1、本科毕业设计（20 届）无线遥控系统的安全性研究所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 2 -无线遥控系统的安全性研究【摘要】二次世界大战以后，无线遥控技术发展迅速，并逐渐在军事、国防、工农业生产以及科学技术等方面得到广泛的应用。近年来，在无线遥控领域常用的遥控方式主要有超声波遥控、红外线遥控、无线电遥控等。无线遥控是利用无线射频信号对远方的各种机构进行控制的遥控设置，主要是由集成电路电板和用来产生不同讯息的按钮所组成。无线遥控主要有两大传输方式，一种是红外光发射遥控信号，另一种是通过射频（RF）传输遥控信号。无线遥控的大量应用以及知识的普及对无
2、线遥控系统的安全性提出了更高的要求，现有的无线遥控系统，分析它们在使用复杂度以及安全性方面的优缺点。【关键词】无线遥控技术；组成分类 ； Research on security of wireless remote control systemAbstract After the two World War, the wireless remote control technology is developing rapidly, and has been widely used in military, defense, industrial and agricultural produc
3、tion and technology etc. In recent years, remote control technology in industrial production, in the field of wireless remote control, the remote control method commonly used in the main ultrasonic remote control, infrared remote control, wireless remote control etc. Wireless remote control is the u
4、se of radio frequency signals of various institutions to distant remote control settings control, mainly produce different message consists of an integrated circuit board and used to button. With the development of wireless remote control technology to expand variety, there are two main transmission
5、 way, one kind is the infrared emission remote control signal, another is by radio frequency (RF) transmission remote control signal. Security put forward higher requirements of wireless remote control a large number of applications and popularization of wireless remote control system, wireless remo
6、te control system of existing, analyzing their advantages and disadvantages of using complexity and security.keywords wireless remote control, safety- 3 -一、 无线遥控技术的起源和技术原理无线电遥控技术的诞生，起源于无线电通讯技术，最初的构想是无线电电报技术的建立，真空电子管的发明使得无限电技术的应用和普及很快应用在民用和军用等各个领域。在第一次世界大战时，无线电遥控应用较多的是在军事上，将遥控装置安装在鱼雷，当鱼雷发射后利用遥控鱼雷去攻击敌
7、方的船只和舰艇，使得鱼雷的命中率大大的提高。到了第二次世界大战时，纳粹德国又将无线电遥控系统安装在 V2 火箭上，对英国伦敦进行了大规模的轰炸，在那时可以说无线电遥控技术发挥到了极至。后来随着晶体管的发明和集成电路的诞生，无线电遥控技术达到了更加完善的程度，现如今我们所知道导弹、卫星、航天飞机等高科技技术都是利用无线电遥控技术的结晶，它已经不再是军事领域唯一成员，我们的日常生活可以说是已经离不了无线电遥控。由于无线电波是由发射点向四面八方传播，可以穿过阻挡物，而且可以传播到很远的距离，因此它的控制可以在很大区域和空间内实现，成为遥控的主要方式，在国防、军事、生产、建设和日常生活中有极广泛的应用
8、。遥控技术是对受控制对象进行远距离控制和监测的技术。它是利用自动控制技术，通信技术和计算机技术而形成的一门综合性技术，一般都是指对远距离的受控对象的单一的或两种极限动作进行控制的技术。它是发射机把控制的电信号先编码，然后转换成无线电波发送出去。接收机收到载有信息的无线电波接收、放大、解码，得到原先的控制电信号，这个电信号再进行功率放大来驱动相关的电器元件，实现无线的遥控。 二、 无线电遥控器的分类和组成无线电遥控就是利用电磁波在远距离上，按照人们的意志实现对物体对象的无线操纵和控制，这种无线控制的方式就叫做无线电遥控。从无线电遥控的定义上看，所有能够实现无线遥控的控制系统，都应视为无线电遥控装
9、置。 按发射和接收波谱频率上分，有音频声控、可见光控、红外线控、射频电磁波控和载频电磁波控等；按发射和接收的传输方式上分，有再生式、超再式、外差式、超外差式、等幅、调幅式和调频式等等；按发射和接收的载体性质上分，有单音频式遥控、双单音频式遥控、脉冲数字式遥控等等；按发射和接收的动作类型上分，有开关式、占空比式、脉宽式、脉位式、复合式、时分比例式和混合比例式等等；按发射和接收的通道数量上分，有单通道、双通道、四通道、八通道和十通道以上的多通道等等；按发射和接收频率波长上分，有长波、中波、短波或低频、高频和甚高频等等；从发射和接收的电路组成上看，有分立元件、集成电路、模拟电路、数字电路、混合电路等
10、等。无线电遥控设备和电路的组成。一般都包括以下几个部分遥控发射机、遥控接收机、执行舵机、电子调速器组成。遥控发射机 外部有一个长长的天线，遥控指令都是通过机壳外部的控制开关和按钮，经过内部电路的调制、编码，再通过高频信号放大电路由天线将电磁波发射出去。目前模型常用的遥控发射机有三种类型：一种是盒式按键手持用的小型遥控发射机；一种是便携杆式遥控发射机；另一种是手持枪式遥控发射机。前一种多为开关式模拟电路的遥控系统，- 4 -动作的指令都为“开”和“关”两种。而发射机为杆式和枪式两种通常为比例式的无线电遥控器，在动态仿真模型中是当今最为流行的遥控操作系统，由于这两种在调制、编码和电路的组成等方式的
11、不同，其性价比有很大的差异，所以在价格上也不同。比例遥控杆式发射机有两个操纵杆，左边的杆用来控制模型车的速度及刹车（前进或后退） ，右边的杆控制模型车的方向。枪式发射机用一个转轮（方向盘）和一个类似手枪扳机的操纵杆来分别控制方向和速度。遥控接收机 遥控接收机是安装在车模或船模上用来接收无线电信号的。它会处理来自遥控发射机的无线电信号，将所接收的信号进行放大、整形、解码，并把接收来的控制信号转换成执行电路可以识别的音频信号或是数字脉冲信号，传输给其他电子部件，如：舵机电路、电子调速器电路等执行机构。接收机一般都具有很高的灵敏度，性能低一些的接收距离也有几百米，而好的却能接收千米外发射来的无线电信
12、号。接收机一般都要与发射机配套使用，通常使用专用的电池组或使用六伏直流电源（4 节 5 号电池） 。伺服舵机 舵机是把从接收机传来的信号转换为机械的动作的一种机电一体的装置，主要作用是把接收机收到的电信号转换成相应的机械动作，借此完成方向和速度的控制。伺服舵机根据不同用途又可分为普通舵机、强力舵机和微型舵机。体积小而且精密，是现在比例遥控系统常用的动作执行机械。电子调速器 电调，是专门用在电动遥控模型上的动力输出控制装置，它是控制电动机的转速和正转反转的一种电子控制电路。也可以说电子调速器是接收来自接收机控制信号的一种放大装置，它将所接收到的比例信号放大成电动机可直接使用的电压和电流供电动机工
13、作。一些高级的电子变速器还运用了数码技术，采用高频操作，有多种程式刹车、温控自动保护以及自动断电等功能。 三、 无线遥控技术应用中存在的技术问题近年来，新型大规模遥控集成电路的不断出现，使得遥控技术有日新月异的发展，家用电器、安全环保以及人们的日常生活中使用越来越广泛，极大地方便了用户的操作和使用。阿特拉斯科普柯 Flex ROC T15 无线遥控顶锤式钻机，它是全无线遥控四轮驱动的设备。当运输是个麻烦事，或面对要求苛刻的工程师，这钻机就成了最好的帮手，其重量小于 3吨，且运输尺寸小，钻臂覆盖范围广，不仅保证了操作者的安全，而且灵活性强、生产效率高；无线传输遥控拍摄是一款支持无线协议的 SD
14、存储卡，不仅将相机拍摄的照片传输至智能设备，还可以使用智能设备遥控相机进行拍摄；全天候户外环境噪声自动检测系统，使确保了数据的有效性和正确性，具有防风，防雨，易于人工校准的户外传声单元，同时减少了丈量仪器的温度漂移，延长了仪器的使用寿命；多功能无线家庭影院遥控器设备采用两层系统，使用由像软件保护器一样的高功率红外传感器进行遥控，用户可以使用蓝牙将移动设备连接到软件保护器上，接着用户通过发射高功率红外光束到用户家里的墙壁上，将远程命令发送到用户的所有音频设备上，等等。其无线遥控的优点有以下几点：1、综合成本低，只需一次性投资，安装的周期短，维修方便、维修费用低、扩容能力强，迅速收回成本的优点。2
15、、组网灵活，可扩展性好，即插即用。3、可无方向性和距离方面的限制，提供最佳的运动自由度。4、可快速地实现满足客户特定要求应用，安全实现各种不同领域的数据研究。- 5 -5、电路调试简单，不影响周边的环境，不干扰其他电器设备。6、大大增加操作的安全性、舒适性和准确性，提高效率。当前无线遥控组件的应用，如车用防盗报警器、家用防盗报警器、车库门控器、遥控航模、遥控玩具、遥控家电及工业、农业、交通等众多的领域，随着各种具有无线遥控功能的电子产品和无线通信产品的大量普及和使用，也逐步暴露出来了一些急待解决的问题：一、代码窃取无论应用是安防系统（例如：键盘、无线传感器或访问控制） 、汽车的遥控无钥门禁（R
16、KE）系统还是身份验证系统，如今的无线系统都变得越来越复杂。无线应用使用射频（RF）波将命令从发送方发送到接收方设备。然而该 RF 消息是在公共媒介中发送的，这意味着在发送方侦听范围内具有类似接收方设备的任何人都将可接收到完全相同的消息。例如，如果将锁定和解锁消息简单地发送给车辆报警系统，那么侦听范围内的任何人均可轻松确定这些命令。然后，他们只需重发这些消息即可非法进入车辆。其无线系统易受外部攻击，其安全性受到严重的威胁。二、同频干扰日趋严重，抗干扰能力差据粗略的统计，目前国内带有无线遥控功能的产品（包括车用及家用防盗报警器、车库门控器、遥控开关、遥控玩具、航模等产品）正以每月数百万套（件）的
17、速度渗透到社会的各个领域，而在这些产品中，无线遥控部分几乎都是采用标称频率为 315.000 或433.920MHz 的载波频率 ,如此众多的遥控产品都工作在这两个频率上，而接收机又往往是宽带调幅( 或 ASK)制的，抗干扰能力极差，极易形成同频干扰，因受同频干扰而误控、失控或系统暂时失效的事件时有发生，特别是对可靠性和稳定性要求较高的各种防盗报警系统和工业遥控产品的安全性及可靠性构成了严重的威胁：1、系统失效：系统失效指的是发射机发出遥控指令后接收机不能作出响应。虽然各种遥控防盗报警系统的无线遥控部份都有地址码（密码） ，但只能防止误控，而不能防止失控，当系统受到同频干扰时，因接收机的解码器
18、无法识别地址码和控制码，即使配套的发射机已出了信号，但由于数据冲突使解码器不能识别而导致系统失效，特别是防盗报警系统在受到人为制造的恶意同频干扰时更是致命的，它将会导致整个防盗报警系统的失效。2、 系统失控：发射机的遥控指令发出后接收机有时能响应，有时又不能响应，系统时灵时不灵，开了不能关，关了又不能开，执行命令断断续续，这是由于系统抗干扰能力太差或受到短暂的同频干扰这而导致接收机解码断断续续造成的，这在工业及军（警）用遥控产品中也是绝对不允许的。3、 系统误控：- 6 -误控是指该动作的没动作，不该动作的却动作了；接收机在受到瞬间的干扰时可能地址码正确，但操作码产生错误，从而引起了误控，另一
19、方面，目前各种无线遥控产品中的绝大多数都是采用 PT2262/PT2272 及其兼容的固定码编码 /解码器，而这类编码/解码器一般只有八位三态地址，密码容量为 6561 组不重复，而这类遥控组件在社会上的拥有量又非常之大，重码概率也非常高，也是导致误控的主要原因，这在工业及军（警）用遥控产品中也是不允许的。三、环境适应性差在 ASK 制接收机中，目前以超再生式接收机为主流产品，因为这种接收机成本最低（目前一个不带解码的超再生式接收模块的批量价仅 RMB3 元左右） ，接收灵敏度也较高，市场占有率也最高，但由于超再生式接收机的工作频率取决于 LC 回路的谐振频率，无稳频措施，当其天线或谐振回路靠
20、近其它物体时会引起分布电容或分布电感的变化，从而导致工作频率发生漂移，遥控距离变近；另一方面，环境温度、湿度、电源电压的变化也会导致频率漂移、距离变近。严格地说，超再生式接收机应属于玩具级的产品，一般用于低档无线遥控玩具中，但是在市场竟争日趋激烈的今天，一些厂家为了降低产品成本，把这种玩具级的组件也用到了民用、甚至是工业产品中的，从而对产品的稳定性和可靠性埋下了隐患；我们认为在民用产品和工业产品中使用超再生式接收机是不适合的。普通遥控产品采用三态或四态地址编/解码器也是导至环境适应性和抗干扰能力差的原因：在三态或四态地址码中有一个状态是悬空态，即高阻态，这个状态在遇到空气潮湿或受到强电磁干扰时
21、就会在短时间内变成低电平或高电平，从而引起系统的错误判断，造成失控或误控。四、在微功率条件下无线遥控距离达不到用户要求：现代无线通信设备正朝着超小、超轻、低电压和超省电的方向发展，其主要原因有两个方面：1、低电压、微功率条件下可大幅度减小设备的体积、重量和功耗：随着超大规模集成电路和各种新型电子器件的广泛应用，无线通信产品中机芯部分的体积和重量都越来越小了，相比之下，电源(电池) 部份的变化却不太大，特别是对移动 (或便携式) 无线通信产品，电池 (组) 所占据的空间及重量比例也更加突出，如果继续沿用过去的高电压供电，较大的功率发射，则对设备的体积、重量、连续待机时间的改善都极为不利，最为有效
22、的改进措施就是采用低电压供电，并尽量减小设备在待机和工作状态下的耗电，只有这样才把产品做到超小、超轻、超省电；2、FCC、EN 等技术标准对发射功率有严格的限制：大家知道，在接收机一定的前题下，发射功率越大，无线通信距离就越远。做出口产品的厂商就常遇到这样的问题：一方面是产品的发射功率已经超出了 FCC 或 EN 等标准的限制了，必须减小，另一方面是在发射功率超标的情况下无线通信距离还不能满足用户的- 7 -要求，如果再减小发射功率就更不能满足用户对通信距离的求要了；如果要妥善地解决好这一矛盾就必须做到产品在微功率发射的前题下就有足够的通信距离。四、几个关键的技术问题及解决措施随着各种具有无线
23、遥控功能的电子产品和无线通信产品的大量普及和使用，它的安全性问题越来越受到人们的关注。虽然目前市场上的无线设备都通过各种机制来增强其安全性，但是很多业内人士研究发现保密协议存在着各种各样的安全漏洞，如保证数据的机密性，完整性和对接入的用户实现身份认证等。对于无线数据要安全传输，需采用加密算法扰乱消息法、零位保护、提高抗干扰性、防止同频干扰等措施，加强对内部电子线路进行自测，提高系统的安全性。1、加密算法扰乱消息加密是使用算法（密码）转换信息（明文）的过程，使此信息对除了具有特殊信息之外的其他人不可读。只有掌握完全相同的加密算法和加密密钥的人才能成功破解或解读密文的消息。仅扰乱消息还不够，因为即
24、使消息无法破解，但不法分子还是会利用它盗窃。为防止这情况发生，还必须在每次发送时使加密消息改变。此消息变化模式有是称“跳码”模式，这可防止复用先前的发送信息。2、采用零位保护的措施零位保护应满足点要求：一是操作前零点保护。操作前要求所有操作在零位档时才能发送操作指令。二是操作中零位保护。在意外断电后停止工作指令。发射器在电源电压过低时，应通过自检功能发出停止工作指令。遥控器要采用能检查错码的时分制周期数字传送方式，用于传送多种操作指令，防止误动作，提高安全性。3、采用多信道技术是防止同频干扰的有效措施具有多信道功能的多套同类无线通信产品分别工作在不同的信道上，由于每套的工作频率互不相同，即便是
25、多套同类产品在同一时间、同一区域同时使用也不会相互干扰了，特别是当系统有很多个信道可选用时，由于他人不知道系统的工作频率，防范人为制造的恶意同频干扰就变得很有效了。4、提高系统抗干扰能力的措施之一：选择合适的调制及解调方式在调幅（AM 或 ASK） 、调频（ FM 或 FSK） 、调相（PM 或 PSK）三种基本调制方式中，以调幅制式的抗干扰能力最差，在系统成本允许时应优先采用调频或调相制（调频与调相的抗干扰能力相当） 。提高系统抗干扰能力的措施之二：尽量减小系统的信道带宽系统的信道带宽越窄，各种干扰信号能进入接收机带宽的可能性就越小，系统的抗干扰能力就越强，因此，在系统成本允许的条件下应尽可
26、能减小系统的信道带宽提高系统搞干扰能力的措施之三：采用二态编码方案取消高阻态后，可防止由于电路板受潮、数字电路引脚受到强电磁干扰时引起的状态变化而带来的误码。提高系统抗干扰能力的措施之四：采用软件纠错技术- 8 -软件纠错技术可以降低数据在传输过程中因受到短时的突发尖峰干扰而产生的误码率。5、 尽量提高系统的有效接收灵敏度是在微功率条件下实现远程遥控的关键一般而言，在发射功率一定的条件下，接收灵敏度越高，遥控距离就越远，但由于在实际的使用环境中总是存在着各种各样的干扰源，灵敏度越高的接收机对干扰信号也越敏感，大量的实验证明：当接收灵敏度超过-100dBm 后如果系统的抗干扰措施跟不上，再提高接
27、收灵敏度将会变得毫无意义，因为我们通常说的接收灵敏度是在无外界干扰的屏蔽室内测得的技术指标，尽管这个指标可以做得很好，但如果系统没有足够的抗干扰能力，到了实际工作环境中，微弱的有用信号被大量的各种干扰信号淹没掉，过高的接收灵敏度就变得毫无意义了，因此，我们这里强调的是具有较强的干扰抑制能力条件下的有效接收灵敏度。6、 提高系统环境适应能力的的关键是采用自动频率微调（AFC）技术自动频率微调（AFC）技术可以克服由于温度、电源电压及环境改变而引起的频率漂移，以保持系统工作频率的稳定性。五.结论本次论文是对无线遥控的原理、组成、广泛应用和无线应用中的技术问题论述，进一步分析了无线遥控的安全性问题，
28、并提出提高无线安全性的措施。目前许多设备通过各种机制来增强其安全性，但是很多还存在着各种各样的安全漏洞，所以采用加密算法扰乱消息法、零位保护、提高系统灵敏度等，提高无线遥控系统的安全工作。六、毕业论文的致谢语三年的大学生生活即将结束，师大以其优良的学习风气，严谨的学习氛围教我求学，以博大包容的情怀胸襟、浪漫充实的校园生活育我成长。在此毕业论文完成之际，我向所有关心、爱护、帮助我的人们表示最真挚与美好的祝愿。本论文在导师郑华副教授的细心指导下完成的。导师有渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，平易近人的人格魅力，赋予我们终生受益无穷之道。本论文从选题到完成，倾注了导师的大量心血，在
29、此我向我的导师郑华副教授表示深切的谢意和祝福！本论文的完成也离不开各位老师，同学和朋友对我关心和帮助,在此也表示衷心的感谢！参考文献1 肖景和.无线电遥控组件及其应用电路.人民邮电出版社， 2004.2 王俊峰.现代遥控技术应用。人民邮电出版社，2005.3 曹志刚.现代通信原理M, 清华大学出版社，2005.4 童诗白.模拟电子技术基础第三版，高等教育出版社，2001.15 阎石.数字电子技术基础第四版.高等教育出版社，1998.116 高泽溪.现代通信与电子系统实验.北京航空航天大学出版社， 1996.87 郭维.现代通信系统集成电路的使用手册，电子土业出版社，1995.108 张玉兴、射
30、频模拟电路，电子工业出版社，2002.99 胡宴如.电子模拟技术.第二版高等教育出版社，200410 杨志忠.电子数字技术.第二版高等教育出版社， 200311 杨勇.新型无线遥控密码锁系统的研究：硕士学位论文 .西安，西北工业大学机械- 9 -电子工程系，200312 郭兆正.单片机遥控防盗报警系统.锦州师范学院学报（自然科学版）.2001.22（1）：373913 崔建国，一种微型无线遥控开关的研究.医疗卫生装备 .2004， （12）：5814 王宽仁.可靠安全的智能密码锁.电子技术应用，2001 ， （2） ；141615 于会山.一种新型红外线遥控智能密码锁.电子技术.2005 （1
31、0）454916 华东师范大学.红外遥控及其控制方法.中国专利.200410017236.2 200501-12- 10 -本科毕业论文(设计)开题报告学院：应用科技学院 专业：电子信息工程课题名称 无线遥控系统的安全性研究一、开展本课题的意义及工作内容：意义：随着电子技术的飞速发展，新型大规模遥控集成电路的不断出现，使得遥控技术有日新月异的发展。遥控装置的中心控制部件已从早期的分立元件、集成电路逐渐发展到现在的单片机微型计算机，智能化程度大大提高。近年来，遥控技术在工业生产，家用电器、安全环保以及人们的日常生活中使用越来越广泛。在无线遥控领域，目前常用的遥控方式主要有超声波遥控、红外线遥控、
32、无线电遥控等。工作内容：无线遥控系统目前主要有两大传输方式，一种是红外光发射遥控信号，这已大量使用于各种遥控电器以及工业控制系统中；另一种是通过射频（RF）传输遥控信号，目前大量使用于遥控玩具、车库、汽车防盗等系统。无线遥控的大量应用以及知识的普及对无线遥控系统的安全性提出了更高的要求，本课题通过研究现有的无线遥控系统，分析它们在使用复杂度以及安全性方面的优缺点。二、课题工作的总体安排及进度：2013.12-2014.01 进行选题资料的初步收集（上网或者图书馆收集）并完成开题报告的内容。2014.01-2014.02 对收集到的资料进行消化，吸收和整理，初步设计这一选题的具体实现方案，列出基本框架。2014.03-2014.04 熟悉所搜集资料并掌握，确定选题研究的基本流程，并开始进行分析研究。在这段时间中要实现课题的一些简单和基本的分析研究，并继续比较深入研究。对课题研究所要实现的目标进行加强，改进和整理，尽量增加特色功能，使课题更加完善，并对毕业论文初稿进行前期整理和撰写。2014.05 进行课题设计的收尾阶段处理，对毕业论文进行整体撰写和修改，并提交论文。三、课题预期达到的效果：通过本课题的研究，学习和掌握中外文文献的调研和查阅，学习科学论文写作的规范，论文可对从事无线遥控系统的设计人员提供参考，为以后从事科学研究打下基础，争取将研究成果公开发表。
