智能無線通訊在促進汽車安全應用中的作用

汽車電子工業(yè)對電子元器件的消費需求呈現(xiàn)持續(xù)高漲的發(fā)展態(tài)勢，而基于汽車安全保護方面的應用也不斷發(fā)展。由于汽車駕駛?cè)藛T和政府機構(gòu)方面施加的影響，以及汽車制造廠商自身希望提高其市場份額的需求，汽車安全性對于汽車制造廠商來講異常重要。智能無線通信技術(shù)是由遙控無鑰門禁應用演變發(fā)展而來的。廉價智能應答器的問世，標志著智能無線通信系統(tǒng)正在成為一種新的發(fā)展趨勢。在現(xiàn)有遙控無鑰門禁（rke）系統(tǒng)中，汽車駕駛?cè)藛T通過按下一個發(fā)射無線信號的按鈕來開/鎖車門。使用新型的汽車接入系統(tǒng)后，駕駛?cè)藛T僅需隨身攜帶一個應答器就可以輕松實現(xiàn)上述操作。這種新型的汽車進入系統(tǒng)被稱為被動無鑰門禁系統(tǒng)（pke）。

pke系統(tǒng)無需人為干預就可以自動執(zhí)行對用戶的身份識別。這種安全保護系統(tǒng)需要加入智能機制來保證在任何應用場合下操作的可靠性，而免提操作系統(tǒng)的可靠性主要依賴于應答器中模擬檢測電路的性能。本文將深入探討典型pke系統(tǒng)設計中的關(guān)鍵問題及其解決方案。
下面將首先介紹什么是智能無線通訊，并介紹幾個簡單的應用示例。然后將對智能無線通訊中的兩個重要功能：可編程數(shù)字喚醒濾波器和幅值靈敏度及調(diào)制深度進行闡述。最后，將展示一個智能被動無鑰門禁（pke）系統(tǒng)的設計示例。

什么是智能無線通訊？ 目前普遍應用的無鑰門禁系統(tǒng)由兩個單元組成。一個是基站單元，由單片機和高頻接收器構(gòu)成。另一個是可以隨身攜帶的發(fā)送器單元，由一個高頻發(fā)送器和單片機組成。當用戶通過按鈕啟動發(fā)送器時，發(fā)送器會加密代碼，把信號發(fā)給基站。但這并不是智能的無線通信系統(tǒng)，智能無線通信系統(tǒng)應具備以下特點：1、自動操作，使用者無需按任何按鈕，系統(tǒng)自己可以檢測和發(fā)送信號；2、100％獨立；3、在不同的環(huán)境下可以自己學習和適應，在有噪音的情況下，可以排除噪音，正常工作。
構(gòu)建這樣一個智能系統(tǒng)有很多要求，其中幾個最簡單的要求及相應解決方案如下： 1、體積小、成本低；解決方案是采用一枚智能單片機（mcu），單片機集成了數(shù)字和模擬前端電路。

2、經(jīng)濟的雙向通訊；解決方案是基站命令用125khz，響應用uhf。

3、通訊距離大于2米；解決方案是應答器具有高輸入靈敏度，以便檢測基站命令。

4、工作在噪聲環(huán)境下（因為一般的環(huán)境下有很多噪音、干擾）；解決方案是高輸入調(diào)制深度靈敏度。

5、消除天線方向性；解決方案是在應答器板上使用三付正交放置的lf天線。

6、電池壽命長；解決方案是使用喚醒濾波器。

7、數(shù)據(jù)安全性；解決方案是使用加密/解密算法。

圖1是1個智能被動無鑰門禁(pke)系統(tǒng)示例。它同目前普遍使用的無匙門禁系統(tǒng)有所不同。左邊的基站部分除單片機和高頻發(fā)送器外，還有1個低頻發(fā)送器/接收器；基站發(fā)出125khz的低頻命令，右邊的智能接收器收到信號后，進行處理。信號達到一定的要求，就可以使用高頻或低頻作為響應。在智能接收器中有3個方向（x、y、z）的天線，從而能保證可以收到從任意方向過來的信號。另外，用戶不需按任何按鈕，智能接收器就可以自動接收和發(fā)送信號。

pke可以應用在智能車輛出入系統(tǒng)、引擎防盜鎖止系統(tǒng)以及胎壓監(jiān)測系統(tǒng)（tpms）等多種應用中。下面以胎壓監(jiān)測系統(tǒng)為例，詳細闡述其使用。如圖3所示，胎壓監(jiān)測系統(tǒng)由3個單元組成。左下方是安裝在輪胎上的傳感單元，由智能單片機、胎壓傳感器和一個高頻發(fā)送器組成。右上方是一個基站，由單片機和高頻接收器組成。右下方是一個低頻觸發(fā)器。它放在靠近輪胎很近的車身中，使用時，每過3～4秒，低頻觸發(fā)器發(fā)出一個啟動命令，發(fā)給輪胎里的傳感單元。傳感單元中的mcu接收到信號，信號達到要求后，會要求胎壓傳感器測量胎壓，再由高頻發(fā)送器發(fā)送到基站。

可編程數(shù)字喚醒濾波器是一個非常重要的功能。使用它的目的在于：減小工作電流（延長電池壽命），即：使數(shù)字部分一直處于低電流模式（休眠），除非模擬部分發(fā)現(xiàn)有效輸入信號。達到上述目的的方法是：應答器只搜尋具有預定義報頭（波形）的輸入信號，而忽略其他所有不具有預定義報頭的輸入信號。

圖4是喚醒濾波器輸入信號波形和輸出數(shù)字。第一段是模擬前端所需的穩(wěn)定時間，有一段間隙。第二段是可編程喚醒濾波器預定義的報頭，它完全由用戶設定，這里設的是2個毫秒高、2個毫秒低。當輸入信號達到這個要求時，我們才會看到數(shù)字從單片機輸出。

幅值靈敏度及調(diào)制深度是另一個重要的功能。圖 6是近場中的rf脈沖。有時候，基站和應答器非?？拷鼤r，一般信號是從最高到最低來回擺動，但有時信號沒有足夠的時間實現(xiàn)最高到最低的擺動。這時信號的最高值和最低值很接近，這樣就對信號的處理造成了困難。
圖7是噪聲環(huán)境下的rf脈沖。上面的圖形是觸發(fā)電平，在下面的圖形中可以看到，噪聲最低值已經(jīng)加高到與最高值十分接近。這樣就對信號的處理造成了困難。

圖8是調(diào)制輸入檢測示例。上面是100％的調(diào)制輸入，最高值和最低值非常明顯。下面是25％的調(diào)制輸入，最高值和最低值非常接近。

圖9是具有無電池及后備電池電路的智能 pke 應答器。在有些情況下，比如電視機接觸不良時，可以用磁線圈給電池短暫供電，這樣應答器在沒有電池供電時，仍可工作。

雙向通訊距離的參數(shù)包括：應答器中，有天線調(diào)諧及q、天線定位（使用三維天線）、接收靈敏度、輸入信號的調(diào)制深度、數(shù)據(jù)率；基站中，有輸出功率、接收靈敏度。

天線設計中，低頻部分普遍使用的頻率為125khz；使用lc諧振電路；天線類型為空心線圈或鐵氧體磁芯（1～10 mh）；lc諧振頻率＝基站的載波頻率；范圍：被動標簽小于1米，主動標簽小于5米。高頻部分，uhf:315～960 mhz；使用偶極天線，蝕刻在pcb上；范圍：被動標簽5米，主動標簽100米。

磁通量與天線感應電壓具有專門的公式。在判斷感應電壓時，有很多因素，比如說線圈匝數(shù)、接收器線圈的表面積、頻率、品質(zhì)因數(shù)等。天線感應電壓同距離的關(guān)系為：基站和接收器靠的很近時，信號的電壓是200v；距離到3米時，電壓信號只能達到5mv的峰峰值。因此信號輸入靈敏度在這里是非常關(guān)鍵和重要的。

目前，microchip已經(jīng)提供了pke的演示板，可以登錄microchip網(wǎng)站www.microchip.com查找。

結(jié)論

可靠的自動操作有以下要求：智能雙向通訊、系統(tǒng)成本低、lf 輸入靈敏度高、功耗低（通過控制電池的使用來實現(xiàn)）、安全的數(shù)據(jù)加密與解密（microchip使用專利的keeloq加密和解密方式）。您可以使用一枚智能單片機來構(gòu)建系統(tǒng)，智能單片機能提供滿足上述要求的解決方案。

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