PKE智能鑰匙系統(tǒng)設(shè)計

隨著汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的無線門禁系統(tǒng)已無法滿足廣大用戶的需求。免持式被動無鑰匙門禁系統(tǒng)PKE（Passive Keyless Entry）正迅速成為汽車遠(yuǎn)程無鑰匙門禁應(yīng)用的主流，并成為新型汽車的普遍選擇。在汽車裝配有PKE智能鑰匙系統(tǒng)的情況下，車主只要靠近車輛或者碰一下車門，車門就能自動打開[1]。PKE智能鑰匙系統(tǒng)是汽車智能化、信息化、電子化的體現(xiàn)，提高了整車的安全性、可靠性、舒適性，具有極佳的市場前景和巨大的潛在效益。
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計
1.1 PKE系統(tǒng)的工作原理
PKE智能鑰匙系統(tǒng)分為基站（車身）和應(yīng)答器（鑰匙）兩部分，系統(tǒng)框圖如圖1所示。這兩部分之間采取雙向通信。該系統(tǒng)有兩種工作方式：第一種是車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(nèi)的應(yīng)答器。該信號范圍內(nèi)的所有應(yīng)答器都能夠接收到該報文，并對編碼的數(shù)據(jù)字段進(jìn)行驗證。一旦車主身上的應(yīng)答器識別成功，它就會自動發(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(zhí)行機(jī)構(gòu)打開車門。第二種工作方式中基站單元為了降低電流消耗并不會輪詢應(yīng)答器?；締卧话闾幱谛菝郀顟B(tài)或掉電狀態(tài)，只有當(dāng)觸發(fā)事件發(fā)生時才能將其喚醒，該觸發(fā)事件一般是汽車門把手上的紅外信號或者是由汽車門把手裝置激活的微動開關(guān)。在第二種工作方式下車主必須碰一下車門才能觸發(fā)系統(tǒng)，從而打開車門。

1.2 應(yīng)答器（鑰匙）模塊設(shè)計
應(yīng)答器模塊由微控制器、高頻發(fā)射電路、低頻接收電路和開關(guān)按鈕組成，其電路圖如圖2所示。由于應(yīng)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(shè)計原則，同時必須具備一定的安全性。根據(jù)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(nèi)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(yīng)答器模塊采用3 V紐扣電池供電，采用內(nèi)部4 MHz時鐘。在沒有低頻激勵的情況下，應(yīng)答器模塊以標(biāo)準(zhǔn)RKE（Remote Key Entry）模式工作，當(dāng)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(yīng)。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(fā)中斷，完成相應(yīng)的上鎖、解鎖、報警等功能。當(dāng)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)過聲表面波諧振器產(chǎn)生[2]。
應(yīng)答器對基站發(fā)送過來的低頻喚醒信號通過PIC16F639的3通道模擬前端實現(xiàn)。PIC16F639具有高達(dá)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(yīng)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。在此系統(tǒng)中，3個方向天線采用PREMO公司專門為PIC16F639設(shè)計的集成天線模塊，該天線模塊體積小、精度高，電感值在出廠時已經(jīng)配置好，只需要配合對應(yīng)通道的電容便可使用。對于免持式操作，由于應(yīng)答器持續(xù)等待并檢測輸入信號，產(chǎn)生電池預(yù)期壽命的問題。為了減小工作電流，可以對模擬前端內(nèi)置的輸出使能濾波器進(jìn)行配置，設(shè)定報頭匹配序列。當(dāng)模擬前端搜尋信號時，數(shù)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(shè)定的吻合時，才能喚醒數(shù)字MCU。即當(dāng)有效低頻信號通過內(nèi)部電路解調(diào)并在PORT C口RC3引腳上輸出LFDATA數(shù)字信號時，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(shù)字MCU。PIC16F639通過內(nèi)部SPI配置模擬前端。
應(yīng)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(gòu)成了一個開關(guān)鍵控高頻發(fā)射器。L1作為高頻發(fā)射器的天線，一般通過PCB上的金屬走線形成。系統(tǒng)需要發(fā)送的各種信息經(jīng)過Keeloq加密并PWM編碼后由RC5引腳輸出，當(dāng)輸出為高電平時驅(qū)動發(fā)射電路工作；當(dāng)輸出為低電平時，發(fā)射電路截止。