汽车智能钥匙控制系统设计

郭霆 田泽宇 杨洋 邓羿杉

摘要：随着生活水平的日益提升，汽车早已成为人们日常出行的代步工具，越来越多的车企开始主打科技配置，汽车智能钥匙就是其中之一，并且还附带了装饰属性。本文对汽车智能钥匙的控制系统进行研究，通过红外模块能够实现车辆的远程解锁、远程启动等功能，以单片机作为主控芯片，研究红外模块对遥控指令的接收以及后处理的转换，并通过单片机完成控制操作，通过继电器的闭合情况来模拟远程控制成功与否，通过LED指示灯进行辅助提醒。

关键词：远程控制智能钥匙主控芯片智能控制

StudyonIntelligent Key Control System of Automobile

GUO TingTIAN Zeyu*YANGYangDENG Yishan

（Heilongjiang Institute of Technology，Harbin，Heilongjiang Province，150050China）

Abstract： With the increasing improvement of living standards， cars have long become a means of transportation for people's daily travel. More and more car companies have begun to focus on technological configurations. Car smart keys are one of them， and they also come with decorative attributes. In this paper， the control system of the car smart key is studied. The functions of remote unlocking and remote starting of the vehicle can be realized through the infrared module. Using the single-chip microcomputer as the main control chip， the infrared module is used to study the reception of remote control commands and the conversion of post-processing. After completing the control operation， the success of remote control is simulated by the closing of the relay， and the auxiliary reminder is provided by the LED indicator.

Key Words： The remote control; Intelligent key; Main control chip; Intelligent control

隨着我国经济的迅速腾飞，人们的生活水平不断提升，汽车也随之走入千家万户。据公安部统计[1]，截止到2020年，我国汽车保有量达2.81亿辆，汽车驾驶人达4.18亿人，从这组数字不难看出，平均每1.5位驾驶人就拥有一辆汽车。相比于2000年[2]我国汽车保有量的1608.9万辆，近20年汽车行业迎来了大爆发。汽车对于人们来说，不仅可以方便交通，同时也象征着生活水平的提升。

汽车厂家瞄准中国市场，不断推出符合国人使用需求和审美的车型，同样也将汽车钥匙作为另一个战场不断开拓。保时捷有车模型的钥匙，特斯拉有卡片式的智能钥匙，林肯推出了车门密码锁钥匙，奔驰、宝马、奥迪等豪华品牌车辆也纷纷推出自家科技产品，比较有代表性的是宝马的液晶屏智能钥匙。本文便对此展开研究，拟设计一种智能红外遥控钥匙，集远程开关锁、远程寻车报警、开关车灯，以及远程启动功能于一体，因为这几种功能都是人们日常中非常实用的功能，解决传统汽车机械钥匙的弊端，提升人们使用的便利性。

本文基于红外模块研究汽车智能控制系统，优点是能够将车主与车辆进行有机连接。对本体的方案进行设计，给出基于单片机控制的红外汽车钥匙系统方案;详细进行硬件设计，包括单片机、红外收发模块、继电器模块、电源模块等等一些电路的设计;设计程序的软件部分。

1汽车智能钥匙发展现状

国外的一些厂商在汽车钥匙研究方面比我国要早，在设计方面也呈现多元化的趋势。伴随着发展时间长、技术储备多等优势，还在不断地发展。早在20世纪40年代，就有美国的克莱斯勒公司第一次将钥匙、启动、汽车等元素整合在了一起，随后这个方案几乎应用到了所有汽车上。60年代中期，美国福特公司首次采用双面通用钥匙，给用户带来了极大的方便。80年代中期，美国雪佛兰首次将密码电阻用在克尔维特型车钥匙上，极大地增强了防盗性能。90年代开始，捷豹公司出品了一款叫作Tibbe的异性钥匙，并被一些公司采用。几年后，世界首款配备无钥匙进入的汽车问世，由雪佛兰出品，但仍需车钥匙进行车辆的启动。21世纪初，第一款无钥匙进入、无钥匙启动的汽车由奔驰出品。2016年，宝马7系列出品了一款全新的智能汽车钥匙，它有一块液晶显示屏，可以几百米内进行开关锁、设置车内温度、打开后备箱，甚至可通过钥匙进行泊车。

相比于一些发达的国家而言，我国的科技发展研究起步相对较晚[3-9]。然而随着近些年科研人员以及汽车行业的不断探索创新，我国已经从世界的代工厂逐步成为全世界的制造工厂。吉利、哈弗、奇瑞等一系列的老牌汽车生产商，以及在新能源领域异军突起的造车新势力都结结实实地给国外汽车企业当头一棒。5G网络的普及为智能科技铺平了道路，我国在科技应用和二次开发上拥有着独到的见解和明显的后发优势，本文研究的远程控制红外汽车钥匙，已经在一些国产车企旗下的汽车上投入使用。随着科技的发展，智能手机、智能手表等智能穿戴设备也能够替代传统钥匙执行车辆的解锁、启动等相应功能。

2、汽车智能钥匙系统方案

为方便人们对汽车的远程操控，本文提出基于单片机+红外系统设计的智能钥匙方案。其主要实现对车辆的远程控制，包括开关车门、远程寻车、远程启动等功能。具体实施如图1所示。本文选用STC89C52单片机作为主控芯片，其性能稳定，兼容性好，操作指令逻辑清晰，并且具有较好的抗干扰性能;红外系统模块选择的是东芝的TC9012，其管脚设置和外围应用线路均进行了高度优化，能够较好地配合PCB进行布局并且成本可控，搭配HS0038红外接收头进行数据的通信。

本文运用4组继电器对整个研究进行方针验证，加入蜂鸣器和LED灯源代替远程寻车时的汽车端回馈，运用电机代替汽车发动机启动效果。整个设计过程中单片机是整体系统的核心单元，其最小系统包括电源接口、开关电路、时钟电路、复位电路等，具体形式如图2所示。红外接收模块需要對接收到的信号进行放大、解调并还原成初始的脉冲信号，并对获取的信号进行后处理，通过解码将脉冲信号转换成响应的数据，进而实现数据的传输，反馈主控芯片完成对应的操作。图3为红外模块与主控芯片通信电路图。

在车身基站与应答器钥匙之间的射频信号通信采取的通信方式是半双工的形式，采用的编码方式为脉宽调制编码方式。红外数据接收本质是测量红外二进制脉冲宽度，获得脉冲信息。为了解决一连串的脉冲多次测量问题，本文从接收头出来的红外二进制脉冲信号与标志位（P24）进行逻辑或非运算，并输入到INT0（P3.2）引脚，使得输入INT0的信号恰好是红外数据发射电路输出端P25的信号，检测INT0信号下降沿到上升沿的周期。如果相邻的2个中断间隔的时间长度为1.125ms，说明接收到的是“0”;时间长度是2.25ms，则为“1”。因此，脉冲电平的每一次跳变都会形成一次中断，在中断服务子程中即可实现一次性对一连串连续波形的测量，在测量后对0和1的各数据统计从而测出控制指令的功能。

红外遥控器将遥控信号（二进制脉冲码）调制在38 kHz的载波上，经缓冲放大后发送至红外发光二极管并转化为红外信号发射出去。遥控编码脉冲信号是由宽度为4.5ms的高电平和宽度为4.5ms的低电平组成的引导码、指示遥控系统的种类的系统码、系统反码、功能码、功能反码等信号组成，反码的加入是为了能在接收端校对传输过程中数据是否产生差错。引导码用来标志遥控编码脉冲信号的开始。脉冲位置表示的“0”和“1”组成的32位二进制码，前16位控制指令，控制不同的红外遥控设备。而不同的红外家用电器又有不同的脉冲调控方式，后16位分别是8位的功能码和8位的功能反码。串行数据码时序如图4所示。

将要发送的指令脉冲编码信号调制在38 kHz的载波上，可以增加信号的抗干扰能力，提高信号传输效率。信号调制时序如图5所示。

3智能汽车钥匙控制系统

控制系统作为整个设计的灵魂和精华像人的大脑一样至关重要，硬件是一个系统的骨架，软件就是整个系统的灵魂。控制系统流程图如图6所示。

完成控制系统设计后制作系统控制模型，并分别完成了车辆远程开关车门、自动寻车、远程启动车辆的控制功能测试，如图7所示，从左至右分别为远程开关车门指示灯、喇叭开启指示灯、车灯开启指示灯和车辆启动功能指示灯。测试显示在5～10m范围内，控制功能灵敏度较高。

4 结语

以往汽车智能钥匙优先配备在高端车型上，随着科技的发展以及成本的控制，越来越多的家庭乘用车也配备了汽车智能钥匙，并且得以迅速发展。本设计以单片机作为主控芯片，运用红外模块进行远程数据通信，实现车辆的远程开关门、远程寻车以及远程启动功能，有效降低成本的同时，也为汽车智能钥匙提出新的搭配可能性，大大提高了人们出行用车的便利性和智能化。

参考文献

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[2] 深圳特区报.中国汽车10年重大变革 从产销到市场消费[N/OL].（2010-04-18） [2022-01-14].https：//auto.ifeng.com/news/domesticindustry/20100418/274129.shtml.

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