4.6 Проектирование принципиальной схемы радиоключа
Учитывая выбранные параметры системы и, соблюдая рекомендации, описанные в документациях на используемые микросхемы, спроектируем принципиальную схему радиоключа.
Рисунок 4.7 – упрощённая принципиальная схема радиоключа
На рисунке 4.7 часть системы, представляющая приёмопередаточный тракт изображена в виде одного блока. Это возможно, так как помимо микросхемы nRF24L01 изготовитель предоставляет возможность приобрести готовую печатную плату, обладающую всеми необходимыми элементами, однако в данной работе использовать такое готовое решение нельзя, так как это несколько увеличит размер радиоключа и помимо этого поднимет цену разрабатываемого устройства.
Радиоключ получает питание с литиевой батареи GB1, от которой также получает питание схема приёмопередаточного тракта. Напряжения питания микросхемы nRF24L01 составляет 1.9-3.6 вольт. Радиоключ обладает двумя замыкающими элементами – кнопками, подключенными к входу внешнего прерывания микроконтроллера, что позволяет выключать микроконтроллер во время неактивности. По нажатию кнопки сигнал будет передан на микроконтроллер, от чего сработает прерывание и микроконтроллер перейдёт в активный режим. Подключение замыкающих элементов к входам внешних прерываний позволяет переводить микроконтроллер в режим power-down. Упрощённая версия принципиальной схемы радиоключа изображена на рисунке 4.7.
4.7 Проектирование принципиальной схемы системы автомобиля
Ни рисунке 4.8 видно, что в отличии от принципиальной схемы автомобильного радиоключа, принципиальная схема системы автомобиля имеет в своём составе схему понижения и стабилизации напряжения LM7805, что обусловлено тем, что схема автомобиля получает питание от бортовой системы автомобиля, которое имеет напряжение в 12 вольт, а цифровые элементы схемы требуют напряжения питания в 5 вольт.
Так же в системе присутствует модуль генерации случайных чисел. Он необходим системе для генерации случайного параметра протокола аутентификации. Устройство данного модуля рассмотрено в соответствующем разделе данной работы. Данный модуль подключен к главному микроконтроллеру посредством интерфейса USART, помимо этого он получает сигнал питания из главной схемы и сигнал с источников энтропии. В данной работе случайные данные представляют собой колебания напряжения питания, получаемого из бортовой сети автомобиля. Возможно подключение других источников случайных данных, при наличии таковых.
В отличие от микроконтроллера радиоключа, микроконтроллер системы автомобиля имеет подключенный к нему кварцевый генератор, это сделано для увеличения скорости работы системы. Так же это оправданно возможностью несколько большего энергопотребления системы автомобиля за счёт наличия аккумулятора большей ёмкости.
Рисунок 4.8 – Упрощённая принципиальная схема системы автомобиля
Схема приёмопередатчика обладает выводом под внешнюю антенну. Разработанная схема устройства подразумевает возможность подключения внешней антенны с целью увеличения дальности работы системы приёмопередатчика. Документация на приёмопередатчик указывает, что дальность работы устройства на открытой местности составляет порядка 85 метров, что достаточно для удобства пользователя, однако внешняя антенна позволит несколько увеличить дальность, что имеет некоторый смысл, так как некоторые автостоянки имеют больший размер, чем 85 метров по наибольшей стороне, возможно пользователь захочет иметь возможность управления своим транспортным средством с большего расстояния, нежеди, чем 85 метров.
В отличие от схемы радиоключа, схема автомобиля не имеет каких либо элементов коммутации, так как в них отсутствует необходимость. Однако в ходе инженерно-конструкторского проектирования схемы было принято решения разместить на устройстве один элемент сигнализации – светодиод. Светодиод производит оповещение во время корректной работы системы и может быть выведен на любое заметное пользователю место в транспортном средстве.
Так как состояние системы всегда детерминировано, выход сброса системы (RESET) подключен на землю, что означает отсутствие возможности сброса состояния системы. Это оправданно за счёт специфики работы системы.
Схема имеет один вход, через который она получает питание из бортовой сети автомобиля, данный вход представляет собой гнездо, в которое подключается штырь контакта питания. Так же в системе присутствует два выхода на систему блокировки транспортного средства. На них подаётся сигнал в 5 вольт при успешном осуществлении протокола аутентификации. Ожидается, что работу системы под конкретное транспортное средство необходимо будет специально адаптировать.
Итоговая принципиальная схема устройства радиоключа и системы автомобиля представлена в приложении. На полной схеме изображён приёмопередаточный тракт, а так же развёрнуты такие подсхемы, как модуль генератора случайных чисел.