3.3 功能實現
3.3.2 認證功能實現
進行認證時，首先等待使用者按下認證指令，確認按下之後，便從 EEPROM 中讀出所需要的兩組識別碼、使用者序號、一組認證金鑰，之後透過半雙工的傳 輸機制，傳送出﹝識別碼 + 使用者序號﹞及﹝識別碼 + 認證金鑰﹞，遙控器端 送出認證所需的資料如使用者序列碼及認證金鑰，主機端再根據所傳來的使用者 序列碼從 EEPROM 中取出相對應的使用者認證金鑰，再與所收到的認證金鑰作比 對，若正確，便送出一認證通過信號回傳用戶端，之後主機端便根據所收到的功 能碼去執行使用者的要求，其流程圖可見圖 3-13，完成動作後，若主機端在接 受指令的時間內，發現有辨別碼不正確的情形則有系統故障或遭密碼掃描之風 險，便送出警告信號。若認證通過則在一定時間內開放使用者權限以控制捲門的 運作，稱為可操作時間，其長度可由使用者依需求自行設定，由數十秒到數分鐘 不等，透過一 LED 作為介面，本文則設定為 35.8Sec。
為了避免同時按上或下時，造成電磁開關發生短路的情形，利用軟體偵錯，
當馬達為停止狀態時，可接受往上或往下運轉的指令；但若已經往上或往下運轉 時，則只能接受停止的指令，避免出現短路的情況。
等待使用者送出控
Bit 的資料，則此四 BIT 分別寫入 0 或 1 亦會影響最後產生的新識別碼及認證金 鑰，例如原資料為 AAAA，轉為 8 位元後可成為 0A0A0A0A 或 A1A1A1A1，透過簡單 的 XOR 運算便可產生相當多的變化。之後再對所有的資料分次進行運算，產生出 新的識別碼及認證金鑰，見圖 3-15。
圖 3-14 4 位元轉 8 位元資料格式
圖 3-15 識別碼與認證金鑰運算示意圖
3.3.5 紅外線感測功能實現
透過在自動捲門前後佈置兩組紅外線收發器，使得我們可判斷使用者之進出
成為一個使用上的盲點。
針對以上可能情形，利用軟體來判斷紅外線接受器所回傳信號，其流程圖如 圖 3-16 所示，當捲門為落下狀態時，便自動開啟偵測機制，以達到吾人對於安 全性的要求。
圖 3-16 紅外線偵測機制流程圖
3.4 系統整合
我們將對 3.3 中所提出的各項功能作一整合，並提出完整的系統工作流程 圖。在確立了半雙工的資料傳輸機制後，配合所提出的結合二態及滾動碼的加密 方式，以及軟體偵錯，提出了完整的遙控器與遙控主機的工作流程，見圖 3-17 及圖 3-18。
圖 3-18 捲門主機工作方塊圖
在單晶片的使用上，吾人所使用的微控制器系列是由美國 MICROCHIP 公司所 開發生產的 8 位元單晶片微電腦。PIC 是一個採用精簡指令架構，易學易用輸入 輸出介面功能強的 8 位元單晶片微電腦。基本上 PIC8 位元微控制器的分類根據 指令位元數的大小可分為三類，基本型的指令為 12 位元(編號 PIC12CXX、
16C5X)、中階型的指令為 14 位元(編號 PIC16C6X、16C7X、16F87X)以及高階型 的指令為 16 位元(編號 PIC17CXX、18Cxx、18FXX2)。PIC 微控制器各個系列單晶 片雖然在功能、記憶體大小及接腳個數上略有不同，其內部架構及指令集卻是大 同小異[20][21]。
在本系統中，考慮功耗、週邊功能的擴展等需要，本系統選用 MICROCHIP 的 PIC18F452 單晶片，40-PIN DIP。PIC18F452 採用 HARVARD 電腦的架構，精簡 指令集(RISC)，共有 75 個組合語言指令，且大部分的指令皆固定為 16 位元的字 元(Word)以及少部分的指令為 2 個 16 位元字元，64K 的 EEPROM，工作時脈最快 可到 40MHZ。
在程式的開發方面，吾人使用的工具是美國 Microchip Technology Inc. 所 發展的一套微處理控制器軟體：MPLAB IDE 以研發作業平台，它架構於 Windows 的 作業環境；對使用者而言，MPLAB IDE 展現出優越的多視窗的除錯環境，可協助 使用者迅速找出程式錯誤之所在。
MPLAB IDE 是一套整合式的發展平台，在 MPLAB 的架構下它提供多視窗文 字編輯功能，使用者可直接在 MPLAB 環境下直接撰寫、修改原始程式(Source Code)，同時使用者也可以直接啟動語言工具(Language Tools)進行 C 的編譯 (Compiler)或組譯(Assembler) 工作，產生微處理機可執行的 HEX 檔(INTEL＇s HEX Format)。使用者可依實際的除錯環境來選擇使用何種硬體模擬或軟體模擬 方式來除錯，最後使用者可直接啟動 MPLAB 的燒錄功能來燒錄 PICmicro，完成 此設計案；以上為使用微處理架構的單晶片時不可欠缺的步驟，透過 MPLAB 的
圖 3-19 MPLAB 整合式的發展平台
圖 3-20 MPLAB 開發環境。
第4章 自動捲門監控系統驗證
根據第三章所提出的架構，吾人實現了自動捲門監控系統，見圖 4-1，包含 使用者端的遙控器及自動捲門監控系統主機，接下來將利用此一系統來作各項功 能的驗證。
圖 4-1 自動捲門監控系統
4.1 資料傳輸
考慮到使用環境的問題，無線電波傳輸效率並不如預期理想，且實際空間中 充滿各式各樣的電磁信號，接收模組所收到的序列信號便容易受到雜訊干擾，為 了確保收到信號的正確性，本系統使用 HT-12D、HT12E 編解碼 IC 及 TG-11B 無線傳輸模組實現資料的傳輸，故在設計主機端與使用者端的通訊機制時，便需 考慮到上述硬體之特性作設計。HT-12D 及 HT-12E 為了確定資料傳輸正確，且避 免雜訊影響，對於一信號的處理需累積多次重複收到才視為一正確信號，故其信 號之發送週期較長，見圖 4-2，其週期約為 20ms。了解這點後，在主機端與使
即每次發送單筆資料 10 次，在資料的接收端，則同步接收，且須接收到 3 次以 上才視為正確的資料。其中每一筆的資料本身共 13 個位元，可見圖 4-3，一長 時間連續 LOW 的信號與第一個信號組成起始位元，第 2 到第 9 位元則為辨別碼，
第 10 到 13 位元則為指令碼。
而因發射端與接收端的信號傳遞必有一時間延遲，故吾人建立一同步機制，
以確保不會誤判傳輸資料。首先在主機端與用戶端先定義一相同的傳送時間，當 傳送資料時候，先送出起始位元，接收端收到起始位元後，則開始計數其長度，
達到所定義傳送時間之 80%時，則判斷正確，之後便開始讀取所傳送的資料，當 收到結束位元後，便回傳訊號告知發送端資料讀取已結束。
圖 4-2 資料傳輸波形週期
圖 4-3 資料傳輸內容圖
4.2 認證機制
當使用者按下認證鈕後，會送出兩筆資料，第一筆資料為 8 位元的識別碼及 4 位元的用戶序列碼，共送 10 次，再進行第二筆資料的發送，前 8 位元為與前 筆資料相同的識別碼，後 4 位元則為認證金鑰，認證金鑰與辨別碼共同組成一 12 位元的資料可用來當作密碼識別，有效增加了辨別碼長度到 12 位元，共 4096 組。發送完畢後便等待主機端的回傳信號，根據認證成功與否，透過 LED 燈傳遞 資訊給使用者，如圖 4-5。
主機端收到認證要求時，會根據所收到的使用者序列號從 EEPROM 中讀出所 對應的認證金鑰，此時認證金鑰與辨別碼共同組成一 12 位元的資料，再與先前 所收到使用者傳來之認証金鑰作比對，若正確，則視為認證通過，送出相對應的 認證信號；若否，則送出認證失敗信號。
圖 4-4 送出的認證資料波形圖
圖 4-5 認證通過介面：LED 燈號
4.3 隨機碼
認證通過後，遙控器上的 LED 會持續點亮，已告知使用者可在 LED 熄滅前的 這段時間內，可任意送出捲門遙控要求。自動捲門主機根據使用者按下按鈕時間 長短來作計數，其示意圖可見圖 4-6，不同時間長度的捲門遙控要求代表不同的 計數值，當限定時間結束後，便會透過資料傳輸機制，將所計數之值回傳到遙控 器上作各項資料之更新。
圖 4-6 捲門可遙控時間與計數機制示意圖
4.4 驗證碼與認證金鑰
後，發現仍相等，則代表資料為 00000000 或 11111111，此時則針對特列作修正，得到表 4-2 之結果。
表 4-1 連續 8 次操作的識別碼變化
表 4-3 連續 4 次操作的認證金鑰變化 次數 認證金鑰 0010 認證金鑰變化率
1 1010 25%
2 1110 25%
3 1000 50%
4 1010 25%
4.5 紅外線監控系統
利用在自動捲門之前後兩側設置一組紅外線感測系統，可有效判斷當捲門落 下時，其正下方是否有人或異物，減少誤傷人員的機會，可見圖 4-7。
兩組紅外線分別連接到單晶片的接腳中斷，預設信號為 LOW，若有人經過紅 外線感測區域時，則變為 HIGH，進而引發接腳中斷。吾人可知，若在鐵捲門落 下時，若有人欲尾隨進入，則必將觸發兩組紅外線感測器所對應之接腳中斷，且 有其先後順序，故可判斷是否有人尾隨進入。
實測時發現，紅外線收射器與接收器之距離會影響其判斷的正確性，且使用 的紅外線無法判斷是人或動物，且只有兩組紅外線感測器的數目對於若同時有多 人進出自動捲門，則會有誤判的情形發生。
4.6 電磁開關與馬達驅動
當使用者通過認證並開始傳送捲門遙控指令時，主機端便根據所收到的指令 作軟體偵錯，避免發生電磁開關的 MCR 及 MLR 同時導通，使得單相直流馬達發生 短路之情況，嚴重時可能燒毀馬達並引發火災造成人員傷亡及財產的損失。
電磁開關工作之情形可見圖 4-8、圖 4-9 及圖 4-10
圖 4-8 電磁開關關閉，馬達不運作
圖 4-9 電磁開關運作使得馬達正轉
圖 4-10 電磁開關運作使得馬達反轉
第5章 未來展望
參考文獻
[10]如何選購鐵捲門遙控器，from web：
http://e-shin.com.tw/cht/modules/news/article.php?storyid=5。
[11]HCS300 datasheet，from web：
http://ww1.microchip.com/downloads/cn/DeviceDoc/cn_21137f.pdf。
[13]王璧超，馬達控制原理概論，儒林圖書公司，1988。
[14]王佑仁，電機機械與電力電子學原理，五南圖書出版有限公司，2002。
[15]東元交流馬達規格，from web：http://www.teco.com.tw。
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http://www.tubular-motor.com.tw/c-09.htm。
[17]無線電收發模組電路製作介紹，from web：
http://designer.mech.yzu.edu.tw/article/articles/technical.htm。
[18]TG-11 datasheet，from web：
http://www.100y.com.tw/pdf_file/TG11-315M.pdf。
[19]ht-12 datasheet ，from web ：http://www.holtek.com.tw。
[20]王聖弼、李魁才、林書弘及李育璿，微電腦人員追蹤控制系統，光武技術學 院專案報告，2003。
[21]施慶隆及劉宴維，PIC18FXX2 微控制器原理與實作，使用組合語言與 C 語 言，宏友圖書開發股份有限公司，2004。