软件无线电论文：无线防盗报警设备中同频干扰信号软件检测方法.doc

1、.软件无线电论文： 无线防盗报警设备中同频干扰信号软件检测方法摘要:描述了无线探测器同频干扰现象对无线报警器系统带来的危害,在简要介绍编码芯片信息帧格式、接收电路内部噪声与外部杂散电磁波干扰输出特性基础上,详细分析了各类同频干扰信号的来源及其特征;提出了一种简单、有效的同频干扰信号检测方法,给出了完整的检测流程与检测参数的选择依据,指出了系统受到恶意同频干扰后的动作。该方法可在基于MCU软件解码过程中同步进行,MCU资源占用率低、响应速度快且可靠性高,能准确识别周围无线探测器正常操作触发信号与恶意同频干扰信号,有效地提高了无线防盗报警系统的可靠性。关键词:防盗报警;无线探测器;同频干扰;编码;

2、解码0引言在社会治安形势尚未彻底好转前,入屋盗窃与抢劫案件不时发生。传统的防盗网、防盗门及防盗锁等被动防盗设施效果有限,并没有给住户带来真正的安全,反而影响了市容,埋下了消防隐患。在这种情况下,安装一套功能相对完备的防盗报警系统成了一种必然的选择。无线探测器,包括磁感应器和无线红外微波探测器等是无线防盗报警系统的重要配件。一方面,由于多数城镇居民收入不高、对防盗报警设备功能不了解以及防范意识淡薄等原因,在住宅装修时并没有将防盗报警系统内的有线探测器连线纳入综合布线规划中,造成装修后需要安装防盗报警设备时,因布线困难或影响美观等原因只能采用无线探测器;另一方面,无线探测器因价格低廉和安装方便等原

3、因,也成了防盗报警设备工程商首选配件之一。然而几乎所有无线探测器的载波频率不是315MHz就是433MHz,犯罪分子在橇开门窗瞬间,借助相同频率的无线发射设备,如无线遥控器实施干扰,使报警主机内无线接收电路不能正常接收无线探测器的触发信号即无线探测器同频干扰问题成了无线防盗报警系统的致命缺陷。经过长期探索,找到了简单且实用的检测方法,在基于8位MCU为主控芯片的无线报警防盗系统中试用、验证表明效果良好,有效地提高了无线、无线有线兼容防盗报警系统的可靠性。1无线探测器及遥控器编码芯片输出信号特征1·1PT2262及其兼容编码芯片输出信号特征无线探测器内编码芯片多采用PT2262及其兼容

4、编码芯片(如2260、eV1527等)。这类固定编码芯片的编码长度为24bit,一信息帧由同步头、地址码和数据码3部分组成,如图1所示。同步头高电平持续时间为4(是编码芯片内RC振荡器的振荡周期,在15s320s之间,由振荡电阻Rt决定),间歇期为124;编码位采用PWM调制方式,脉宽比为13,即“0”码高电平时间为4,低电平时间为12;而“1”码高电平时间为12,低电平时间为4。一信息帧持续时间为125+16×24,即5121-2。可见PT2262及其兼容编码芯片信息帧内高电平持续时间在s60s (4×15s) 3·84ms (12×320s)之间,低

5、电平持续时间在60s (4×15s) 39·68ms (124×320s)之间1-2;一信息帧发送时间为7·680ms163·840ms之间。这类芯片触发信号有效时,将连续输出4帧以上编码信息,直到触发信号无效或芯片断电。最适合做无线探测器编码芯片,当作为遥控器编码芯片时,不仅安全性差,而且输出信号持续时间由按键持续时间决定,占用信道时间长。1·2滚动编码芯片输出信号特征为克服PT2262固定编码芯片容易被扫描攻击的缺点,中高档无线防盗报警系统遥控器多采用HCS3XX系列编码芯片3,其编码长度为66位,一信息帧由引导脉冲、同步头、32

6、位密文、34位固定码和帧间隔5部分组成。编码位PWM脉宽比为12,“0”码高电平时间为2TE(TE为基本时间,在编程时选择,约为70s620s),间歇时间为TE;“1”码正好相反。引导脉冲高、低电平时间均为TE,总长为23TE,同步头持续时间为10TE,与PT2262编码芯片信息帧区别明显,一信息帧发送时间为23TE+10TE+3TE×66 (bit),即231TE(未包括长度为39TE的帧间隔时间)。发送时先发送位密文中的最低位.可见HCS3XX编码芯片信息帧内高电平时间在70s1·24ms (2×620s)之间,低电平时间在70s24·18ms (帧

7、间隔时间39×620s)之间;一信息帧发送时间为18·900167·400ms之间。编码芯片输出信号(即信息帧)经ASK或FSK调制方式,借助315MHz或433MHz载波通过高频发射电路发送。由于价格、制作难易等因素,以315MHz载波ASK调试方式最常见。因此,无线报警主机内的无线接收解调电路也是以ASK接收解调电路为主。2 无线接收电路(模块)种类及其无输入信号时的输出特征报警器内的ASK接收解调电路(模块)主要有超再生接收和超外差接收两类。其中超再生无线接收电路简单且价格低廉,多见于廉价防盗报警主机中,但超再生无线接收电路抗干扰性能差、噪声大及稳定性差;超

8、外差无线接收电路相对复杂且噪声较小。但无论是超再生接收电路还是超外差接收电路,在无信号情况下,空间杂散电磁波经接收电路放大和检波后,在输出端同样观察到无规则的随机干扰输出信号,只是超外差接收电路输出端呈现的随机干扰脉冲密度比超再生接收电路少一些。我们曾在不同环境下对不同型号、不同生产厂家的超再生接收模块和超外差接收模块进行测试,发现随机干扰信号密度较大,如图3所示。平均80180s (1min内统计值)接收解调电路输出引脚电平就跳变一次,干扰信号持续时间也不确定,在几十微秒到几十毫秒之间,其中持续时间小于100s的干扰信号约占70%80%,即无线接收模块躁声以及空间杂散电磁波引起的干扰多属于随

9、机窄脉冲干扰。3同频干扰信号来源及其特征同频干扰信号源主要有以下几种:(1)周围同频无线探测器正常触发信号、同频遥控器正常操作产生的触发信号,其特征是信号持续时间短,一般不超过3s。(2)不法分子人为长时间按下同频遥控器上的某一按键引起,信号特征与(1)类似,但持续时间长,一般均超过3s。(3)不法分子间歇地触发同一无线发射装置(如遥控器)上的同一按键或不同按键引起。由于遥控器等无线发射装置内的按键接口电路没有硬件削抖动功能,因此间歇触发同一按键与不同按键对解码操作的影响相同,其特征是间歇地收到相同地址的信息帧。考虑到无线探测器正常发送23帧信息所需时间一般不大于500ms (这一时间与人最短

10、按键时间也吻合),可将间歇时间在0·51·5s的相同地址信息帧视为同频干扰信号(如果间歇时间更长,无线探测器就能正常通信)。根据经验,只要连续收到地址相同的信息帧的次数超过某一设定值,如5次上即可视为恶意干扰。以上3类同频干扰信号信息帧格式与PT2262固定编码或HCS3xx滚动编码芯片相同,有很强的规律性。脉冲宽窄与编码芯片振荡频率有关,均在芯片指标允许范围内,例如2262及其兼容编码芯片信息帧内高电平持续时间在60s3·84ms之间,低电平持续时间在60s39·68ms之间4。(4)不法分子使用特定发射设备,如经改装过的遥控器,发射等幅同频载波信号,

11、形成等幅干扰,其特征是接收电路输出高电平持续时间远大于12的上限。4软件检测方法及检测时间选定4·1检测时间选择根据编码芯片高电平持续时间最短为60s,考虑10%误差后,将高电平持续时间tH54s的窄脉冲判定为随机干扰。该时间不能取太小,否则容易误判;将低电平持续时间tL>39·68ms的负脉冲视为无同频信号输入时的输出5。根据使用者按键习惯,最长按键时间tP取2·55s。当同频干扰信号持续时间大于最长按键时间tP时即认为存在恶意干扰。该时间不宜太短,因为个别防盗报警设备操作者存在长按遥控器按钮的不良习惯2262及其兼容编码芯片遥控器在按键过程中一直处于发射

12、状态,按键时间长不仅阻塞了信道,影响邻近同频设备的接收,也缩短了遥控器内电池的寿命。合理按键时间应在0·51·5s之间,许多由MCU控制的滚动码遥控器触发后信号发送时间固定(一般不大于1·5s),与按键时间长短无关。但最长按键时间tP也不能太长,否则不法分子就有可乘之机。盗贼从撬开门(窗)到伸手抓住并破坏门窗内的无线门磁探测器耗时一般在5s以上,因此tP取2·55s为宜。4·2同频干扰信号检测流程根据杂散电磁波随机干扰信号与同频干扰信号特征,利用MCU定时/计数器的上下沿捕捉功能精确测定报警主机内接收电路输出信号高、低电平的持续时间,在软件解码

13、6-7操作过程中即可准确判定出两种形式的恶意干扰,并给出相应的报警信息。同时,利用MCU的另一定时/计数器(一般为系统的主定时器)对最长按键时间tP进行减法计数,当tP回零时即认为系统受到了恶意干扰;而对于同一无线设备间歇触发恶意干扰来说,只要触发次数大于设定值即认为系统受到了恶意干扰。当系统检测到恶意干扰后,根据需要可触发警号阻吓,或拔打预存于报警主机内的电话告知接警中心与用户。5结束语本文介绍的同频干扰检测方法可靠性高,能准确识别周围无线探测器正常操作触发信号与恶意干扰信号;可在基于MCU软件解码过程中同步进行,软件设计及调试容易。自2007年以来,我们先后将这一检测方法应用于多家防盗报警设备生产厂商委托开发的多款无线防盗报警主机中,实践表明该方法简单、可靠,取得了良好的社会效益和经济效益。参考文献:1 Remote Control Encoder PT2262 Z. Princeton Technology Corp, 1995.2 eV1527 OTP Encode Z. CT-hollon Technology Inc, 2004.3 KEELOQ Code Hopping Encode Z. Microchip Technology Inc, 2002.4董辉,卢建刚.一种基于KEELOQ的改进加密算法及其在单片机中的实现技术