汽車(chē)無(wú)線(xiàn)遙控開(kāi)門(mén)技術(shù)

1 引言

　　本文將對汽車(chē)無(wú)線(xiàn)遙控開(kāi)門(mén)系統的新型設計方案與應用發(fā)展作分析介紹。汽車(chē)安全應用所使用的典型無(wú)線(xiàn)遙控開(kāi)門(mén)系統-遙控鑰匙（RKE）系統，如圖1所示。該系統組成包括一個(gè)安裝在汽車(chē)上的控制器（或稱(chēng)接收器）和一個(gè)由用戶(hù)攜帶的收發(fā)器（或發(fā)射器），即無(wú)線(xiàn)遙控車(chē)門(mén)鑰匙。收發(fā)器一般包括一個(gè)微控制器、RF器件以及按鈕和LED等人機接口器件。微控制器可用DS89C440或PIC16F639，RF器件可用MAX7044或MAX1479或TRF6901。收發(fā)器通常關(guān)閉，只在按下按鈕或需要發(fā)送數據時(shí)才工作。收發(fā)器用來(lái)向控制器發(fā)送數據，因此是單向通信。然而，這一情況正在改變。新型智能收發(fā)器即可發(fā)送數據，也可接收數據，因此是雙向通信。在雙向通信系統中，控制器（安裝在汽車(chē)上）和收發(fā)器（即車(chē)鑰匙）可以實(shí)現自動(dòng)通信，不需要人機接口。

　　2 設計思想

　　從上述無(wú)線(xiàn)遙控開(kāi)門(mén)系統組成可看出，系統方案的設計思想是基于用微控制器構建發(fā)射器（遙控鑰匙）與接收器。

　　眾所周知，MAXQ系列是采用低噪聲設計并為配合模擬電路工作而進(jìn)行了優(yōu)化的16位RISC微控制器，能夠與RF接收器器件整合到一起構建模擬電路的最佳方案。

　　2.1 遙控鑰匙（發(fā)射器或收發(fā)器）與接收器（車(chē)上控制器）

　　遙控鑰匙可選用DS89C450-KIT和MAX7044或兩個(gè)評估板（EV KIT），即DS89C450-KIT和MAX7044EVKIT （EVht）構成發(fā)射器?？梢园惭b在一個(gè)殼體內，充電電池位于下方。如使用天線(xiàn)，發(fā)送距離超出標準鑰匙鏈幾個(gè)數量級。

　　接收器（車(chē)上控制器）可由并排安裝在一起的MAXQ3212 16位微控制器和MAXl473接收器組成。其連線(xiàn)接到汽車(chē)的車(chē)體控制模塊（BCM）上。若是在作調試或演示，可使用一個(gè)專(zhuān)門(mén)的MAXQ3212端口引腳以9600bps發(fā)送異步串行數據。

　　在此之所以采用MAXQ3212 16位微控制器，是因為MAXQ系列是采用低噪聲設計并為配合模擬電路工作而進(jìn)行了優(yōu)化的16位RISC微控制器，除數字元件外還集成了高精密的模擬功能，因而應用方案需要的芯片數更少，能夠與RF接收器器件MAXl473整合到一起構建模擬電路的最佳方案，而且基本不會(huì )干擾RF信號。其優(yōu)異的功耗特性與強大的功能組合使產(chǎn)品的設計和構建更加簡(jiǎn)單，可縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。

　　而RF接收器器件MAXl473是最新的300MHz至450MHzASK（振幅變換調制）射頻接收器平均靈敏度為-114dBm，正常工作僅消耗5.5mA（典型值）的電流。內置鏡頻抑制，無(wú)需通常使用的前端SAW濾波器。睡眠模式時(shí)，MAXl473可在小于250ps的時(shí)間內啟動(dòng)并發(fā)送數據，保證了更深的睡眠周期和更長(cháng)的電池壽命。MAXl473可工作于3V至5V的電源電壓。該300MHz至450MHz發(fā)送器和接收器的最大優(yōu)點(diǎn)是能將RKE系統有效距離擴大一倍，可理想應用子電池供電設備，包括鑰匙，汽車(chē)報警和胎壓檢測。

　　2.2 關(guān)于模擬信號強度測量

　　MAXl473接收器提供一個(gè)模擬接收信號強度指示器（RSSl），可對此信號進(jìn)行測量。MAXQ3212內置一個(gè)模擬比較器，以比較VREF和CMPI輸入，并可以在定時(shí)器輸出引腳上產(chǎn)生脈寬調制信號（PWM）。圖2示出了由比較器和PWM構建ADC的方法。將RSSI信號送到MAXQ3212比較器的VREF引腳端。然后將定時(shí)器編程為PWM模式，如果對該PWM進(jìn)行適當濾波，就可產(chǎn)生DAC輸出到T2PB引腳端，并將輸出（即DAC）連接到比較器的另一個(gè)輸入CMPI引腳端。比較器隨后比較信號電平，如果信號匹配，可在沒(méi)有專(zhuān)用硬件ADC的情況下成功進(jìn)行了模數轉換。

　　軟件中沒(méi)有采用逐次逼近法，而是采用斜率ADC。從一個(gè)合理的最小值開(kāi)始，DAC輸出緩慢增加，直到比較器指示匹配狀態(tài)。

　　2.3 RF信號如何解碼

　　MAXl473接收器提供一路數字信號輸出（DATAOUT）。由于RF噪聲一直存在，無(wú)論鑰匙鏈實(shí)際上是否在發(fā)送數據，該引腳都將連續轉換狀態(tài)。為將該噪聲與信號區分開(kāi)來(lái)，MAXQ微控制器必須采用一個(gè)小型軟件狀態(tài)機，測量上升沿和下降沿信號之間的時(shí)間，以識別前同步碼。

　　而測量邊沿間隔的最有效方法是使用中斷觸發(fā)技術(shù)。MAXQ可編程為上升沿或下降沿觸發(fā)中斷。將中斷設置為“上升沿”觸發(fā)，即開(kāi)始測量。一旦探測到上升沿，復位并重啟定時(shí)器，同時(shí)將中斷觸發(fā)邊沿設置為“下降”沿。到下降沿時(shí)，中斷處理程序讀取定時(shí)器的值。這可用一小段程序以示一個(gè)代碼段，該代碼段讀取和復位定時(shí)器，然后轉換中斷觸發(fā)信號的極性。如果邊沿間隔與8400bps數據率（加／減一個(gè)合理的容限）匹配，并檢測到協(xié)議所指定的同步脈沖數，則微控制器軟件狀態(tài)機切換到接收模式，開(kāi)始解析余下的數據包。

2.4 關(guān)于數據流--曼徹斯特編碼的使用

　　由于制造商、型號以及出廠(chǎng)時(shí)間的不同，圖1中所示的發(fā)射器（遙控鑰匙）數據流（脈沖串）的協(xié)議的差異極大。而對這種售后的市場(chǎng)項目來(lái)說(shuō)，使用可編程微控制器恰到好處。在此隨意選用了8400bps曼徹斯特編碼的數字數據流，并采用ASK（振幅變換調制）方式以433MHz進(jìn)行發(fā)射。若要使用FSK（頻率變換調制）或不同的發(fā)射頻率，必須用不同的接收器芯片替換MAXl473。

　　（1） 曼徹斯特編碼基本概念

　　每個(gè)數據位至少由一個(gè)信號跳變來(lái)表示，從而實(shí)現數據流自同步。圖3（a）給出了0和1的表示符號，這里選擇下降沿為0，上升沿為1。串形數據通常先發(fā)送LSB。如圖3（b）所示，ASCⅡ字符“A”（41h，0100.000lb）以1000.0010b的形式發(fā)送。編碼可以通過(guò)連接0和1的符號形成。圖3（b）通過(guò)連接0和1的符號形成ASCII“A”的編碼。

　　（2） 數據流與軟件

　　當按下鑰匙鏈上的按鈕時(shí)，將發(fā)送前同步碼，隨后依次是發(fā)送ID、計數值以及鑰匙數據，見(jiàn)圖4所示。按鈕釋放前，發(fā)送器一直重復該序列過(guò)程，同時(shí)還需要一個(gè)軟件去抖程序。在該實(shí)例代碼中，是簡(jiǎn)單地通過(guò)短暫關(guān)閉接收器實(shí)現的。

　　實(shí)際的系統還會(huì )將部分數據加密，防止車(chē)輛被盜。一般由車(chē)體控制模塊（BCM）進(jìn)行解密。接收器軟件測量接收信號強度、等待和同步至前同步碼、解碼數據流并通過(guò)串口傳輸數據。