遙控車門開(kāi)關(guān)的安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

　　RKE系統(tǒng)對(duì)于提高汽車的防盜性、控制性有重要意義。大多數(shù)RKE系統(tǒng)具有汽車防盜、報(bào)警功能以及用于汽車、行李箱的門禁控制,其中一些系統(tǒng)還包括遙控啟動(dòng)汽車和汽車尋找的功能。新一代RKE有望采用雙向通信,安裝在汽車內(nèi)遙控車門開(kāi)關(guān)PKE(Remote Keyless Entry)方案對(duì)于汽車的配置來(lái)說(shuō),已經(jīng)作為一種標(biāo)準(zhǔn)配置,成為汽車不可或缺的部分。RKE系統(tǒng)對(duì)于提高汽車的防盜性、控制性有重要意義。大多數(shù)RKE系統(tǒng)具有汽車防盜、報(bào)警功能以及用于汽車、行李箱的門禁控制,其中一些系統(tǒng)還包括遙控啟動(dòng)汽車和汽車尋找的功能。新一代RKE有望采用雙向通信,安裝在汽車內(nèi)的接收裝置會(huì)發(fā)送數(shù)據(jù),為司機(jī)提供油量和輪胎壓力等信息。

　　RKE系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的最大挑戰(zhàn)是在RKE發(fā)射機(jī)和接收機(jī)中實(shí)現(xiàn)低功耗,同時(shí)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信與高可靠性;特別作為一種開(kāi)關(guān)門禁系統(tǒng),有關(guān)安全性方面的問(wèn)題也是至關(guān)重要的。本設(shè)計(jì)提出一種高安全性RKE系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案,詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件原理電路、軟件流程設(shè)計(jì)以及實(shí)現(xiàn)編碼解碼的原理。

　　1　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　1．1 RKE系統(tǒng)的工作原理

　　RKE系統(tǒng)由類似鑰匙扣的發(fā)射機(jī)和安裝在車內(nèi)的接收機(jī)構(gòu)成。通常工作在315～450 MHz的IsM頻段。在歐洲開(kāi)放了868 MHz頻段,以滿足遙控車門開(kāi)關(guān)系統(tǒng)日益增長(zhǎng)的需求。

　　圖l為RKE系統(tǒng)的簡(jiǎn)單框圖。由框圖可以看出,用戶按下鑰匙扣上的按鈕開(kāi)關(guān)即可觸發(fā)系統(tǒng)工作,喚醒RKE鑰匙扣內(nèi)部的CPU,CPU則發(fā)送數(shù)據(jù)流到射頻(RF)發(fā)射機(jī)。數(shù)據(jù)流通常是64～128位長(zhǎng),包括1個(gè)前置位、1個(gè)命令碼和1個(gè)滾動(dòng)碼,采用2～20 kHz的發(fā)送速率。在車內(nèi)的RKE射頻接收機(jī)捕捉射頻信號(hào)并解調(diào),傳送數(shù)據(jù)流給cPu,由cPu對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼并發(fā)送指令到指令模塊。調(diào)制方式為幅度鍵控(AsK),主要目的是延長(zhǎng)鑰匙扣的電池壽命。



　　1．2 RKE系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

　　RKE系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是在低電流消耗下實(shí)現(xiàn)具有穩(wěn)定性、可靠性和保密性的低成本系統(tǒng)。因此系統(tǒng)對(duì)功耗、收發(fā)距離、可靠性和保密性的設(shè)計(jì)要求是至關(guān)重要的。

　　(1)功耗管理

　　對(duì)于發(fā)射機(jī),電池需要3～5年的壽命;對(duì)于接收機(jī),電池壽命同樣重要。因?yàn)榻邮諜C(jī)必須始終保持工作狀態(tài),監(jiān)聽(tīng)用戶數(shù)據(jù)的傳輸。典型指標(biāo)要求,平均電流不超過(guò)1 mA。解決這個(gè)問(wèn)題的方法之一就是,讓接收機(jī)在一段重要時(shí)間內(nèi)保持工作狀態(tài),保證這段時(shí)問(wèn)足夠長(zhǎng)以判定是否存在合法的傳輸;而接收機(jī)在剩余的時(shí)間里休眠,同時(shí)接收機(jī)必須具有快速喚醒的能力,以最大化利用已存儲(chǔ)的能量。

　　(2)收發(fā)距離與可靠性

　　RKE應(yīng)用需要好的收發(fā)距離和可靠的傳輸。提高接收機(jī)的靈敏度和發(fā)射機(jī)的功率(電流消耗沒(méi)有顯著增加)直接影響到收發(fā)距離與可靠性。顯而易見(jiàn),低成本是一個(gè)要求,因?yàn)樾枰惭b百萬(wàn)個(gè)這樣的系統(tǒng)。

　　(3)安全性

　　RKE系統(tǒng)的通信數(shù)據(jù)應(yīng)該具有保密性,不易被他人竊取。早期使用固定密碼方式,容易被破解;近來(lái)的RKE系統(tǒng)逐漸采用具有跳變編碼功能的集成電路實(shí)現(xiàn),大大提高了安全性。

　　2　 硬件電路設(shè)計(jì)

　　RKE系統(tǒng)是由鑰匙扣發(fā)射模塊和車內(nèi)接收模塊組成的。

　　2．1鑰匙扣發(fā)射模塊

　　鑰匙扣發(fā)射模塊由按鈕開(kāi)關(guān)、CPU、射頻發(fā)射器和鈕扣電池組成,電路原理如圖2所示。模塊采用3 V的鈕扣電池供電。表1為50 Ω輸出時(shí),不同頻率下元件參數(shù)值,其數(shù)值受PCB布局的影響。



　　(1)按鈕掃描

　　發(fā)射模塊接入3個(gè)按鈕,分別作為上鎖、解鎖、尋車功能,分別與微控制器DS80C323的3個(gè)外部中斷INTO、INTl和INT3相接。按下任一按鈕是將DS80C323喚醒,并進(jìn)入相應(yīng)的中斷處理程序中。處理完畢后,重新進(jìn)入待機(jī)模式。3個(gè)LED分別顯示3個(gè)按鈕的狀態(tài)。有按鈕按下時(shí),相應(yīng)的LED會(huì)被點(diǎn)亮。

　　(2)微控制器DSSOC323

　　DS80C323是Maxim公司出品的一款低功耗快速單片機(jī),其在外部電路的接法以及操作指令方面完全兼容80C51系列。DS80C323具有6個(gè)外部中斷,并具有電源故障管理功能,工作電壓范圍為2．7～5．5 V。

　　DS80C323的功能是利用其外部中斷對(duì)按鈕進(jìn)行掃描,并將掃描的結(jié)果加密編碼,通過(guò)P1．O送給發(fā)射器的數(shù)據(jù)端DATA。DS80C323的P1．1控制發(fā)射器的喚醒。

　　(3)射頻發(fā)射器MAX1472

　　MAXl472是VHF／UHF基于鎖相環(huán)的ASK／00K發(fā)射器,工作在300～450 MHz頻段,支持高達(dá)100 kbps的數(shù)據(jù)速率。當(dāng)工作電壓降至2．1 V時(shí)脫離單節(jié)鋰電池工作,在待機(jī)模式僅消耗100 nA的電流;匹配于50Ω系統(tǒng)時(shí),MAXl472的功率放大器能夠提供+10 dBm的輸出電平,并保持高于43％的效率。MAXl472發(fā)射機(jī)特別適合于低成本、高容量、體積是關(guān)鍵因素的應(yīng)用。