遥控车门开关的安全系统设计方案
时间：05-24
来源：电子产品世界
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RKE系统对于提高汽车的防盗性、控制性有重要意义。大多数RKE系统具有汽车防盗、报警功能以及用于汽车、行李箱的门禁控制,其中一些系统还包括遥控启动汽车和汽车寻找的功能。新一代RKE有望采用双向通信,安装在汽车内遥控车门开关PKE(Remote Keyless Entry)方案对于汽车的配置来说,已经作为一种标准配置,成为汽车不可或缺的部分。RKE系统对于提高汽车的防盗性、控制性有重要意义。大多数RKE系统具有汽车防盗、报警功能以及用于汽车、行李箱的门禁控制,其中一些系统还包括遥控启动汽车和汽车寻找的功能。新一代RKE有望采用双向通信,安装在汽车内的接收装置会发送数据,为司机提供油量和轮胎压力等信息。
RKE系统设计中的最大挑战是在RKE发射机和接收机中实现低功耗,同时实现远距离通信与高可靠性;特别作为一种开关门禁系统,有关安全性方面的问题也是至关重要的。本设计提出一种高安全性RKE系统的实现方案,详细介绍了系统的硬件原理电路、软件流程设计以及实现编码解码的原理。
1 系统总体设计
1．1 RKE系统的工作原理
RKE系统由类似钥匙扣的发射机和安装在车内的接收机构成。通常工作在315～450 MHz的IsM频段。在欧洲开放了868 MHz频段,以满足遥控车门开关系统日益增长的需求。
图l为RKE系统的简单框图。由框图可以看出,用户按下钥匙扣上的按钮开关即可触发系统工作,唤醒RKE钥匙扣内部的CPU,CPU则发送数据流到射频(RF)发射机。数据流通常是64～128位长,包括1个前置位、1个命令码和1个滚动码,采用2～20 kHz的发送速率。在车内的RKE射频接收机捕捉射频信号并解调,传送数据流给cPu,由cPu对数据进行译码并发送指令到指令模块。调制方式为幅度键控(AsK),主要目的是延长钥匙扣的电池寿命。
1．2 RKE系统的设计要求
RKE系统设计的关键是在低电流消耗下实现具有稳定性、可靠性和保密性的低成本系统。因此系统对功耗、收发距离、可靠性和保密性的设计要求是至关重要的。
(1)功耗管理
对于发射机,电池需要3～5年的寿命;对于接收机,电池寿命同样重要。因为接收机必须始终保持工作状态,监听用户数据的传输。典型指标要求,平均电流不超过1 mA。解决这个问题的方法之一就是,让接收机在一段重要时间内保持工作状态,保证这段时问足够长以判定是否存在合法的传输;而接收机在剩余的时间里休眠,同时接收机必须具有快速唤醒的能力,以最大化利用已存储的能量。
(2)收发距离与可靠性
RKE应用需要好的收发距离和可靠的传输。提高接收机的灵敏度和发射机的功率(电流消耗没有显著增加)直接影响到收发距离与可靠性。显而易见,低成本是一个要求,因为需要安装百万个这样的系统。
(3)安全性
RKE系统的通信数据应该具有保密性,不易被他人窃取。早期使用固定密码方式,容易被破解;近来的RKE系统逐渐采用具有跳变编码功能的集成电路实现,大大提高了安全性。
2 硬件电路设计
RKE系统是由钥匙扣发射模块和车内接收模块组成的。
2．1钥匙扣发射模块
钥匙扣发射模块由按钮开关、CPU、射频发射器和钮扣电池组成,电路原理如图2所示。模块采用3 V的钮扣电池供电。表1为50 Ω输出时,不同频率下元件参数值,其数值受PCB布局的影响。
(1)按钮扫描
发射模块接入3个按钮,分别作为上锁、解锁、寻车功能,分别与微控制器DS80C323的3个外部中断INTO、INTl和INT3相接。按下任一按钮是将DS80C323唤醒,并进入相应的中断处理程序中。处理完毕后,重新进入待机模式。3个LED分别显示3个按钮的状态。有按钮按下时,相应的LED会被点亮。
(2)微控制器DSSOC323
DS80C323是Maxim公司出品的一款低功耗快速单片机,其在外部电路的接法以及操作指令方面完全兼容80C51系列。DS80C323具有6个外部中断,并具有电源故障管理功能,工作电压范围为2．7～5．5 V。
DS80C323的功能是利用其外部中断对按钮进行扫描,并将扫描的结果加密编码,通过P1．O送给发射器的数据端DATA。DS80C323的P1．1控制发射器的唤醒。
(3)射频发射器MAX1472
MAXl472是VHF／UHF基于锁相环的ASK／00K发射器,工作在300～450 MHz频段,支持高达100 kbps的数据速率。当工作电压降至2．1 V时脱离单节锂电池工作,在待机模式仅消耗100 nA的电流;匹配于50Ω系统时,MAXl472的功率放大器能够提供+10 dBm的输出电平,并保持高于43％的效率。MAXl472发射机特别适合于低成本、高容量、体积是关键因素的应用。
RKE系统设计中的最大挑战是在RKE发射机和接收机中实现低功耗,同时实现远距离通信与高可靠性;特别作为一种开关门禁系统,有关安全性方面的问题也是至关重要的。本设计提出一种高安全性RKE系统的实现方案,详细介绍了系统的硬件原理电路、软件流程设计以及实现编码解码的原理。
1 系统总体设计
1．1 RKE系统的工作原理
RKE系统由类似钥匙扣的发射机和安装在车内的接收机构成。通常工作在315～450 MHz的IsM频段。在欧洲开放了868 MHz频段,以满足遥控车门开关系统日益增长的需求。
图l为RKE系统的简单框图。由框图可以看出,用户按下钥匙扣上的按钮开关即可触发系统工作,唤醒RKE钥匙扣内部的CPU,CPU则发送数据流到射频(RF)发射机。数据流通常是64～128位长,包括1个前置位、1个命令码和1个滚动码,采用2～20 kHz的发送速率。在车内的RKE射频接收机捕捉射频信号并解调,传送数据流给cPu,由cPu对数据进行译码并发送指令到指令模块。调制方式为幅度键控(AsK),主要目的是延长钥匙扣的电池寿命。
1．2 RKE系统的设计要求
RKE系统设计的关键是在低电流消耗下实现具有稳定性、可靠性和保密性的低成本系统。因此系统对功耗、收发距离、可靠性和保密性的设计要求是至关重要的。
(1)功耗管理
对于发射机,电池需要3～5年的寿命;对于接收机,电池寿命同样重要。因为接收机必须始终保持工作状态,监听用户数据的传输。典型指标要求,平均电流不超过1 mA。解决这个问题的方法之一就是,让接收机在一段重要时间内保持工作状态,保证这段时问足够长以判定是否存在合法的传输;而接收机在剩余的时间里休眠,同时接收机必须具有快速唤醒的能力,以最大化利用已存储的能量。
(2)收发距离与可靠性
RKE应用需要好的收发距离和可靠的传输。提高接收机的灵敏度和发射机的功率(电流消耗没有显著增加)直接影响到收发距离与可靠性。显而易见,低成本是一个要求,因为需要安装百万个这样的系统。
(3)安全性
RKE系统的通信数据应该具有保密性,不易被他人窃取。早期使用固定密码方式,容易被破解;近来的RKE系统逐渐采用具有跳变编码功能的集成电路实现,大大提高了安全性。
2 硬件电路设计
RKE系统是由钥匙扣发射模块和车内接收模块组成的。
2．1钥匙扣发射模块
钥匙扣发射模块由按钮开关、CPU、射频发射器和钮扣电池组成,电路原理如图2所示。模块采用3 V的钮扣电池供电。表1为50 Ω输出时,不同频率下元件参数值,其数值受PCB布局的影响。
(1)按钮扫描
发射模块接入3个按钮,分别作为上锁、解锁、寻车功能,分别与微控制器DS80C323的3个外部中断INTO、INTl和INT3相接。按下任一按钮是将DS80C323唤醒,并进入相应的中断处理程序中。处理完毕后,重新进入待机模式。3个LED分别显示3个按钮的状态。有按钮按下时,相应的LED会被点亮。
(2)微控制器DSSOC323
DS80C323是Maxim公司出品的一款低功耗快速单片机,其在外部电路的接法以及操作指令方面完全兼容80C51系列。DS80C323具有6个外部中断,并具有电源故障管理功能,工作电压范围为2．7～5．5 V。
DS80C323的功能是利用其外部中断对按钮进行扫描,并将扫描的结果加密编码,通过P1．O送给发射器的数据端DATA。DS80C323的P1．1控制发射器的唤醒。
(3)射频发射器MAX1472
MAXl472是VHF／UHF基于锁相环的ASK／00K发射器,工作在300～450 MHz频段,支持高达100 kbps的数据速率。当工作电压降至2．1 V时脱离单节锂电池工作,在待机模式仅消耗100 nA的电流;匹配于50Ω系统时,MAXl472的功率放大器能够提供+10 dBm的输出电平,并保持高于43％的效率。MAXl472发射机特别适合于低成本、高容量、体积是关键因素的应用。