汽車無線遙控開門技術(shù)

1 引言

　　本文將對汽車無線遙控開門系統(tǒng)的新型設(shè)計方案與應(yīng)用發(fā)展作分析介紹。汽車安全應(yīng)用所使用的典型無線遙控開門系統(tǒng)-遙控鑰匙（RKE）系統(tǒng)，如圖1所示。該系統(tǒng)組成包括一個安裝在汽車上的控制器（或稱接收器）和一個由用戶攜帶的收發(fā)器（或發(fā)射器），即無線遙控車門鑰匙。收發(fā)器一般包括一個微控制器、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(shù)據(jù)時才工作。收發(fā)器用來向控制器發(fā)送數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)，也可接收數(shù)據(jù)，因此是雙向通信。在雙向通信系統(tǒng)中，控制器（安裝在汽車上）和收發(fā)器（即車鑰匙）可以實現(xiàn)自動通信，不需要人機接口。

　　2 設(shè)計思想

　　從上述無線遙控開門系統(tǒng)組成可看出，系統(tǒng)方案的設(shè)計思想是基于用微控制器構(gòu)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(shè)計并為配合模擬電路工作而進行了優(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(gòu)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（車上控制器）

　　遙控鑰匙可選用DS89C450-KIT和MAX7044或兩個評估板（EV KIT），即DS89C450-KIT和MAX7044EVKIT （EVht）構(gòu)成發(fā)射器。可以安裝在一個殼體內(nèi)，充電電池位于下方。如使用天線，發(fā)送距離超出標(biāo)準(zhǔn)鑰匙鏈幾個數(shù)量級。

　　接收器（車上控制器）可由并排安裝在一起的MAXQ3212 16位微控制器和MAXl473接收器組成。其連線接到汽車的車體控制模塊（BCM）上。若是在作調(diào)試或演示，可使用一個專門的MAXQ3212端口引腳以9600bps發(fā)送異步串行數(shù)據(jù)。

　　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(shè)計并為配合模擬電路工作而進行了優(yōu)化的16位RISC微控制器，除數(shù)字元件外還集成了高精密的模擬功能，因而應(yīng)用方案需要的芯片數(shù)更少，能夠與RF接收器器件MAXl473整合到一起構(gòu)建模擬電路的最佳方案，而且基本不會干擾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(shè)計和構(gòu)建更加簡單，可縮短產(chǎn)品上市時間。

　　而RF接收器器件MAXl473是最新的300MHz至450MHzASK（振幅變換調(diào)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(nèi)置鏡頻抑制，無需通常使用的前端SAW濾波器。睡眠模式時，MAXl473可在小于250ps的時間內(nèi)啟動并發(fā)送數(shù)據(jù)，保證了更深的睡眠周期和更長的電池壽命。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)點是能將RKE系統(tǒng)有效距離擴大一倍，可理想應(yīng)用子電池供電設(shè)備，包括鑰匙，汽車報警和胎壓檢測。

　　2.2 關(guān)于模擬信號強度測量

　　MAXl473接收器提供一個模擬接收信號強度指示器（RSSl），可對此信號進行測量。MAXQ3212內(nèi)置一個模擬比較器，以比較VREF和CMPI輸入，并可以在定時器輸出引腳上產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號（PWM）。圖2示出了由比較器和PWM構(gòu)建ADC的方法。將RSSI信號送到MAXQ3212比較器的VREF引腳端。然后將定時器編程為PWM模式，如果對該PWM進行適當(dāng)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，可在沒有專用硬件ADC的情況下成功進行了模數(shù)轉(zhuǎn)換。

　　軟件中沒有采用逐次逼近法，而是采用斜率ADC。從一個合理的最小值開始，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(shù)字信號輸出（DATAOUT）。由于RF噪聲一直存在，無論鑰匙鏈實際上是否在發(fā)送數(shù)據(jù)，該引腳都將連續(xù)轉(zhuǎn)換狀態(tài)。為將該噪聲與信號區(qū)分開來，MAXQ微控制器必須采用一個小型軟件狀態(tài)機，測量上升沿和下降沿信號之間的時間，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(shè)置為“上升沿”觸發(fā)，即開始測量。一旦探測到上升沿，復(fù)位并重啟定時器，同時將中斷觸發(fā)邊沿設(shè)置為“下降”沿。到下降沿時，中斷處理程序讀取定時器的值。這可用一小段程序以示一個代碼段，該代碼段讀取和復(fù)位定時器，然后轉(zhuǎn)換中斷觸發(fā)信號的極性。如果邊沿間隔與8400bps數(shù)據(jù)率（加／減一個合理的容限）匹配，并檢測到協(xié)議所指定的同步脈沖數(shù)，則微控制器軟件狀態(tài)機切換到接收模式，開始解析余下的數(shù)據(jù)包。

2.4 關(guān)于數(shù)據(jù)流--曼徹斯特編碼的使用

　　由于制造商、型號以及出廠時間的不同，圖1中所示的發(fā)射器（遙控鑰匙）數(shù)據(jù)流（脈沖串）的協(xié)議的差異極大。而對這種售后的市場項目來說，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(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流，并采用ASK（振幅變換調(diào)制）方式以433MHz進行發(fā)射。若要使用FSK（頻率變換調(diào)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

　　每個數(shù)據(jù)位至少由一個信號跳變來表示，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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。編碼可以通過連接0和1的符號形成。圖3（b）通過連接0和1的符號形成ASCII“A”的編碼。

　　（2） 數(shù)據(jù)流與軟件

　　當(dāng)按下鑰匙鏈上的按鈕時，將發(fā)送前同步碼，隨后依次是發(fā)送ID、計數(shù)值以及鑰匙數(shù)據(jù)，見圖4所示。按鈕釋放前，發(fā)送器一直重復(fù)該序列過程，同時還需要一個軟件去抖程序。在該實例代碼中，是簡單地通過短暫關(guān)閉接收器實現(xiàn)的。

　　實際的系統(tǒng)還會將部分?jǐn)?shù)據(jù)加密，防止車輛被盜。一般由車體控制模塊（BCM）進行解密。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(shù)據(jù)流并通過串口傳輸數(shù)據(jù)。