鑰匙(應答器)模塊的設計理念應答器(鑰匙)模塊由微控制器、高頻發射電路、低頻接收電路和開關按鈕組成,其中最重要的是一個3軸的接收天線,可以通過模擬前端感應出任意方向上的射頻信號。
由于應答器模塊是車主隨身攜帶的,所以該模塊必須以體積小、功耗低為設計原則,同時必須具備一定的安全性。根據以上特性,微控制器一般選擇微芯公司的PIC16F639。該芯片采用SSOP封裝,體積小,內置一個Keeloq加密模塊和一個3通道模擬前端,可用于多種低頻檢測和雙向智能通信。
應答器模塊采用3 V紐扣電池供電,采用內部4 MHz時鐘。在沒有低頻激勵的情況下,應答器模塊以標準RKE(Remote Key Entry)模式工作,當接收到有效的低頻激勵報文時,微控制器將如同按下一個虛擬按鍵一樣做出響應。4個按鍵(S1~S4)分別接到微控制器的PORT A口,通過電平的變化喚醒休眠中的PIC16F639,并觸發中斷,完成相應的上鎖、解鎖、報警等功能。當中斷程序完成以后,PIC16F639將重新進入休眠模式。
應答器對基站發送過來的低頻喚醒信號通過PIC16F639的3通道模擬前端實現。PIC16F639具有高達3
mVpp的模擬輸入靈敏度的3個天線連接引腳(LCX、LCY、LCZ)。通過連接3個分別指向x軸、y軸、z軸的天線,應答器可以隨時接收來自任何方向的信號,從而降低由天線的方向性而造成信號丟失的可能性。
PKE系統的設計綜述
低頻發射模塊和射頻接收模塊是無鑰匙系統的基本通訊鏈路,低頻發射采用125KHz,為上行鏈路,由車子端發送至鑰匙端;射頻接收采用315MHz或434MHz,為下行鏈路,由鑰匙端發送至車子端。
之所以采用125KHz,一方面是為了兼容引擎防盜的相關技術,更為重要的是125KHz的信號對距離敏感,可以實現精確的距離檢測,起到關鍵的定位作用。射頻則采用傳統RKE的頻段,一方面兼容遙控鑰匙的基本功能,更利用了其通訊速度快的優勢,所謂的通訊速度是指鑰匙跟車子間用于認證加密的數據傳輸,為保證在較短時間內完成無鑰匙開門或點火的過程,需要采用較高的波特率(一般為8~20kbps),通常不建議采用低端的SAW發射模塊(1kbps左右),而采用基于鎖相環技術的發射芯片來實現,例如NXP的PCF7900,其在FSK的模式下最高波特率可達到20kbps。同樣是為了這個目的,射頻頻段也有采用更高頻的868MHz或915MHz的趨勢。
如上圖所示,低頻發射模塊包括多個低頻天線,安裝于車門把手內用來實現無鑰匙進入(KeylessEntry),安裝于車身內部的用來實現無鑰匙啟動(一鍵啟動KeylessStart)。
通過上行和下行鏈路,鑰匙跟汽車可以建立起雙向通訊,進行復雜的身份認證。最新的一代認證技術稱為交互認證技術(Mutual-Authentication),不僅僅需要汽車來認證鑰匙,同時也需要鑰匙來判斷車子是否合法,任何錯誤都會導致整個通訊結束,以此來保證系統的安全性。通訊距離是由低頻上行鏈路125KHz決定,通常的PKE系統工作有效距離為2.5m左右,而實際有效開關門距離為1.5m~2m。除了車內外檢測精度以外,鑰匙端的功耗也是衡量一個無鑰匙系統好壞的重要指標,PCF7952自帶的電源管理模塊可以最大程度的降低整個系統功耗,一套成熟的無鑰匙系統方案,鑰匙端在一顆2032的3V鋰電池供電的情況下,電池壽命可以長達三年。
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