PKE智能鑰匙系統設計

隨著(zhù)汽車(chē)電子技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統的無(wú)線(xiàn)門(mén)禁系統已無(wú)法滿(mǎn)足廣大用戶(hù)的需求。免持式被動(dòng)無(wú)鑰匙門(mén)禁系統PKE（Passive Keyless Entry）正迅速成為汽車(chē)遠程無(wú)鑰匙門(mén)禁應用的主流，并成為新型汽車(chē)的普遍選擇。在汽車(chē)裝配有PKE智能鑰匙系統的情況下，車(chē)主只要靠近車(chē)輛或者碰一下車(chē)門(mén)，車(chē)門(mén)就能自動(dòng)打開(kāi)[1]。PKE智能鑰匙系統是汽車(chē)智能化、信息化、電子化的體現，提高了整車(chē)的安全性、可靠性、舒適性，具有極佳的市場(chǎng)前景和巨大的潛在效益。
1 系統硬件設計
1.1 PKE系統的工作原理
PKE智能鑰匙系統分為基站（車(chē)身）和應答器（鑰匙）兩部分，系統框圖如圖1所示。這兩部分之間采取雙向通信。該系統有兩種工作方式：第一種是車(chē)輛中的基站單元不停地發(fā)送一條編碼為125 kHz的低頻報文以搜尋并喚醒一定范圍內的應答器。該信號范圍內的所有應答器都能夠接收到該報文，并對編碼的數據字段進(jìn)行驗證。一旦車(chē)主身上的應答器識別成功，它就會(huì )自動(dòng)發(fā)送一條頻率為433.92 MHz的射頻Keeloq編碼報文，基站單元在收到該報文后對其進(jìn)行解碼，如果識別成功，將控制指令執行機構打開(kāi)車(chē)門(mén)。第二種工作方式中基站單元為了降低電流消耗并不會(huì )輪詢(xún)應答器?；締卧话闾幱谛菝郀顟B(tài)或掉電狀態(tài)，只有當觸發(fā)事件發(fā)生時(shí)才能將其喚醒，該觸發(fā)事件一般是汽車(chē)門(mén)把手上的紅外信號或者是由汽車(chē)門(mén)把手裝置激活的微動(dòng)開(kāi)關(guān)。在第二種工作方式下車(chē)主必須碰一下車(chē)門(mén)才能觸發(fā)系統，從而打開(kāi)車(chē)門(mén)。

1.2 應答器（鑰匙）模塊設計
應答器模塊由微控制器、高頻發(fā)射電路、低頻接收電路和開(kāi)關(guān)按鈕組成，其電路圖如圖2所示。由于應答器模塊是車(chē)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(shí)必須具備一定的安全性。根據以上特性，微控制器選擇微芯公司的PIC16F639。該芯片采用SSOP封裝，體積小，內置一個(gè)Keeloq加密模塊和一個(gè)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(shí)鐘。在沒(méi)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(shí)，微控制器將如同按下一個(gè)虛擬按鍵一樣做出響應。4個(gè)按鍵（S1~S4）分別接到微控制器的PORT A口，通過(guò)電平的變化喚醒休眠中的PIC16F639，并觸發(fā)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(jìn)入休眠模式。二極管D1用來(lái)指示高頻信號的發(fā)射，高頻信號由引腳RC5發(fā)出的PWM經(jīng)過(guò)聲表面波諧振器產(chǎn)生[2]。
應答器對基站發(fā)送過(guò)來(lái)的低頻喚醒信號通過(guò)PIC16F639的3通道模擬前端實(shí)現。PIC16F639具有高達3 mVpp的模擬輸入靈敏度的3個(gè)天線(xiàn)連接引腳(LCX、LCY、LCZ)。通過(guò)連接3個(gè)分別指向x軸、y軸、z軸的天線(xiàn)，應答器可以隨時(shí)接收來(lái)自任何方向的信號，從而降低由天線(xiàn)的方向性而造成信號丟失的可能性。在此系統中，3個(gè)方向天線(xiàn)采用PREMO公司專(zhuān)門(mén)為PIC16F639設計的集成天線(xiàn)模塊，該天線(xiàn)模塊體積小、精度高，電感值在出廠(chǎng)時(shí)已經(jīng)配置好，只需要配合對應通道的電容便可使用。對于免持式操作，由于應答器持續等待并檢測輸入信號，產(chǎn)生電池預期壽命的問(wèn)題。為了減小工作電流，可以對模擬前端內置的輸出使能濾波器進(jìn)行配置，設定報頭匹配序列。當模擬前端搜尋信號時(shí)，數字MCU部分可以進(jìn)入休眠模式，只有在低頻輸入信號的報頭序列波形與濾波器所設定的吻合時(shí)，才能喚醒數字MCU。即當有效低頻信號通過(guò)內部電路解調并在PORT C口RC3引腳上輸出LFDATA數字信號時(shí)，利用與RC3相連的PORT A口RA2引腳觸發(fā)中斷，才能喚醒休眠中的數字MCU。PIC16F639通過(guò)內部SPI配置模擬前端。
應答器模塊的高頻發(fā)射電路如圖3所示。聲表面波諧振器SAW與功率放大器Q1構成了一個(gè)開(kāi)關(guān)鍵控高頻發(fā)射器。L1作為高頻發(fā)射器的天線(xiàn)，一般通過(guò)PCB上的金屬走線(xiàn)形成。系統需要發(fā)送的各種信息經(jīng)過(guò)Keeloq加密并PWM編碼后由RC5引腳輸出，當輸出為高電平時(shí)驅動(dòng)發(fā)射電路工作；當輸出為低電平時(shí)，發(fā)射電路截止。