多路低頻驅(qū)動(dòng)ATA5279在PKE系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

前言

汽車(chē)市場(chǎng)主要的防盜方式包括發(fā)動(dòng)機(jī)防盜鎖止系統(tǒng)(IMMO)、遙控門(mén)鎖(RKE)、無(wú)鑰匙門(mén)禁(PKE)、電子轉(zhuǎn)向柱鎖、雙向智能鑰匙和GPS衛(wèi)星定位等，其中以IMMO和RKE的應(yīng)用最為廣泛。無(wú)鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)（PKE）技術(shù)是在相當(dāng)成熟的RKE基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)，集成了IMMO和RKE功能。PKE作為新一代防盜技術(shù)正在逐步發(fā)展壯大，目前已經(jīng)從奔馳、寶馬等高端車(chē)市場(chǎng)逐步進(jìn)入如像福特蒙迪歐、日產(chǎn)的天籟的部分車(chē)型等中檔車(chē)市場(chǎng)。車(chē)內(nèi)區(qū)域檢測(cè)精度和系統(tǒng)安全是衡量PKE系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)，本文采用Atmel公司的六路低頻驅(qū)動(dòng)芯片ATA5279發(fā)射低頻信號(hào)，采用三維全向天線接收的方法實(shí)現(xiàn)車(chē)內(nèi)區(qū)域精確定位。

PKE系統(tǒng)工作原理

PKE系統(tǒng)主要包括三個(gè)部分：車(chē)身基站、低頻天線和電子鑰匙。通過(guò)雙向交互認(rèn)證來(lái)驗(yàn)證電子鑰匙的身份。車(chē)身基站采用主動(dòng)式的工作方式，其行為不依賴(lài)于電子鑰匙的指令，結(jié)合車(chē)身微動(dòng)開(kāi)關(guān)的觸發(fā)激活系統(tǒng)認(rèn)證和區(qū)域檢測(cè)，決定是否打開(kāi)車(chē)鎖或其他動(dòng)作。

低頻信號(hào)喚醒：用戶(hù)攜帶電子鑰匙處在低頻天線信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)并給予一個(gè)觸發(fā)信號(hào)如拉動(dòng)門(mén)把手時(shí)，車(chē)身主機(jī)通過(guò)低頻天線發(fā)送一條編碼的低頻報(bào)文。電子鑰匙通過(guò)三維天線接收低頻報(bào)文，并對(duì)該數(shù)據(jù)信息進(jìn)行驗(yàn)證。如果與鑰匙內(nèi)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)匹配，鑰匙則會(huì)被喚醒。

射頻信號(hào)驗(yàn)證：鑰匙被識(shí)別喚醒后，將會(huì)分析車(chē)身主機(jī)發(fā)送的認(rèn)證口令，使用HITAG2算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密并通過(guò)射頻信號(hào)發(fā)送回主機(jī)。主機(jī)把收到的數(shù)據(jù)與內(nèi)部計(jì)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果驗(yàn)證匹配通過(guò)，就會(huì)打開(kāi)車(chē)門(mén)鎖。認(rèn)證過(guò)程幾十毫秒即可完成，車(chē)主并不會(huì)感到有遲滯。

用戶(hù)進(jìn)入車(chē)內(nèi)后，只需要按一下啟動(dòng)鍵，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)便會(huì)啟動(dòng)。啟動(dòng)時(shí)驗(yàn)證過(guò)程和開(kāi)門(mén)過(guò)程大致相同，但啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)系統(tǒng)需要驗(yàn)證攜帶鑰匙的人是否在主駕駛區(qū)域，以防止兒童誤觸發(fā)。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

PKE系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。車(chē)身基站控制單元采用LQFP64封裝的8位HCS08-MC9S08DZ60，該MCU內(nèi)嵌CAN控制器，具有2路SCI、1路SPI外設(shè)接口、外接TJA1040接口作為CAN Node；低頻通訊模塊采用Ateml ATA5279驅(qū)動(dòng)6路單獨(dú)的低頻線圈，發(fā)送125KHz低頻信號(hào)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)跟鑰匙的近距離通訊；射頻接收模塊采用MC33596，快速接收鑰匙跟車(chē)身之間用加密認(rèn)證的數(shù)據(jù)傳輸，點(diǎn)火鎖附近基站芯片采用PCF7991；車(chē)身基站單元采用12V電源和線性穩(wěn)壓器TLE4275取得5V電源對(duì)系統(tǒng)供電。電子鑰匙端采用PCF7952通過(guò)三維天線接收來(lái)自車(chē)身的低頻信號(hào)，經(jīng)接收器控制邏輯分析是否喚醒系統(tǒng)，通過(guò)射頻發(fā)射單元PCF7900把加密后的數(shù)據(jù)發(fā)送給車(chē)身基站。

車(chē)身基站電路設(shè)計(jì)

車(chē)身硬件電路主要由電源電路、主控MCU電路、CAN節(jié)點(diǎn)、射頻電路、低頻電路與發(fā)動(dòng)機(jī)防盜鎖止電路等部分組成。

1. CAN總線電路

在CAN節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中采用的是Philips公司的高速CAN轉(zhuǎn)換芯片TJA1040，MC9S08DZ60內(nèi)置CAN總線控制單元，CAN模塊的TXCAN和RXCAN分別與TJA1040的TXD和RXD連接，STB接I/O端口作為收發(fā)器控制信號(hào)。

2. 射頻接收電路

射頻電路接收部分采用的是Freescale公司的低功率射頻接收芯片MC33596。系統(tǒng)中MC33596采用FSK、曼徹斯特編碼方式接收電子鑰匙射頻信號(hào)。MC33596采用SPI方式與MC9S08DZ60通信，MC9S08DZ60內(nèi)置串行外圍設(shè)備接口模塊，連接方便。用于接收電子鑰匙發(fā)送的射頻信號(hào)。

3. 低頻發(fā)送電路

低頻發(fā)送電路采用Atmel公司的ATA5279驅(qū)動(dòng)車(chē)身低頻天線，它具有優(yōu)異的EMC性能，對(duì)負(fù)載具有熱和電保護(hù)，具有非常低的關(guān)斷模式電流。ATA5279能同時(shí)驅(qū)動(dòng)六路天線線圈，通過(guò)SPI接口與控制器連接，主控芯片MC9S08DZ60通過(guò)模擬SPI接口與其通訊。在實(shí)現(xiàn)區(qū)域判斷時(shí)，ATA5279可以提供20段電源管理以供信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)。電路如圖2所示，六個(gè)低頻天線放置于車(chē)身的不同位置。