EP 2005_10.pdf

Immobilizer z szyfratorem DES

Immobilizer

z szyfratorem DES

Założeniem przedstawionego

projektu była ochrona

samochodu przed niepowołanym

uruchomieniem, natomiast

inspiracją historia jednego ze

znajomych autora, który stał

się szczęśliwym posiadaczem

niebanalnego pojazdu.

Rekomendacje:

urządzenie o niebanalnych:

konstrukcji i pomyśle. Jest

to pierwsze prezentowane

na łamach EP praktyczne

zastosowanie sprzętowego

szyfratora DES – warto

dowiedzieć się jak działają

i gdzie można kupić tak

wyraﬁnowane układy!

Niebanalność polegała na tym,

iż towarzystwo ubezpieczeniowe nie

chciało wydać polisy na ów pojazd

bez zamontowania w nim dodatko-

wo (oprócz standardowego alarmu)

systemu trackingowego. Jako do-

datek do owego systemu dołączo-

na została karta transponderowa,

która przez cały czas użytkowania

samochodu musi pozostać w jego

wnętrzu, stanowiąc jednoczenie za-

bezpieczenie przed ucieczką samo-

chodem po uprzednim, ﬁzycznym

usunięciu właściciela z jego wnę-

trza. Po zgrubnych oględzinach kar-

ty okazało się, że jest ona zasilana

bateryjnie i posiada nadajnik radio-

wy. Usunięcie karty z wnętrza po-

jazdu powoduje zerwanie komunika-

cji karty z jednostką w samochodzie

i tym samym powiadomienie (GPRS)

patrolu interwencyjnego ﬁrmy za-

pewniającej obsługę całego systemu.

Skomplikowane i kosztowne...

W artykule przedstawiono pro-

jekt immobilizera samochodowego

z aktywną kartą transponderową.

Funkcja układu sprowadza się do

blokady dopływu paliwa do silnika

samochodu w przypadku, gdy niepo-

wołana osoba nie dysponuje kartą

transponderową. Urządzenie działa

niejako w tle, nie absorbując uwagi

użytkownika. Duży nacisk położono

na realizację bateryjnego zasilania

karty transponderowej (tak aby wy-

miana baterii nie stała się głównym

zajęciem kierowcy). Od pewnego

czasu na rynku krajowym dostęp-

ny jest dość interesujący i niedrogi

układ, idealnie nadający się do ce-

lów prezentowanego projektu. Jest

to CC1010 produkowany przez ﬁr-

mę Chipcon.

Opis układu

CC1010 jest scalonym transce-

iverem pracującym w paśmie ISM,

zintegrowanym z mikrokontrolerem

8051. Hierarchia (transceiver z mi-

krokontrolerem) nie jest tu przypad-

kowa, ponieważ bloki układu w nim

zawarte zostały dobrane wyłącznie

z myślą o transmisjach radiowych.

Na rys. 1 przedstawiono schemat

blokowy układu CC1010, natomiast

w tab. 1 zestawiono jego najważ-

niejsze parametry. Oprócz standar-

dowych elementów jak pamięć pro-

gramu typu Flash czy przetwornik

A/C, układ CC1010 ma wbudowane

dwa interfejsy UART, zegar czasu

rzeczywistego (po dołączeniu ze-

wnętrznego rezonatora 32,768 kHz),

interfejs SPI. Prawdziwym rarytasem

w prezentowanym układzie jest pro-

gramowo konﬁgurowalny transceiver

pozwalający na pracę w jednym

z wybranych pasm ISM (315 MHz,

433 MHz, 868 MHz i 915 MHz).

W każdym z pasm mamy do wybo-

ru kilka kanałów pracy transceivera

oraz możliwość programowej kon-

troli poziomu mocy emitowanego

sygnału. Całości dopełnia sprzętowy

blok kryptograﬁczny (DES – data

encryption standard ) pozwalający na

szyfrowanie i deszyfrowanie bloków

po 256 bajtów danych za pomo-

cą 56 bitowego klucza. Dodatkowo

blok ten może pracować w tzw. try-

bie Triple – DES (dedykowanym do

PODSTAWOWE PARAMETRY

• Płytka o wymiarach: 100 x 64 mm

• Zasilanie płytki jednostki centralnej: 12 VDC

(instalacja samochodowa)

• Zasilanie karty transponderowej: 3 VDC

(bateria CR2477 – 3 V/1000 mAh)

• Czas pracy karty na jednej baterii: ok. 2

miesięcy

• Pasmo pracy: 868 MHz

• Moc sygnału: +4 dBm

• Modulacja: FSK

• Kodowanie: Manchester

• Prędkość transmisji: 2400 bd

• Czułość: –103 dB

• Sposób zabezpieczenia: blokada dopływu

paliwa

Elektronika Praktyczna 10/2005

P R O J E K T Y

Niebanalność polegała na tym, lów prezentowanego projektu. Jest

Immobilizer z szyfratorem DES

Tab. 1. Najważniejsze parametry układu CC1010

Parametry transceivera

Parametry rdzenia 8051

dostarczonego wraz z dokumentacją

układu. Płytki dostarczane są bez

elementów, które należy skompleto-

wać we własnym zakresie na pod-

stawie dołączonego do dokumenta-

cji wykazu elementów. Opisywana

płytka ma wymiar 5x6 cm i mieści

na sobie pola lutownicze do mon-

tażu samego CC1010, elementów

toru radiowego, dwóch oscylato-

rów kwarcowych oraz specjalnych

konektorów SMD lutowanych od

spodu. Kompletny schemat modułu

przedstawiono na rys. 2 . W celu re-

alizacji karty transponderowej uży-

ta została jedna taka płytka, którą

wyposażono w gniazdo płaskiej ba-

terii litowej 3 V. Jedynym poważ-

nym mankamentem CC1010 jest

to, że narzędzia oﬁcjalnie wspiera-

ne przez Chipcona nie są dostępne

bezpłatnie. Dostarczone do układu

biblioteki HAL ( Hardware Abstrac-

tion Library ) i CUL ( Chipcon Utility

Library ) zostały stworzone z myślą

o środowisku Keil uVision, którego

ewaluacyjna wersja posiada ograni-

czenie rozmiaru kodu wynikowego

do 2 kB (co uniemożliwia swobod-

ne korzystanie z układu). Z pomocą

jednak przyszedł kompilator SDCC,

który nie jest oﬁcjalnie wspierany

przez Chipcon, to jednak bezpro-

blemowo radzi sobie z kompilacją

programów pisanych z użyciem obu

wymienionych bibliotek.

Programowana częstotliwość pracy (300 do

1000 MHz)

Zoptymalizowany rdzeń 8051. 2,5 raza wydaj-

niejszy niż standardowy 8051

Duża czułość odbiornika (typ. –107 dBm przy

2,4 kbd)

Tryb bezczynności (idle) i czuwania (sleep)

Programowalny poziom mocy wyjściowej (–20 do

+10 dBm)

32 kB nieulotnej pamięci Flash

Niski pobór mocy (9,1 mA w trybie odbioru) 2 k + 128 bajtów wewnętrznej pamięci

SRAM

Modulacja FSK (max. 76,8 kbd) Zasilanie 2,7…3,6 V

Wyjście RSSI (poziom sygnały wejściowego) Częstotliwość taktowania 3…24 MHz

Rys. 1. Schemat blokowy układu CC1010

Karta transponderowa

Jak wspomniano wcześniej, bu-

dowa karty transponderowej opiera

się jedynie na module z układem

CC1010 z dołączoną baterią. Nie-

co więcej wysiłku wymagała część

programowa. Problemem był pobór

prądu podczas pracy układu. Po-

nieważ z założenia karta po zbli-

żeniu do samochodu powinna ode-

brać ramkę danych nadawaną przez

część immobilizera umieszczoną

w samochodzie, a następnie po jej

odszyfrowaniu, modyﬁkacji i ponow-

nym zaszyfrowaniu odesłać odpo-

wiedź, to jej odbiornik powinien

być gotowy na przyjęcie transmisji

w każdej chwili. Oznaczałoby to, że

pobór prądu przez kartę wynosił-

by około 20 mA, co powodowałby

bardzo szybkie zużycie baterii. Aby

rozwiązać ten problem, zastosowa-

no tzw. polling odbiornika radiowe-

go. Na początku pracy transponder

(przypomnijmy wyposażony w dwa

generatory kwarcowe) uruchamia

drugi generator o częstotliwości pra-

cy 32,768 kHz, po czym przełącza

systemów o szczególnych wymogach

bezpieczeństwa). Transceiver jest

wyposażony w wyjście napięciowe

poziomu odebranego sygnału (RSSI

– received signal strength indica-

tion ), które może być bezpośrednio

podane na wejście wewnętrznego

przetwornika A/C. Ciekawostką jest

wyposażenie układu w generator

losowego bitu, przy czym nie jest

to blok pseudolosowy. Wartość bitu

uzyskiwana jest poprzez wzmoc-

nienie poziomu szumu w torze od-

biorczym transceivera, a następnie

podawanie takiego sygnału na blok

decyzyjny. Sam CC1010 do popraw-

nej pracy wymaga niewielu elemen-

tów zewnętrznych. Większość z nich

jest niezbędna do poprawnej pracy

części radiowej układu. Pozornie,

jak przekonał się autor, sprawa pro-

jektu płytki drukowanej pod opisy-

wany układ wygląda prosto. Jednak

po dokładnym przestudiowaniu do-

kumentacji dostarczonej przez Chip-

cona okazuje się, że do popraw-

nej pracy w paśmie 868 MHz (taką

częstotliwość pracy wybrano do

projektu) niezbędne jest wykonanie

4–warstwowej płytki drukowanej,

co okazało się zbyt kosztownym

zadaniem. Z pomocą przybył kra-

jowy dystrybutor ﬁrmy Chipcon,

oferujący w swoim asortymencie

4–warstwowe płytki drukowane

wykonane według reference design

Elektronika Praktyczna 10/2005

Immobilizer z szyfratorem DES

Rys. 2. Schemat elektryczny modułu z reference design dostarczonego przez Chipcon

Elektronika Praktyczna 10/2005

Immobilizer z szyfratorem DES

Rys. 3. Schemat elektryczny jednostki umieszczonej w samochodzie

układ taktowania rdzenia na ten

właśnie wolny oscylator uprzednio

uaktywniając zegar czasu rzeczywi-

stego, tak aby generował przerwa-

nie co 2 s. Pobór prądu w tym mo-

mencie wynosi 1,3 mA i niemożliwe

jest korzystanie z transceivera. Kolej-

nym krokiem jest przejście rdzenia

mikrokontrolera w tryb bezczynności

( idle ), co powoduje kolejny spadek

poboru prądu do 29,4 mA. Mikro-

kontroler pozostanie w trybie idle

do momentu, kiedy zegar RT nie

wygeneruje sygnału przerwania,

czyli przez dwie sekundy. Po tej

czynności układ przechodzi ponow-

nie do trybu aktywnego i przełącza

źródło zegara na szybki oscylator

(14,7456 MHz). Na-

stępuje uruchomienie

toru odbiorczego trans-

pondera i rozpoczyna

się oczekiwanie na

nadejście ramki. Czas

oczekiwania wynosi

20 ms. Kod odpowie-

dzialny za tę część

programu przedstawio-

no na list. 1 .

Jeśli nie było trans-

misji, układ po 20 ms

oczekiwania przecho-

dzi ponownie w tryb

bezczynności i jest tak-

towany sygnałem zegarowym o ma-

łej częstotliwości. Jeżeli ramka da-

nych została poprawnie odebrana,

następuje analiza nagłówka ramki.

Są dwa możliwe przypadki: ramka

konﬁguracyjna i ramka kontrolna.

Ramka konﬁguracyjna jest to ram-

ka niosąca informację o 7–bajtowym

kluczu, jaki ma być używany do

dekodowania ramek standardowych.

Klucz wyłuskany z ramki zostaje

zapisany w obszarze pamięci ﬂash

pod stosownym adresem tak, aby

po wyjęciu baterii wartość klucza

została zachowana. Służy do tego

Rys. 4. Sposób montażu goldpinów na module

CC1010 (widok modułu od strony złącza)

Pasma ISM

ISM – Industrial, Scientiﬁc, Medical – są to

nielicencjonowane pasma radiowe, przezna-

czone do transmisji z małymi mocami na nie-

wielkie odległości. Najpopularniejszym pasmem

ISM jest 2,4 GHz, wykorzystywane m.in.

przez urządzenia Bluetooth oraz WiFi. Równie

popularnym pasmem dopuszczonym do

użytkowania w Polsce jest 868 MHz, w którym

pracuje immobilizer opisany w artykule.

Elektronika Praktyczna 10/2005

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: