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PKE专项方案比较.doc
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1、PIC方案介绍智能无线通讯要求自动操作,即不需要使用者按任何按钮,系统能够自己检测或发送信号,100%独立,在不一样环境下能够自学习和自适应,在有噪音环境下能够排除噪音正常工作。 上述智能无线通讯系统有很多要求,第一个要求是体积小、成本低,处理方案用一个智能单片机来实现,单片机由数字和模拟前端组合成一个芯片;第二个要求是经济双向通讯,基站命令用125KHz低频发送,高频响应,用低频发送成本逐步降低;第三个要求是通讯距离在2米以上,其应答器有高度输入灵敏度,在3毫伏左右;工作在有噪声环境下,因为在通常环境下有很多噪音干扰,所以在设计系统时候要求有高度灵敏度很关键;另外就是消除天线方向性,因为控制
2、信号不可能一直从一个方向发来,尤其是随身携带单元,发送方向不可能控制,所以在应答器板上使用三个方向天线XYZ,不管信号从哪个方面来全部能够接收到;再者是对电池寿命要求,因为有部分电池是用来作汽车里面胎压检测系统,不可能每6个月打开换电池,所以采取唤醒滤波器以降低电流使用;最终是数据安全性要求,发送信号加密,收到信号时再解密,使用加密解密算法有很多,Microchip用Keylock算法。图1所表示是一个智能被动无匙门禁系统,图示系统和普遍使用系统有相同地方也有完全不一样地方,左边基站由一个单片机和高频发送器和低频发送器和接收器组成,基站发出125KHz低频命令,当右面智能接收器收到信号时会处理
3、信号,信号达成一定要求使用高频或低频作为响应。智能接收器有3个接收方向XYZ,不管信号从哪个方向送来全部能够接收到这个信号,而且使用者不需要任何按钮。这么智能接收器能够自动接收信号、发送信号和处理信号。图2所表示是PKE应答器原理图,图中PIC16F639是由PIC16F636和MCP2030组成,其中MCP2032是模拟前端,PIC16F636是另外一个单片机,使用PIC16F636和模拟前端组合在一起关键是因为PIC16F636有Keylock加密解密功效,如果使用者不需加密解密功效则能够使用2030模拟前端和其它单片机组合。应用示例 在汽车系统应用中有很多智能应答器使用,如智能车辆出入系
4、统、引擎防盗锁止系统(图3所表示)和胎压监测系统(TPMS)。智能PKE应答器不仅适用在汽车里面,也能够应用在其它地方,如车库开门关门、公共停车场,很多汽车假如有智能应答器,汽车靠近停车场时门会自动打开。 胎压检测系统(图4所表示)显示组关键由三个单位组成:一个在轮胎里面,图中左下角由智能单片机、胎压传感器和高频发送器组成;右角上方是基站,关键由一个单片机和一个高频接收器组成;右方下角是低频触发器,通常放在靠近轮胎很近车身部分,使用时每3或4秒低频触发器会发出一个开启命令给轮胎单位,轮胎里面智能单片机收到信号达成要求时,会告诉胎压传感器去测量轮胎温度和胎压,然后再由高频发送器把胎压数据发给基站
5、。可编程数字唤醒滤波器 使用唤醒滤波器目标关键是降低工作电流,从而能够延长电池寿命。通常情况下,数字部分一直保持在睡眠状态,以达成最低电流使用。而模拟前端不停地寻求输入信号,只有在达成预定波形也即输入信号达成要求时,模拟前端才会去唤醒滤波器。 智能被动无钥门禁(PKE)系统设计 图5所表示为一个含有没有电池和后备电池应答器电路,有些情况下,假如电池接触不好系统会没有电,能够用磁场来短暂给供电,这么应答器在没有电池情况下照样能够工作。 系统工作要求是,在应答器方面需要有低频电线,高频发送器,和部分系统可选后备电子电路,另外还要有一个智能单片机和单片机部件;基站系统要求有低频发送器、高频接收器、天
6、线、单片机和单片机固件部分。 双向通讯距离有部分参数,应答器需要天线调谐及Q,天线定位使用三维天线,接收灵敏度,输出信号调制深度;基站需要输出功率和接收灵敏度。 天线设计低频普遍是采取125KHz,现在使用LC谐振电路;天线类型使用空心线圈或铁氧体磁心,LC谐振频率和基站载波频率相同,范围被动标签在1米左右,主动标签在5米左右。高频率从315MHz到960MHz,最常见是315MHz和433MHz,使用偶极电线刻在PCB上,范围相对高得多,被动标签大约在5米左右,主动标签在100米左右。图6所表示为一个磁通量和天线感应电压关系公式,这里关键是说明在判定感应电压时候看到很多原因:比如线圈匝数、接
7、触器线圈表面积、频率、接收电线和发送天线角度全部会影响到天线感应电压。 图7所表示为一个天线感应电压和距离关系,大图上显示了基站和接收器靠很近时候,信号电压是200V,小图则显示了距离到3米时候,电压信号只有达成5毫伏峰值,能够看出信号输入灵敏度在这里是很关键。 我们能够作一下总结,一个智能无线通讯系统需要可靠自动操作,具体包含智能双向通讯、低系统成本、低频输入高灵敏度(这一点比较关键),低功耗和安全数据加密和解密,结论是用一个智能单片机构建系统能够达成全部要求,所以能够作为一个可靠处理方案。 发短消息 加为好友 查看资料 E-空间 yulzhu 在线 帖子: 297 积分: 8296 博文:
8、 465 注册时间: /7/22 19:27:18 最终登录: /9/26 11:53:38 头衔: 汽车电子硬件设计组长 模拟电路设计组长 新能源汽车组长 工程师该知道经济组长 纵论汽车产业组长 艾睿电子应用方案版主 艾睿电子应用方案-汽车电子版主 艾睿电子应用方案-触控面板版主 艾睿电子应用方案-照明版主 艾睿电子应用方案-机电控制版主 艾睿电子应用方案-嵌入式版主 艾睿电子应用方案-模拟版主 汽车电子版主 NXP方案介绍汽车安全和防盗最初电子化开始于1994年引擎防盗(IMMO),恩智浦半导体(当初飞利浦半导体)作为第一家半导体企业把RFID电子标签技术成功应用于汽车电子引擎锁:经过汽车
9、和钥匙间125kHz无线通讯实现电子身份识别,来判定开启汽车引擎。这一技术极大提升了汽车安全性,很快就在欧洲和北美地域广泛应用,并在短短几年时间内使欧洲汽车失窃率大幅降低了90%,所以成为整个欧洲汽车标准配置。遥控钥匙(RKE)出现为大家带来了很好用户体验,满足了大家对便利性及舒适性要求,但因为其射频单向通讯技术限制,在安全性上有其本身不足。恩智浦半导体(以下简称NXP)适时推出集成方案(Combi)把引擎防盗和遥控钥匙合二为一,用一颗芯片来实现,既提升了系统安全性,又降低了整个钥匙成本,逐步替代独立遥控钥匙成为欧美日市场上主流方案。当然,在射频通讯上其仍然保留单向通讯,安全性并没有本质提升。
10、 图一 ,NXP推出了无钥匙系统(PKE或称PEPS),根本改变了汽车安防应用领域发展前景,给用户带来了全新舒适和便利体验:车主在整个驾车过程中全部完全不需要使用钥匙,只需要随身携带。当车主进入车子周围有效范围时,车子会自动检测钥匙并进行身份识别,如成功会对应打开车门或后备箱;当车主进入车内,只需要按引擎开启按钮,车子会自动检测钥匙位置,判定钥匙是否在车内,是否在主驾位置,如成功则发动引擎。千万不要小瞧这个看似不起眼改变,它在简化你生活方面发挥着重大作用。无钥匙系统绝不仅仅是带来了舒适和方便,其在安全性方面也有了本质提升,经过低频和射频双向通讯,汽车和钥匙之间能够完成复杂双向身份认证,在安全性
11、方面和引擎防盗类似,要远好于传统遥控钥匙。从少许高端车型成功量产无钥匙系统开始,全球市场用了两到三年时间推广普及这一技术,目前,几乎全球每一个主流车厂全部有应用NXP无钥匙产品,覆盖中高端车型,甚至是低端车型。我们一起看一下这一技术到底是怎样实现。如图二所表示,无钥匙系统共需要检测判定三种区域:灰色车外区域,淡粉色车内区域和灰白色主驾位置。其中灰色阴影区包含三部分,分别表示主驾,副驾,后备箱车门控制有效区域,当车主带着钥匙进入这一位置时,车子跟钥匙间就能够建立起有效通讯,经过低频信号场强检测,车子能够判定出钥匙对应位置,由此决定打开对应车门。淡粉色车内区域是整个PKE系统设计难点,要正确判定钥
12、匙是否在车内,来决定车门状态和发动机是否能够开启。在一些高端车型设计中还会检测灰白色主驾区域,钥匙是否有效,主驾位置是否有些人,避免诸如儿童误操作造成引擎开启;另外还可能包含后备箱内区域检测,为预防钥匙被误锁入后备箱。总而言之,我们能够发觉在无钥匙系统中,区域检测是一个很关键且区分于以往多种汽车安防产品技术,所以区域检测精度就成为衡量一个无钥匙系统好坏关键参数。现在市场上关键有两种对应技术,其一是经过调整低频信号灵敏度强弱进而依据通讯是否稳定进行模糊判定,其精度有限但实现方便;其二是基于接收低频信号强度检测来判定,即RSSI(ReceivedSignalStrengthIndication),
13、依据低频信号大小来计算钥匙和车内低频天线相对距离,经过多根低频天线交叉覆盖范围,正确定位钥匙具体位置。NXP产品全部采取第二种技术。为达成理想性能参数,NXP提供了最小2.5mV三维低频接收前端信号灵敏度,而经典灵敏度值能够达成1mV。不一样于其它处理方案逐次迫近式(SuccessiveApproximation)ADC,NXP采取12位Sigma-Delta(-)ADC,经过多点采样平均来消除噪声干扰,现在已经实现最好车内车外检测精度高达2cm。现在,车厂通常要求车内车外检测精度为510cm。图二 无钥匙系统结构框图图三所表示,左侧为汽车端,包含主控制器(BodyControlUnit),车
14、门把手和后备箱把手触发模块,引擎一键开启模块,引擎防盗基站模块(IMMOBasestation),低频发射模块和射频接收模块。其中三个绿色模块关键是用来触发整个系统,当车主拉动车门或按下一键开启按钮,对应模块会发送中止信号来唤醒主控MCU,开始整个通讯过程。常见无钥匙系统工作模式分两大类:触发模式和扫描模式(polling),其中触发模式分为机械触发和电子感应触发,这里需要综合考虑系统成本和系统性能,比如整个系统响应时间。引擎防盗基站模块是低频通讯模块(125KHz),用来实现跟钥匙近距离通讯,发动引擎,这一功效是备用方案,又称“无电模式”,只有在钥匙电池耗尽或有意外干扰无钥匙系统造成无法正常
15、工作时才会采取。这种情况下,用户只需要手持钥匙放在固定位置(比如凹槽),钥匙就能够跟基站建立通讯,进行身份认证来开启引擎。NXP无钥匙系统PCF7952和PCF7953一大特色就是芯片本身集成了引擎防盗功效,完全兼容NXP全部Transponder产品,包含PCF7936。这极大提升了系统可靠性而且不需要额外增加成本,具体细节后续还会提到。图3:无钥匙系统结构框图。 低频发射模块和射频接收模块是无钥匙系统基础通讯链路,低频发射采取125KHz,为上行链路,由车子端发送至钥匙端;射频接收采取315MHz或434MHz,为下行链路,由钥匙端发送至车子端。之所以采取125KHz,首先是为了兼容引擎防
16、盗相关技术,更为关键是125KHz信号对距离敏感,能够实现正确距离检测,起到关键定位作用。射频则采取传统RKE频段,首先兼容遥控钥匙基础功效,更利用了其通讯速度快优势,这里需要着重申明是,所谓通讯速度是指钥匙跟车子间用于认证加密数据传输,为确保在较短时间内完成无钥匙开门或点火过程,需要采取较高波特率(通常为820kbps),通常不提议采取低端SAW发射模块(1kbps左右),而采取基于锁相环技术发射芯片来实现,比如NXPPCF7900,其在FSK模式下最高波特率可达成20kbps。一样是为了这个目标,射频频段也有采取更高频868MHz或915MHz趋势。图所表示,低频发射模块包含多个低频天线,
17、安装于车门把手内用来实现无钥匙进入(KeylessEntry),安装于车身内部用来实现无钥匙开启(一键开启KeylessStart)。钥匙端具体框图图四所表示,主芯片是NXPPCF7952或PCF7953,射频发射芯片采取NXPPCF7900,对应在车子端射频接收芯片是NXPPQJ7910。PCF7952/53含有低频模拟前端(LFFrontEnd),用来连接外围3D天线。在无钥匙系统中,钥匙端需要外置3D低频天线,能够接收检测外部空间3D能量场强,分别为X,Y,Z轴,通过叠加3个方向上能量,能够确保钥匙在任何角度全部能检测到一样场强。其中一轴天线还被复用为IMMO功效,实现无电模式下引擎开启
18、。经过上行和下行链路,钥匙跟汽车能够建立起双向通讯,进行复杂身份认证。最新一代认证技术称为交互认证技术(Mutual-Authentication),不仅仅需要汽车来认证钥匙,同时也需要钥匙来判定车子是否正当,任何错误全部会造成整个通讯结束,以此来确保系统安全性。通讯距离是由低频上行链路125KHz决定,通常PKE系统工作有效距离为2.5m左右,而实际有效开关门距离为1.5m2m。除了车内外检测精度以外,钥匙端功耗也是衡量一个无钥匙系统好坏关键指标,PCF7952自带电源管理模块能够最大程度降低整个系统功耗,一套成熟无钥匙系统方案,钥匙端在一颗20323V锂电池供电情况下,电池寿命能够长达三年
19、。图4:钥匙端模块框图。在无钥匙系统以后,汽车安全和防盗产品将会走向何方?NXP已经给出了确切答案:Keylink,即下一代汽车钥匙。它最大突破在于,把车钥匙跟外围智能终端联络起来,使钥匙能够跟诸如手机,PDA等设备实现近距离无线连接,借助于手机等智能终端显示功效和强大处理能力,一个无比宽广应用空间摆在了我们面前:- 随时查询车辆状态,门窗状态,油箱油量,车内温度手机屏幕上显示应有尽有- 寻求汽车,经过钥匙跟手机配合,手机GPS导航帮你轻松找到停车地点- 轻松制订出行路线,在电脑前将选定出行路线存入钥匙。进入汽车时,车载导航仪将自动导入出行信息- 车辆维护,车辆出厂统计,维修统计,全部全部存在
20、钥匙中,便于维护。类似以上应用还有很多很多,下面这则新闻则是Keylink又一新应用,能够让我们更近距离地了解这一技术,也以此作为本文结束:年10月22日宝马(BMW)技术研发部和恩智浦半导体(NXPSemiconductors,由飞利浦创建独立半导体企业)推出全球第一款多功效车钥匙原型。这款产品原型含有非接触支付功效,个人进入控制和优异公共交通电子车票功效,以实现更强移动性体验。配置了恩智浦SmartMX安全芯片,这款产品原型首次实现了经过车钥匙让驾驶者进行快速、安全和便捷电子支付,为未来消费者开创了激感人心全新应用环境。#4PIC16F639具体方案钥匙设计包含一片集成了三轴向模拟前端(A
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