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PKE智能钥匙系统设计.pdf
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文档介绍：
%2+345- 06 &4457,+)708
!&# 智能钥匙系统设计
孔慧芳!丘宇宁
!合肥工业大学电气与自动化工程学院&安徽合肥:7&&&9#
摘要! 介绍了一种基于微芯公司!?@/ABA79 和!?@/CB6AC& 单片机的汽车无钥匙门禁系统的设计
方案& 设计了应答器模块的高频发射与低频接收电路!基站模块的高频接收与低频发射电路!并给出
了应答器模块的工作流程图& 详尽分析了&((*&= 加密解密过程以及系统间的通信协议& 结果显示!此
设计方案能够满足实际应用中的各种通信要求&
关键词! 智能钥匙#被动无钥匙门禁#&((*&= 加密#低频唤醒
中图分类号! DE9: 文献标识码! F 文章编号! GAH6IHH1&J:&G&K:&I&/&7I&6
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随着汽车电子技术的不断发展! 传统的无线门禁系
统已无法满足广大用户的需求& 免持式被动无钥匙门禁
低频模块高频
系统正迅速成为汽车远程无
!&# #!$%%&’( &()*(%% #+,-) $ 接收微发射
67789: ;45
钥匙门禁应用的主流并成为新型汽车的普遍选择在控制器
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汽车装配有!&# 智能钥匙系统的情况下! 车主只要靠
近车辆或者碰一下车门! 车门就能自动打开./0 & !&# 智
基站高频发射
能钥匙系统是汽车智能化信息化电子化的体现提高
& & ! 低频模块
了整车的安全性& 可靠性& 舒适性!具有极佳的市场前景发射微
和巨大的潜在效益& 控制器指令执行机构
! 系统硬件设计
图系统框图
!&! #$% 系统的工作原理 G !&#
!&# 智能钥匙系统分为基站’车身$ 和应答器’钥送一条频率为 67789: ;45 的射频&((*&= 编码报文! 基
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向通信& 该系统有两种工作方式( 第一种是车辆中的基将控制指令执行机构打开车门% 第二种工作方式中基站
站单元不停地发送一条编码为/12 345 的低频报文以单元为了降低电流消耗并不会轮询应答器% 基站单元一
搜寻并唤醒一定范围内的应答器% 该信号范围内的所有般处于休眠状态或掉电状态! 只有当触发事件发生时才
应答器都能够接收到该报文! 并对编码的数据字段进行能将其唤醒!该触发事件一般是汽车门把手上的红外信
验证% 一旦车主身上的应答器识别成功! 它就会自动发号或者是由汽车门把手装置激活的微动开关% 在第二种
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工作方式下车主必须碰一下车门才能触发系统! 从而打计的集成天线模块!该天线模块体积小#精度高! 电感值
开车门& 在出厂时已经配置好!只需要配合对应通道的电容便可
!&# 应答器!钥匙& 模块设计使用& 对于免持式操作! 由于应答器持续等待并检测输
应答器模块由微控制器# 高频发射电路# 低频接收入信号!产生电池预期寿命的问题& 为了减小工作电流!
电路和开关按钮组成! 其电路图如图! 所示& 由于应答可以对模拟前端内置的输出使能滤波器进行配置! 设定
器模块是车主随身携带的! 所以该模块必须以体积小# 报头匹配序列& 当模拟前端搜寻信号时!数字 4$S 部分
功耗低为设计原则!同时必须具备一定的安全性& 根据可以进入休眠模式!只有在低频输入信号的报头序列波
以上特性! 微控制器选择微芯公司的&#$%&’&() & 该芯片形与滤波器所设定的吻合时! 才能唤醒数字 4$S& 即当
采用**+& 封装! 体积小! 内置一个,--./0 加密模块和有效低频信号通过内部电路解调并在&+7@ $ 口 7$D
一个 1 通道模拟前端! 可用于多种低频检测和双向智能引脚上输出 M’EA@A 数字信号时! 利用与 7$D 相连的
通信& &+7@ A 口 7AI 引脚触发中断! 才能唤醒休眠中的数字
4$S & &B$R&’&D) 通过内部*&B 配置模拟前端&
应答器模块的高频发射电路如图 D 所示& 声表面波
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发射器& MR 作为高频发射器的天线!一般通过&$U 上的
金属走线形成& 系统需要发送的各种信息经过,--./0 加
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驱动发射电路工作&当输出为低电平时!发射电路截止&
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&&在车辆的防盗安全方面,智能钥匙与 PEPS基站间复杂的双向身份认证过程相比上一代的遥控钥匙进入(RKE)系统也有了本质的提升。深圳橙盒科技提供汽车无钥匙系统方案软件部分技术,例如PCF7953芯片解密技术。
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17:44:25编辑：小来 关键字：&&&&&&
随着汽车电子技术的不断发展，传统的无线门禁系统已无法满足广大用户的需求。免持式被动无门禁系统PKE（Passive Keyless Entry）正迅速成为汽车远程无钥匙门禁应用的主流，并成为新型汽车的普遍选择。在汽车装配有PKE的情况下，车主只要靠近车辆或者碰一下车门，车门就能自动打开[1]。PKE系统是汽车化、信息化、电子化的体现，提高了整车的安全性、可靠性、舒适性，具有极佳的市场前景和巨大的潜在效益。1 系统硬件设计1.1 PKE系统的工作原理PKE智能钥匙系统分为基站（车身）和应答器（钥匙）两部分，系统框图如图1所示。这两部分之间采取双向通信。该系统有两种工作方式：第一种是车辆中的基站单元不停地发送一条编码为125 kHz的低频报文以搜寻并唤醒一定范围内的应答器。该信号范围内的所有应答器都能够接收到该报文，并对编码的数据字段进行验证。一旦车主身上的应答器识别成功，它就会自动发送一条频率为433.92 MHz的射频Keeloq编码报文，基站单元在收到该报文后对其进行解码，如果识别成功，将控制指令执行机构打开车门。第二种工作方式中基站单元为了降低电流消耗并不会轮询应答器。基站单元一般处于休眠状态或掉电状态，只有当触发事件发生时才能将其唤醒，该触发事件一般是汽车门把手上的红外信号或者是由汽车门把手装置激活的微动开关。在第二种工作方式下车主必须碰一下车门才能触发系统，从而打开车门。1.2 应答器（钥匙）模块设计应答器模块由微控制器、高频发射电路、低频接收电路和开关按钮组成，其电路图如图2所示。由于应答器模块是车主随身携带的，所以该模块必须以体积小、功耗低为设计原则，同时必须具备一定的安全性。根据以上特性，微控制器选择微芯公司的PIC16F639。该芯片采用SSOP封装，体积小，内置一个Keeloq加密模块和一个3通道模拟前端，可用于多种低频检测和双向智能通信。应答器模块采用3 V纽扣电池供电，采用内部4 MHz时钟。在没有低频激励的情况下，应答器模块以标准RKE（Remote Key Entry）模式工作，当接收到有效的低频激励报文时，微控制器将如同按下一个虚拟按键一样做出响应。4个按键（S1~S4）分别接到微控制器的PORT A口，通过电平的变化唤醒休眠中的PIC16F639，并触发中断，完成相应的上锁、解锁、报警等功能。当中断程序完成以后，PIC16F639将重新进入休眠模式。二极管D1用来指示高频信号的发射，高频信号由引脚RC5发出的PWM经过声表面波谐振器产生[2]。应答器对基站发送过来的低频唤醒信号通过PIC16F639的3通道模拟前端实现。PIC16F639具有高达3 mVpp的模拟输入灵敏度的3个天线连接引脚(LCX、LCY、LCZ)。通过连接3个分别指向x轴、y轴、z轴的天线，应答器可以随时接收来自任何方向的信号，从而降低由天线的方向性而造成信号丢失的可能性。在此系统中，3个方向天线采用PREMO公司专门为PIC16F639设计的集成天线模块，该天线模块体积小、精度高，电感值在出厂时已经配置好，只需要配合对应通道的电容便可使用。对于免持式操作，由于应答器持续等待并检测输入信号，产生电池预期寿命的问题。为了减小工作电流，可以对模拟前端内置的输出使能滤波器进行配置，设定报头匹配序列。当模拟前端搜寻信号时，数字MCU部分可以进入休眠模式，只有在低频输入信号的报头序列波形与滤波器所设定的吻合时，才能唤醒数字MCU。即当有效低频信号通过内部电路解调并在PORT C口RC3引脚上输出LFDATA数字信号时，利用与RC3相连的PORT A口RA2引脚触发中断，才能唤醒休眠中的数字MCU。PIC16F639通过内部SPI配置模拟前端。应答器模块的高频发射电路如图3所示。声表面波谐振器SAW与功率放大器Q1构成了一个开关键控高频发射器。L1作为高频发射器的天线，一般通过PCB上的金属走线形成。系统需要发送的各种信息经过Keeloq加密并PWM编码后由RC5引脚输出，当输出为高电平时驱动发射电路工作；当输出为低电平时，发射电路截止。
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道路交通一直都是城市经常被诟病的地方，其中一个重要的原因是因为交通安全事故频发，危险的驾驶行为，如酒驾、疲劳驾驶和路怒等，屡禁不止。在家人驾车出门的同时，家庭成员都要在心里隐隐担忧，这是源于对当下交通安全的不信任。7月20日，重庆长安汽车股份有限公司智能化研究院副院长何文在青城山中国IC高峰论坛演讲PPT中提到，全球每年有120万人丧命在车祸中，而94%的车祸是由于人为原因造成的，这是全球大力发展智能驾驶，尤其是自动驾驶汽车的第一源动力。何文认为：“发展智能汽车对提升道路交通驾驶安全有重要意义，是减少城市交通事故的有效手段。”&重庆长安汽车股份有限公司智能化研究院副院长何文&城市道路交通被人诟病还有一个重要
一双眼睛的局部细节图出现在电脑屏幕上，小慧对着放大的眼睛，一步步地做好标记点。&一眼望过去，一排排的电脑屏幕上，都是类似的画面。也许是因为窗帘的遮光效果太好，略显昏暗的办公环境加上电脑屏幕上被放大的各种物体细节，颇为惊悚。&在某人工智能研究院看到这一幕，不觉惊叹即使是头部的AI创业公司，最关键的一环依然是从数据标注员开始的。&而这是一群被称作第一批被AI累死的人。&AI的老师：画框的这些人伴随着AI兴起的最关键的技术莫过于深度学习，作为深度学习的基础，神经网络是一种以输入为导向的算法，其结果的准确性取决于接近“无穷”量级的数据。&所以摒除那些复杂的中间环节，深度学习最关键的就是需要
理论上来说，人工智能的普及，会带给整个人类社会极大的冲击，包括但不限于会有大量人失业，并由此引发经济危机。&伴随着人类社会的不断发展，人类社会面临的挑战从怎样克服物资不足，正逐渐转变成如何合理分配我们生产出来丰富物资。如果人类可以处理好这个问题，那么人类就有可能进入共产主义社会，整个社会按需分配，人们不再需要争夺资源，因为资源过剩。但是，如果人工智能被别有用心的人利用，整个人类社会陷入一场浩劫，一场巨大的动荡也不是不可能。&但是不管人类最后怎么处理人工智能带来的生产力飞跃，现有的经济运行模式一定会出问题。在人工智能普及的过程中，或者初步完成普及之后必然会出现一个极其容易出现经济危机的阶段——生产过剩/产能过剩
理论上来说，人工智能的普及，会带给整个人类社会极大的冲击，包括但不限于会有大量人失业，并由此引发经济危机。&伴随着人类社会的不断发展，人类社会面临的挑战从怎样克服物资不足，正逐渐转变成如何合理分配我们生产出来丰富物资。如果人类可以处理好这个问题，那么人类就有可能进入共产主义社会，整个社会按需分配，人们不再需要争夺资源，因为资源过剩。但是，如果人工智能被别有用心的人利用，整个人类社会陷入一场浩劫，一场巨大的动荡也不是不可能。&但是不管人类最后怎么处理人工智能带来的生产力飞跃，现有的经济运行模式一定会出问题。在人工智能普及的过程中，或者初步完成普及之后必然会出现一个极其容易出现经济危机的阶段——生产过剩／产能过剩
TRINAMIC&作为电机与运动控制领域的半导体，电子和机电一体化解决方案的领先供应商，宣布推出市场青睐的PANdrive系列的新成员PD42-3-1241和模块TMCM-1241，变频器配备高电流NEMA17电机，可实现快速动态定位。&&Trinamic创始人兼首席执行官Michael Randt说： “我们在15年前进入了智能电机市场，并一直处于一体化的前沿，凭借这一最新产品，我们的智能步进电机驱动器系列采用最新的先进技术进行电流控制和无传感器诊断。&&该产品具有Trinamic的第二代StealthChop，步进电机无声驱动技术，以及流畅运动控制的SpreadCycle
现今，人工智能的发展如火如荼，正在迈向关键的发展期。人工智能技术正在渗透并重构生产、分配、交换、消费等经济活动各个环节，形成从宏观到微观各领域的智能化新需求、新产品、新技术、新业态，改变人类生活方式甚至社会结构。中国工程院院士潘云鹤表示“人工智能2.0以提高人类智力活动能力为主要目标，将为生产、资源、环境等社会发展提出建议。”&7月18号，乌兰察布举办了智能制造招商推介会，邀请乌兰察布市政府各部门的相关领导和来自全国各地的领先企业，畅聊大数据产业和智能制造业的发展方向，结合当地实际情况以及自身优势探寻制造业转型和独居特色的发展方向。&而在7月26号，深圳也将会举办中国智能制造创新发展高峰论坛活动，行业领头企业
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北京航空航天大学教授，20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。
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摘要：文中介绍了硬件和软件的设计方案，应用芯片实现了电子标签功能。针对模块，计算和讨论了其电路相关的参数，并给出了电路和程序设计的方案。应用低频唤醒技术的可靠的低频通信距离可达3m以上，同时低频唤醒技术显著降低了电子标签的运行功耗。关键词：；低频唤醒接收；； 半主动式电子标签(Semi-active Tag)，是一种使用电源供电的RFID电子标签。当被阅读器信号唤醒后，半主动式电子标签可作为一个收发器和阅读器进行通信，与主动电子标签(Active Tag)相比具有更低的功耗，与被动电子标签(Passive Tag)相比具有更远的通信距离，所以半主动式电子标签被广泛应用于智能交通、门禁系统、TPMS及集装箱安全运输等领域。目前半主动式电子标签主要有两种射频低功耗处理方案：定时唤醒机制和低频唤醒机制。定时唤醒机制实现原理为：通过设定控制器的定时器，定时唤醒MCU控制射频芯片向外发送电子标签状态信息。定时唤醒弊端很大，一般用于低功耗要求不是特别严格的场合。低频唤醒则是通过低频信号在一定距离和范围内激活处于休眠状态的电子标签，使其开始工作，低频唤醒可以大大降低系统的功耗。本设计采用了低频唤醒技术作为低功耗解决方案。1 工作原理 半主动式电子标签应答系统主要包括阅读器、半主动式电子标签和上位机。电子标签平时处于休眠状态，当接收到阅读器唤醒指令后，接收来自阅读器的操作指令，并上传状态信息。阅读器通过串口与上位机连接，用于保存电子标签的状态信息，以供用户查询。 为实现低功耗及远距离的可靠通信，半主动式电子标签采用双频通信方案。低频方案采用了低频接收模块，低频唤醒模式通信频率选定为125 kHz。当电子标签被低频唤醒并通过了低频数据配对后，采用另一种更远更可靠的高频率通信方式，高频通信方案采用的是ISM频段的2．4 GHz通信频率。2 硬件设计 半主动式电子标签硬件电路的设计可分为七个模块：控制模块、高频收发模块、低频唤醒接收模块、电源模块、存储模块、C2仿真调试接口及LED指示模块，如图1所示。本文引用地址：2．1 控制模块 综合考虑电子标签的成本、低功耗要求以及可靠性等因素，控制芯片采用Silicon Labs公司的C单片机。C是一款8位的CIP-51内核、低功耗混合信号片上型MCU，具有以下主要特点：内部资源丰富，包括：6个可捕捉／比较模块及带看门狗功能的PCA、硬件CRC、32 kB的片内Flash和2304字节的片内RAM等；接口丰富，包括SMBus／I2C、SPI接口和UART接口，可以方便扩展外部接口；另外，具有活动、空闲、挂起、停机4种工作模式。通过这4种工作方式的切换可以实现系统的低功耗设计。2．2 高频收发模块 电子标签高频部分主要实现高频通信的数据收发，在此选用奥地利微电子的AS3940高频收发芯片。AS3940是一款低功耗FSK调制的2．4 GHz射频收发芯片，射频收发器具有可编程的数据传输率，最高可达2 Mbit／s，工作频率范围为2 405～2 480 MHz ISM频段，并集成了定时器和连接管理器，允许各种低功耗操作模式，掉电模式下功耗仅为1．5 &A，非常适合低功耗设计。高频收发模块包括高频收发芯片AS3940、LDB212G4020对称变换器、低通滤波器LFL152、16 MHz的晶振、外围匹配电路及50 &O的PCB天线，如图2所示。AS3940与MCU的SPI管脚连接，通过SPI进行配置。
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