摘  要： 提出了一款新型的基于ZigBee技術的多功能電動車遙控電子鎖的設計,。從硬件架構和軟件設計兩方面分析了遙控電子鎖的工作原理。產品能夠實現開鎖,、鎖車,、無鑰匙啟動、防盜等功能,。
關鍵詞： 多功能,；遙控電子鎖；ZigBee,；無線網絡

　近幾年,，隨著ZigBee技術的發(fā)展，無線通信和無線傳感網絡正在向人們生活的各個方面滲透,。它不僅應用到建筑和家庭自動化,、工業(yè)監(jiān)控、無線傳感器網絡,，而且越來越多地應用到日常生活中,。由于世界能源的匱乏及環(huán)境污染的影響，國家在進一步提倡使用電動車,，藉此,，電動車會慢慢普及，隨之相關的遙控電子鎖技術顯得尤為重要?，F有的電動車電子鎖是采用單片機和無線發(fā)射模塊共同實現的,。若使用ZigBee技術設計電子鎖時就只需使用CC2430片上系統(tǒng)就可以了，不再需要單獨的射頻芯片,，其集成度高,，降低了系統(tǒng)的復雜性。CC2430無線單片機待機時電流小于0.6 μA,，在32 kHz晶體時鐘下運行,，電流消耗小于1 μA,，使用紐扣電池壽命可以長達10年。本文研制了一種基于ZigBee芯片CC2430片上系統(tǒng)的電動車遙控電子鎖,，并采用了睡眠/喚醒機制,，大大降低了整個系統(tǒng)的功耗；系統(tǒng)軟件編程通過了IAR7.30B環(huán)境的測試,。
1 CC2430簡介
　CC2430是Chipcon公司生產的并沿用了以往的CC2420芯片的結構，在單個芯片上集成了ZigBee射頻前端,、內存和微控制器,。CC2430的休眠模式和轉換到主動模式的超短時間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長的應用,。其主要特點是高性能,、低功耗的8051微控制器內核；適應2.4 GHz頻段IEEE 802.15.4的RF收發(fā)器,；極高的接收靈敏度和強大的抗干擾性能,；具備在各種供電方式下的數據保持能力；掉電方式下,，電流消耗只有0.9 μA,，外部中斷或者實時鐘（RTC）能喚醒系統(tǒng)；掛起方式下,，電流消耗小于0.6 μA,，外部中斷能喚醒系統(tǒng)；電源電壓范圍寬（2.0～3.6 V）,；高級加密標準（AES）協(xié)處理器,；2個支持多種串行通信協(xié)議的USART；1個IEEE 802.15.4媒體存取控制（MAC）定時器,；1個通用的16位和2個8位定時器,；支持硬件調試。CC2430具有兩個工作頻率,，一個是32 MHz的正常工作頻率,，一個是32.768 kHz的睡眠工作頻率。本設計采用了睡眠/喚醒機制,，當遙控器和電動車電子鎖正常通信時,，工作頻率為32 MHz，而當遙控器和電動車電子鎖都處于睡眠狀態(tài)時,，工作頻率為32.768 kHz,，這樣可以降低系統(tǒng)的功耗。
2 硬件設計
　遙控電子鎖系統(tǒng)包括兩部分：第一部分是遙控器,，此部分硬件有CC2430,、按鍵電路,、3 V的紐扣電池。第二部分是電動車主控電路：此部分的硬件有CC2430控制核心,、輸出驅動與控制電路,。控制電路主要是由繼電器,、電機等構成,。
2.1遙控器的硬件設計
　遙控器的硬件框圖如圖1所示，由CC2430,、LED,、天線、按鍵電路組成,。LED用來指示系統(tǒng)的工作狀態(tài),，一共有3個按鍵，分別為：開鎖鍵,、關鎖鍵（尋車鍵）,、無鑰匙開啟鍵（即不需要鑰匙也一樣能使電動車啟動）。按鍵值是通過幾個電阻的分壓值來判斷的,，通過P0.7口連接到ADC,，經ADC采樣后去觸發(fā)中斷。

2.2 主控電路的硬件設計
　主控電路的硬件框圖如圖2所示,，包括CC2430,、LED、蜂鳴器,、輸出驅動電路及控制器電路,。輸出驅動電路由兩個三極管的放大作用來實現。其控制器電路由繼電器,、電機及電磁鐵等組成,。遙控器通過按鍵值傳來不同的信號a（鎖車信號）、b（開鎖信號）,、c（無鑰匙開啟信號）,。a信號一方面被蜂鳴器接收電路接收，使蜂鳴器開始報警,，指示燈閃爍,，進入警戒狀態(tài)；而同時又被另一控制器電路接收,，輸出信號控制繼電器1工作,，使電磁鐵動作和電動機正轉，實現上鎖,。此功能還可以當作是尋車功能來使用,。b信號被蜂鳴器電路接收后解除警報狀態(tài),，另一方面又被控制器電路接收，使繼電器2工作,，控制電磁鐵和帶動電動機反轉,，實現開鎖。c信號被蜂鳴器接收,，使蜂鳴器開始鳴響,，而控制電路使啟動繼電器工作吸合（啟動繼電器與電按鑰匙并聯），電瓶電流從繼電器的閉合觸電傳到主控制器,，如此,，電動車就被啟動了，實現了無鑰匙開啟功能,。其系統(tǒng)框圖如圖3所示。

3 軟件設計
　軟件部分包括硬件的初始化程序,、協(xié)議棧初始化程序,、數據的接收和發(fā)送程序。接收程序運行于電子鎖接收節(jié)點當中,，接收來自遙控器發(fā)送節(jié)點傳來的數據信息,，如：開鎖、鎖車,、開啟等信息,。應用程序和協(xié)議棧都被下載到CC2430的閃存中。
3.1 遙控器的軟件設計
　首先初始化所有要用到的硬件,，如：ADC,、DMA、I/O等,，然后調用aplInit（）函數來初始化協(xié)議棧,。因為發(fā)射節(jié)點擔負的是協(xié)調器的角色，首先得定義工作頻率和網絡號,，然后調用apl Form Net Work（）來嘗試建立網絡,。其定義為：
　#define LRWPAN_DEFAULT_CHANNEL 11
　#define LRWPAN_DEFAULT_PANID 0x1347
　默認的個人局域網的PANID號是1347，協(xié)調器掃描所有被ZCD_NV_CHANLIST參數制定的通道和選擇一個最小能量的通道,。如果有2個或2個以上的最小能量通道,，則協(xié)調器選擇在ZigBee網絡中存在序號最小的通道。所以此設計中在信道定義為可選的最小的11信道,。然后協(xié)調器將選擇用默認的個人局域網的PANID,。建立好網絡后，遙控器發(fā)送“加入網絡”信號,，若收到主控節(jié)點的應答信號,，則表示網絡建立成功,，進入遙控狀態(tài)；如果沒有收到則進入到睡眠/喚醒狀態(tài),。發(fā)射節(jié)點程序的流程圖如圖4所示,。遙控器的按鍵值是通過CC2430的ADC對幾個電阻的分壓值采樣而得到的，然后通過DMA傳到TXFIFO緩存中,，最后通過射頻前端發(fā)送出去,。當遙控器的喚醒鍵按下時，紅色的LED燈閃一下,，表明自己被喚醒了,；而當接收到主控節(jié)點的應答信號時，綠色的LED燈閃爍一下,，說明電子鎖已經被喚醒,。當開鎖、鎖車,、開啟鍵按下時,，紅色LED燈閃一下，而綠燈閃時則表明主控節(jié)點已經完成了相應的動作,。
3.2 主控節(jié)點的軟件設計
　當接收節(jié)點上電后,，接收模塊主程序也首先開始初始化所有用到的硬件，然后就初始化協(xié)議棧,，若LED燈閃爍一下,，表明程序已經進入到等待遙控器發(fā)來信息并開始無線檢測監(jiān)聽，如果收到“加入網絡”數據時,，則開始判斷是否是“開鎖,、鎖車、啟動”按鍵,，進而進行相關的操作,。若是“開鎖鍵”，則蜂鳴器響一下,，并置開鎖狀態(tài),；如不是，則接著判斷是否是“啟動鍵”,，若是則置啟動狀態(tài),，蜂鳴器響。如不是再接著判斷是否是“鎖車鍵”,，是則置鎖車狀態(tài),，蜂鳴器響，指示燈亮,，否則進入到無線偵聽狀態(tài),。沒有收到“加入網絡”數據,，則進入喚醒/睡眠狀態(tài)的判斷。接收節(jié)點的程序流程圖如圖5所示,。然后根據遙控器節(jié)點中已經定義好的網絡號和信道號來同樣定義主控節(jié)點,，這樣才能完成正常的通信功能，才能保證兩節(jié)點可靠的傳輸數據,，因為只有它們自己才知道頻號和網絡號,，外在的控制信號不能控制鎖的動作。

　傳統(tǒng)的電動車的安全加密都是采用固定編碼或滾動編碼技術,，而ZigBee本身就有非常嚴密安全的加密機制,，其采用的是AES加密標準，ZigBee技術針對不同的應用,，提供了不同的安全服務,。這些服務分別施加在MAC層、NWK層和APL層上,，其對數據的安全保護是在CCM*模式下執(zhí)行AES-128加密算法,。CCM*是CCM的增強版本，它包含CCM的所有特征,，并提供加密和完整性檢測的功能，CCM模式是由計數器模式和密碼塊鏈接消息鑒權代碼模式相結合構成的,。使用基于CCM*模式的安全級別來保護輸入輸出幀,，是最基本的ZigBee 安全性需求。另外,，與其他安全模式不同,，CCM*模式對于所有CCM*安全級別只使用一個密鑰，也就是說,，由于ZigBee棧使用CCM*模式,，MAC、NWK,、APL層可重復使用相同密鑰,。
　本文的創(chuàng)新點是基于ZigBee技術及睡眠/喚醒機制在電動車遙控電子鎖方面的應用，此設計采用的是成都無線龍的CC2430的開發(fā)套板,，軟件程序和協(xié)議棧都是在IAR7.30B的環(huán)境下通過調試的,，通過協(xié)議分析儀對數據包的序列號、源地址,、目的地址,、數據包長度和傳輸時間等重要參數進行監(jiān)控、分析,。因為本設計采用的是點對點的數據傳輸方式,，傳輸的距離較遠,，經試驗傳輸距離可達到100 m以上，而且系統(tǒng)功耗低,，大大延長了電池的使用壽命,。并且其系統(tǒng)組成所需的硬件少，從而組成設備不但體積小,，而且方便輕巧,。
參考文獻
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