一種汽車(chē)雙向遙控門(mén)鎖系統的實(shí)現

摘要：本文介紹了基于射頻SoC nRF9E5的無(wú)線(xiàn)收發(fā)系統框架、各個(gè)組成部分、工作方式和配置方法。在此基礎上，設計了由nRF9E5和4位點(diǎn)陣式LCD模塊構成的一種簡(jiǎn)單的雙向遙控門(mén)鎖顯示系統。
關(guān)鍵詞：雙向遙控門(mén)鎖；無(wú)線(xiàn)收發(fā)系統；LCD

引言
汽車(chē)遙控車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)(remote keyless entry，RKE)已經(jīng)成為汽車(chē)不可或缺的部分。RKE對于提高汽車(chē)的防盜性和控制性有重要意義。以往設計的單向RKE 系統由一個(gè)控制端與一個(gè)執行端組成，這種系統最大的不便是只有用戶(hù)發(fā)送信息給車(chē)門(mén)，而車(chē)門(mén)無(wú)法將自己的信息反饋給用戶(hù)，這就使得用戶(hù)無(wú)法知道汽車(chē)的狀況，給汽車(chē)的安全帶來(lái)隱患。此外，由于系統由電池供電，降低功耗也是一個(gè)比較大的問(wèn)題。為了解決這兩個(gè)問(wèn)題，本文設計了一個(gè)基于無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片nRF9E5和LCD芯片12864-12實(shí)現的雙向RKE系統。

圖1 雙向RKE系統構成

圖2 nRF9E5與 點(diǎn)陣式LCD接口示意圖

圖3 上位機收發(fā)程序流程

圖4 下位機收發(fā)程序流程

nRF9E5功能介紹
nRF9E5 是Nordic 公司 推出的系統級RF芯片，其內置nRF905 43 3/868/915 MHz收發(fā)器、8051 兼容微控制器和4 輸入10 位80ksps ADC，其內置nRF905 收發(fā)器與nRF905 芯片的收發(fā)器一樣， 可以工作于ShockBurst(自動(dòng)處理前綴、地址和CRC)方式。內置電壓調整模塊， 最大限度地抑制噪聲， 為系統提供1 . 9 ~3.6V 的工作電壓。

nRF9E5 的片內微控制器有1 個(gè)和8051相同的串口，可以用定時(shí)器1 和定時(shí)器2 來(lái)作為異步通信的波特率產(chǎn)生器。微處理器中含有256B的數據RAM和512B的ROM，此外， 還擴展了2 個(gè)數據指針， 以方便于從XRAM 區讀取數據。上電復位或軟件復位后， 處理器自動(dòng)執行ROM引導區中的代碼。用戶(hù)程序通常是在引導區的引導下， 從EEPROM加載到1個(gè)4KB的RAM中， 這個(gè)4KB的RAM也可用于存儲數據。

　　　nRF9E5片內集成了收發(fā)器，它可以通過(guò)內部并行端口或內部SPI與其它模塊進(jìn)行通信，具有同單片射頻收發(fā)器nRF905 相同的功能。收發(fā)器通過(guò)片內的并行端口或S P I與微控制器通信。nRF9E5收發(fā)器由1 個(gè)完整的頻率合成器、1 個(gè)功率放大器、1 個(gè)調節器和2 個(gè)接收器組成。輸出功率、頻道和其它射頻參數可通過(guò)對特殊功能寄存器RADIO(0xA0) 編程進(jìn)行控制。在發(fā)射模式下，射頻電流為11mA，接收模式下為12.5mA。為了節能， 可通過(guò)程序控制收發(fā)器的開(kāi)/ 關(guān)。

雙向RKE系統硬件組成
　　　雙向RKE系統由數據終端和主收發(fā)器兩大部分組成。其中數據終端是用戶(hù)隨身攜帶的，可以理解為一種遙控鑰匙，而主收發(fā)器是安裝在車(chē)門(mén)內的，用于開(kāi)啟車(chē)門(mén)。數據終端和主收發(fā)器之間的數據通信是通過(guò)nRF9E5來(lái)進(jìn)行的。由于nRF9E5內置微控制器且所傳輸的數據量不是很大，因此在RKE系統中既不需要另外附加微控制器，也不需要擴展其它的存儲器，使得系統硬件構造非常簡(jiǎn)單。整個(gè)雙向RKE系統如圖1所示。

　　　其中主收發(fā)器和數據終端都可以通過(guò)RS-232或者USB接口與PC相連，可以實(shí)現PC與nRF9E5之間的通信，這樣就可以通過(guò)PC將數據終端要顯示的字符(報警信息)以ASCII的形式寫(xiě)入到數據終端的內存中，當汽車(chē)需要報警時(shí)，數據終端就將這些報警信息提出來(lái)，然后通過(guò)LCD顯示出來(lái)。同時(shí)可以通過(guò)PC將所有命令預先固化到硬件中，到時(shí)用戶(hù)只需要通過(guò)手中的按鍵操作就可以實(shí)現數據的雙向傳送。

在用戶(hù)端的數據終端中，由于采用的LCD為4位點(diǎn)陣式液晶顯示器，此顯示模塊內部的控制和驅動(dòng)器都是由CMOS電路組成，CMOS電路是低功耗器件，而nRF9E5也是采用CMOS結構，故可以省去單片機與顯示模塊之間的驅動(dòng)電路，直接將兩者相連。其硬件接口連接如圖2所示。按圖中接口，上電時(shí)，LCD自動(dòng)復位為8位數據總線(xiàn)、單行顯示方式，顯示器的左8位點(diǎn)亮，右8位熄滅。在初始化程序中須用指令將LCD設置成4位數據總線(xiàn)、雙行顯示方式，使顯示的左8位和右8位都處在工作狀態(tài)。

此外，對于nRF9E5而言，其最大的優(yōu)點(diǎn)是具有載波檢測功能。當收發(fā)器準備發(fā)送數據時(shí)， 它首先進(jìn)入接收方式并探測所工作的信道是否空閑。載波檢測的標準一般比靈敏度低5 dBm，比如，靈敏度為-100 dBm，載波檢測功能探測低至-105 dBm 的載波。也就是說(shuō)，載波低于-105 dBm，載波檢測信號為低(一般為0)，高于-95 dBm，則載波檢測信號為高(一般為VDD)，介于-105~-95 dBm 之間， 載波檢測信號可能為低也可能為高。這個(gè)特性很好避免了同一工作頻率下不同發(fā)射器數據包之間的碰撞，有效地防止了信號的干擾。提高了無(wú)線(xiàn)鑰匙收發(fā)的穩定性。

此外，在系統中還需加一簡(jiǎn)單的蜂鳴器。當系統需要報警時(shí)，蜂鳴器就發(fā)出響聲，而此時(shí)報警信息就會(huì )在LCD上顯示出來(lái)。

系統軟件設計
通信協(xié)議
要實(shí)現上鎖/開(kāi)鎖及安全報警功能，就必須完成數據終端和主收發(fā)器之間的無(wú)線(xiàn)數據通信。整個(gè)系統的各個(gè)部分都是服務(wù)于無(wú)線(xiàn)數據傳輸這個(gè)目的。所以， 在整個(gè)系統的軟件設計中， 無(wú)線(xiàn)數據的傳輸為最重要部分。無(wú)線(xiàn)傳輸以數據幀的方式進(jìn)行，數據幀的格式如表1所示。

前導碼主要用于防止有用數據被干擾；ID主要用來(lái)標志特定汽車(chē)的信息，以便正確辨認，如果ID不匹配，數據幀就會(huì )被忽略；信息碼用來(lái)表示用戶(hù)的操作，這些操作包括上鎖、開(kāi)鎖、顯示警報等。當用戶(hù)發(fā)送相應命令時(shí)，就分別執行上鎖、開(kāi)鎖，而當用戶(hù)超出收發(fā)范圍時(shí)，主收發(fā)器能夠自動(dòng)發(fā)送警告信息；校驗碼則用于檢驗接收的數據是否正確，不正確時(shí)，需重發(fā)數據幀。

軟件流程
由于數據終端和主收發(fā)器之間的通信是雙工的，所以在實(shí)際系統運行時(shí)，數據的傳輸方向也是不斷變化的。為此，要實(shí)現雙方協(xié)調通信，就必須設計出一個(gè)比較適合的收發(fā)次序。為了更好地說(shuō)明程序流程，在這里將用戶(hù)那邊的數據終端定為上位機，而將車(chē)內的主收發(fā)器定為下位機。上位機和下位機收發(fā)流程如圖3、圖4所示。

結語(yǔ)
采用nRF9E5構成的雙向RKE系統中的無(wú)線(xiàn)數據傳輸部分不需要外置微控制器，也不需要外擴存儲器；當和點(diǎn)陣式LCD相連時(shí)，也不需要外置驅動(dòng)器，這就大大地降低了系統的復雜性。此外系統中采用的都是耗能較低的模塊，這在一定程度上實(shí)現了系統低功耗的要求。本文所設計的雙向RKE系統可以提高數據傳輸的安全性，而配上顯示器就能更直觀(guān)地反映汽車(chē)的狀態(tài)。不過(guò)系統也有不完善的地方，如果在系統中再加一個(gè)DAC，配上揚聲器就可以更加直觀(guān)地把汽車(chē)的信息反饋給用戶(hù)。此外，如果在車(chē)門(mén)里再加一個(gè)壓力傳感器，就可以極大地防止汽車(chē)遭到人為地破壞，進(jìn)一步提高汽車(chē)的安全性。