,SI-S4为按钮开关,四个按键同时按下时,进入学习状态。T1、C1、C2、CP 等组成射频接收电路。Loop Antenna

为发射天线。

图2 无线电防遗失报警系统发射器原理图

3 2 发射器操作方式

发射器采用间断发送方式,发射信号每隔1S 发射一次。由于采用了同步保密算法,因此发射器每次发射的信号都是不同的。采用同步保密算

法将64位密钥和16位同步计数值形成32位加密编码数据;该算法的特点是:即使在编码之前,两次发射信号的信息(64位密钥和16位同步计数值)仅仅只有一位发生了变化,编码之后的加密编码数据却完全不同。假设信息流lbit 发生变化,那么,编码后的信息(32位加密编码数据)将会大约变化50%。发射器典型的编码发射流程如图3所示。

3 3 发射器编码的形成

64位制造商编码和28位发射器序列按照密钥生成算法生成64位密钥。64位密钥及序列码同时存放于发射器的E EPRO M 中。要了解发射器编码的形成过程,首先必须明确几个关键字的意义

:

图3 发射器典型的编码发射流程

2 黄 石 高 等 专 科 学 校 学 报 2002年

制造商编码:一个64位字,对于每个制造商均不相同,用在每个发射器中,编码产生一个独特的密钥。

序列码:一个28位字,每个发射器均不相同,在生产时可由生产商固化在程序中。

密钥:一个唯一的64位字,在生产过程中编程产生,它存储在芯片的EEPROM 中,控制着同步加密算法。

64位密钥和16位同步计数值根据同步保密算法生成32位加密码,这个加密码和28位序列码以及4位按钮信息、2位状态信息一起组成66位发射信息码。如图4所示:3 4 发射信号的结构

3 4 1 发射的格式

发射信号如图5所示几个部分组成。发射信号由引导头(Preamble)和同步头(Header)开始,接

着是加密码(Encrypted Portion Of Transmission),然后是固定码(Fixed Portion Of Transmission)。实际的发射信号是由32位加密数据和34位固定数据组成的66位数据。每次发射紧跟着一个保护区(Guard Time)。可编程编码位可达66位,编码数量可达7 38 1019。发射信号是采用脉冲宽度调制(PW M)的模式,逻辑1和逻辑0的形式如图5所示。T E 的实际宽度可以通过调整波特率的大

小来改变。

图4

发射器的编码形成

图5 发射信号PW M 格式

3 4 2 发射信号的组成

66位发射码字由固定码部分和加密码部分组成,如图6所示。加密码由16位同步计数值、10位识别位、2位溢出和4位按钮信息组成。固定码由28位序列码、4位按钮信息和电压低及重复信息2位组成。

4 接收器工作原理

接收器主要由PIC16C84及无线电信号接收芯片RX3310/A 部分,加上少数的外围元件组成。

RX3310/A 及其外围电路完成无线电信号的接收

放大、解调的功能,S1及三极管Q1组成声音报警电路。L1、C7及天线ANTENNA 组成LC 振荡选频回路。原理图见图7。

4 1 PIC 16C 84的功能介绍

PIC16C84是一个8位CMOS EEPROM 的微处理器。指令长度14位,数据通道8位,具有1K 14EEPROM 程序存储器,36 8通用寄存器,64 8内置EE PROM 数据存储器,15个特殊功能寄存器。

4 2 RX3310/A 芯片的功能介绍

3第3期 余宏生等:无线电防遗失报警系统设计