汽車無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)的研究背景及其意義

汽車無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)的研究背景及其意義隨著科學(xué)技術(shù)的不斷的開展，汽車上的輔助功能越來越多，無鑰匙進(jìn)入是這么多輔助功能中開展最快的。車主希望能夠越來越方便的行車，顧客的需要也就是是汽車廠家努力的方向。無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)正好迎合了車主們的這個(gè)要求。以前人們總會(huì)把車鑰匙遺漏在車中，而將車子鎖上，自己被鎖在車外面，不得不費(fèi)很多事將車子翻開?；蛘呷藗兩砩蠋е€匙但是不知道鑰匙在哪里，找起來很費(fèi)事。無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)就可以很好的解決這些麻煩。汽車無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)采用的是當(dāng)今世界最先進(jìn)的無線信號(hào)技術(shù)，系統(tǒng)的工作原理是通過與車主口袋或者身上其他位置帶的鑰匙端與車載基站進(jìn)行信號(hào)匹配來實(shí)現(xiàn)開鎖。系統(tǒng)的運(yùn)行方式如下，當(dāng)車主走進(jìn)靠近感應(yīng)去內(nèi)的時(shí)候，門就會(huì)自動(dòng)開鎖再也不需要手動(dòng)開鎖了；當(dāng)鑰匙端不再感應(yīng)區(qū)內(nèi)的情況，門鎖會(huì)自動(dòng)鎖上并進(jìn)入防盜狀態(tài)。當(dāng)車主坐進(jìn)車內(nèi)時(shí)，車內(nèi)裝有的特殊感應(yīng)器就能感應(yīng)到鑰匙的存在，這時(shí)只需輕輕按動(dòng)啟動(dòng)按鈕，就可以正常啟動(dòng)車輛。整個(gè)過程，車主再也不用去找鑰匙了，帶來了極大的方便。目前，“無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)”對(duì)大多數(shù)消費(fèi)者而言還很陌生，但是這將會(huì)是一個(gè)極大的熱賣點(diǎn)。隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷開展，汽車鑰匙已經(jīng)從原來傳統(tǒng)的插入式鑰匙變成現(xiàn)在高科技含量的感應(yīng)鑰匙，今后無線技術(shù)還將不斷開展，人們的要求也越來越高，汽車無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)將會(huì)成為主流。目前，中高級(jí)轎車的頂級(jí)配置都采用了無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)，例如：日產(chǎn)天籟、豐田卡羅拉、福特致勝、本田雅閣，并且市場(chǎng)銷售和客戶反應(yīng)都非常好，它所帶來的便利和平安已經(jīng)被用戶接受和認(rèn)可[1]。安裝了汽車無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)，車主只需要輕輕按下門上的按鈕，只要車載基站檢測(cè)到鑰匙在一定范圍之內(nèi)就自動(dòng)將車門翻開，車主就可進(jìn)進(jìn)入車內(nèi)，方便快捷?，F(xiàn)在，西方國家大多采用了PKE系統(tǒng)。在國內(nèi)汽車行業(yè)雖然不像國外汽車那樣大量安裝了汽車無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)，但是一些高檔的汽車已經(jīng)將汽車無鑰匙系統(tǒng)作為汽車配置的一項(xiàng)根本配置。由于汽車無鑰匙系統(tǒng)的極其實(shí)用性，相信國內(nèi)汽車行業(yè)在不久的將來也會(huì)大量普及汽車無鑰匙系統(tǒng)的安裝。汽車無鑰匙系統(tǒng)也將成為所以汽車的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)配置。TheDesignofAutomotiveKeylessentrysystemAbstract:Withthecontinuousdevelopmentoftheworldautomotiveindustry,moreandmoreelectronicproductsareusedintheautomotiveindustry.Automotivekeylessentrysystemiswidelyusedduetotheadvantagesofconvenientandsafety.Automotivekeylessentrysystemisdesignedinthispaper.Hardwaremoduleisdividedintotwomodules:thekey,andthebasestation.Thehardwareofkeycanbedividedintofiltercircuit,alow-frequencyreceivecircuit,ahigh-frequencytransmittingcircuit.Thebasestationcanalsobedividedintotheappropriatevehiclefiltercircuit,thelowfrequencytransmissioncircuitandthehighfrequencyreceptioncircuitLINbusmodule.Thekeyandbasestationhavethesimilararchitecture,whicharecomposedofthemainprogramandinterruptsubroutine.Takingthesafetyintoaccount,rollingcodeencryptionmodeisadoptedtopreventvehicletheft.Keywords:keylessentrysystem,lowfrequencysignal,highfrequencysignal,Rollingcodeencryption.1緒論1.1本課題的研究背景及其意義隨著科學(xué)技術(shù)的不斷的開展，汽車上的輔助功能越來越多，無鑰匙進(jìn)入是這么多輔助功能中開展最快的。車主希望能夠越來越方便的行車，顧客的需要也就是是汽車廠家努力的方向。無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)正好迎合了車主們的這個(gè)要求。以前人們總會(huì)把車鑰匙遺漏在車中，而將車子鎖上，自己被鎖在車外面，不得不費(fèi)很多事將車子翻開?；蛘呷藗兩砩蠋е€匙但是不知道鑰匙在哪里，找起來很費(fèi)事。無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)就可以很好的解決這些麻煩。汽車無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)采用的是當(dāng)今世界最先進(jìn)的無線信號(hào)技術(shù)，系統(tǒng)的工作原理是通過與車主口袋或者身上其他位置帶的鑰匙端與車載基站進(jìn)行信號(hào)匹配來實(shí)現(xiàn)開鎖。系統(tǒng)的運(yùn)行方式如下，當(dāng)車主走進(jìn)靠近感應(yīng)去內(nèi)的時(shí)候，門就會(huì)自動(dòng)開鎖再也不需要手動(dòng)開鎖了；當(dāng)鑰匙端不再感應(yīng)區(qū)內(nèi)的情況，門鎖會(huì)自動(dòng)鎖上并進(jìn)入防盜狀態(tài)。當(dāng)車主坐進(jìn)車內(nèi)時(shí)，車內(nèi)裝有的特殊感應(yīng)器就能感應(yīng)到鑰匙的存在，這時(shí)只需輕輕按動(dòng)啟動(dòng)按鈕，就可以正常啟動(dòng)車輛。整個(gè)過程，車主再也不用去找鑰匙了，帶來了極大的方便。目前，“無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)”對(duì)大多數(shù)消費(fèi)者而言還很陌生，但是這將會(huì)是一個(gè)極大的熱賣點(diǎn)。隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷開展，汽車鑰匙已經(jīng)從原來傳統(tǒng)的插入式鑰匙變成現(xiàn)在高科技含量的感應(yīng)鑰匙，今后無線技術(shù)還將不斷開展，人們的要求也越來越高，汽車無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)將會(huì)成為主流。目前，中高級(jí)轎車的頂級(jí)配置都采用了無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)，例如：日產(chǎn)天籟、豐田卡羅拉、福特致勝、本田雅閣，并且市場(chǎng)銷售和客戶反應(yīng)都非常好，它所帶來的便利和平安已經(jīng)被用戶接受和認(rèn)可[1]。安裝了汽車無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)，車主只需要輕輕按下門上的按鈕，只要車載基站檢測(cè)到鑰匙在一定范圍之內(nèi)就自動(dòng)將車門翻開，車主就可進(jìn)進(jìn)入車內(nèi)，方便快捷。現(xiàn)在，西方國家大多采用了PKE系統(tǒng)。在國內(nèi)汽車行業(yè)雖然不像國外汽車那樣大量安裝了汽車無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)，但是一些高檔的汽車已經(jīng)將汽車無鑰匙系統(tǒng)作為汽車配置的一項(xiàng)根本配置。由于汽車無鑰匙系統(tǒng)的極其實(shí)用性，相信國內(nèi)汽車行業(yè)在不久的將來也會(huì)大量普及汽車無鑰匙系統(tǒng)的安裝。汽車無鑰匙系統(tǒng)也將成為所以汽車的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)配置。1.2國內(nèi)外開展的現(xiàn)狀由于西方國家此項(xiàng)研究進(jìn)行的比擬早，到現(xiàn)在無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)也比擬成熟，很多知名企業(yè)都已經(jīng)開發(fā)研究了無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)。國內(nèi)的市場(chǎng)開展的時(shí)間較國外晚，所以開展的水平自然就比國外低了。一些很有名氣的汽車?yán)缋字Z、奔馳、寶馬等高端大氣上檔次的汽車制造商早都已經(jīng)引進(jìn)了PKE系統(tǒng)。這些汽車的PKE系統(tǒng)可以簡要描述成這樣：當(dāng)你走進(jìn)汽車基站一個(gè)可以有效監(jiān)測(cè)的范圍內(nèi)是，只要你身上帶有有效地鑰匙端，車門就會(huì)自動(dòng)為你開鎖，就不再需要你去手動(dòng)扭開車門了。當(dāng)你進(jìn)入車內(nèi)以后，你只要按一下車內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)火按鈕車子就自動(dòng)點(diǎn)火了，也不需要插鑰匙。還有一個(gè)很強(qiáng)大的功能就是可以防止你把車鑰匙所在車內(nèi)，因?yàn)槿绻€匙在車內(nèi)，車門你是鎖不上的，這就為那些容易丟三落四的人提供了極大的方便?？萍嫉拈_展能夠推動(dòng)產(chǎn)品的不斷更新這是必然的，正是由于科技水平的不斷開展，進(jìn)入汽車的方式才由原來古老的手動(dòng)開鎖到現(xiàn)在的無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)，隨著科學(xué)水平的開展特別是無線技術(shù)的飛躍，越來越多的高科技技術(shù)會(huì)被用在汽車上，可以預(yù)見在不就的將來PKE系統(tǒng)終將全部取代古老的插鑰匙進(jìn)入，目前，中高級(jí)轎車的頂級(jí)配置都采用了無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)，例如：日產(chǎn)天籟、豐田卡羅拉、福特致勝、本田雅閣，并且市場(chǎng)銷售和客戶反應(yīng)都非常好，這為這些汽車的銷售帶來了很大的優(yōu)勢(shì)[2]。半導(dǎo)體生產(chǎn)商恩智浦公司是第一個(gè)開發(fā)無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)的，具有了完整的無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)的方案。采用的主流芯片是PCF952，它具有高集成度，功耗低的優(yōu)點(diǎn)。PCF952沿用了MRK內(nèi)核結(jié)構(gòu)，兼容了PCF7861，減少了開發(fā)的本錢。美國的公司Microchip也同樣研發(fā)出了用于無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)的專用芯片PIC16F639。包括數(shù)字局部和模擬前端局部，用于多種檢測(cè)和智能雙向通信應(yīng)用。[3]雖然國外的無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)已經(jīng)問世，而且產(chǎn)品已經(jīng)比擬成熟。但是國內(nèi)的汽車領(lǐng)域，無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)還依然處于研發(fā)階段。對(duì)于某些關(guān)鍵的技術(shù)還處于摸索過程中，還有待于研究人員繼續(xù)研究開發(fā)[3]。國內(nèi)的PKE技術(shù)目前根本還處于模仿制造階段,研究設(shè)計(jì)所需要的芯片大都來自于國外,由于國外半導(dǎo)體廠商和汽車廠商擁有專利權(quán)，對(duì)國內(nèi)行業(yè)實(shí)行壟斷,所以當(dāng)前只有一些比擬高檔車才會(huì)配備PKE系統(tǒng)。據(jù)調(diào)查，國內(nèi)汽車行業(yè)中，在PKE系統(tǒng)方面走在前列的應(yīng)該屬于比亞迪，但是比亞迪公司都是購置國外的一些高價(jià)產(chǎn)品，從而導(dǎo)致一個(gè)難以解決的問題就是高本錢,國內(nèi)其他知名汽車企業(yè)也將PKE系統(tǒng)作為未來競(jìng)爭的一項(xiàng)有利的競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)。顯然汽車使用越要舒適，所需要的技術(shù)本錢必然就越高,當(dāng)前我國汽車無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)還處于開展階段。汽車廠商要想給用戶帶來更舒適體驗(yàn)，這必然還有很長的道路需要技術(shù)人員去探索,本次設(shè)計(jì)就是在這樣一個(gè)國內(nèi)外大背景下,參考有關(guān)鄰域頂尖人才的論文及技術(shù)研究力爭設(shè)計(jì)出一種平安、舒適、可行性較強(qiáng)的汽車通信系統(tǒng),為我國汽車無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)的開展盡自己的一份力。1.3本課題的主要研究內(nèi)容本次課題研究的主要內(nèi)容包括有：相關(guān)硬件電路的設(shè)計(jì)，無線通信數(shù)據(jù)的了解與實(shí)現(xiàn)，控制芯片的低功耗方案的實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)軟件流程設(shè)計(jì)，通信加密技術(shù)以及通信過程中抗干擾的設(shè)計(jì)。選用相關(guān)芯片，根據(jù)PKE系統(tǒng)所需要的功能來設(shè)計(jì)相關(guān)電路，將電路分為車載基站端和鑰匙端兩個(gè)主要局部進(jìn)行電路設(shè)計(jì)[4]。車載基站端與鑰匙端之間的通信采用如下模式，由車載基站發(fā)送低頻信號(hào)給鑰匙端，鑰匙端接收到相關(guān)信號(hào)以后，發(fā)出高頻信號(hào)作為應(yīng)答從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模塊之間的雙向通信功能，同時(shí)利用滾碼加密技術(shù)可以確保系統(tǒng)在雙向通信時(shí)的平安可靠性[5]。由于安裝了PKE系統(tǒng)，此系統(tǒng)自然會(huì)消耗能耗，為了盡量減小能量損耗同樣為了保證鑰匙端能夠長時(shí)間的工作，系統(tǒng)必須要實(shí)現(xiàn)低功耗的最根本的功能。首先我們必須采用低功耗器件，其次要采用睡眠-喚醒的模式。在系統(tǒng)閑置時(shí)候控制芯片必須處于睡眠狀態(tài)，只有在接收到相應(yīng)的喚醒信號(hào)后才將控制芯片喚醒工作，從而實(shí)現(xiàn)低功耗的功能。抗干擾技術(shù)是為了確保通信過程中有效信號(hào)可以準(zhǔn)確無誤的傳送，為了實(shí)現(xiàn)這些目在硬件設(shè)計(jì)的時(shí)候要充分考慮到硬件抗干擾技術(shù)的應(yīng)用。PKE系統(tǒng)需要軟件程序的支持，故系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要設(shè)計(jì)軟件流程。軟件設(shè)計(jì)同樣分為兩個(gè)局部進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于鑰匙端和車載基站都是采用睡眠-喚醒模式，所以需要中斷程序來中斷控制芯片的睡眠狀態(tài)。雖然硬件設(shè)計(jì)中考慮到了抗干擾技術(shù)，但是在軟件設(shè)計(jì)中同樣要考慮到干擾信號(hào)的影響，所以要進(jìn)行必要的軟件抗干擾設(shè)計(jì)[6]。1.4論文結(jié)構(gòu)安排第一章：緒論。首先對(duì)汽車無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行概述。闡述了PKE系統(tǒng)的簡要功能，分析了國內(nèi)外PKE系統(tǒng)開展的不同層次，指出了國內(nèi)汽車行業(yè)PKE系統(tǒng)開展的相對(duì)落后。說明了本文設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)，說明了進(jìn)行PKE系統(tǒng)設(shè)計(jì)的必要性與重要性。第二章：闡述汽車無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)的主體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。并分析設(shè)計(jì)中可能會(huì)遇到的一些困難，以及一些核心問題的解決方法，從整體結(jié)構(gòu)的方面完成了系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)工作為后面工作的進(jìn)行打下鋪墊。第三章：設(shè)計(jì)汽車無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)的硬件電路圖。指出將系統(tǒng)分為鑰匙端以及車載基站端兩個(gè)局部進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。并詳細(xì)介紹系統(tǒng)的濾波電路，鑰匙端低頻接收電路和高頻發(fā)射電路，以及車載基站端的低頻發(fā)射電路和高頻接收電路。第四章：進(jìn)行PKE系統(tǒng)的軟件流程設(shè)計(jì)。詳細(xì)介紹了鑰匙端和車載基站軟件流程，并采取睡眠和中斷模式到達(dá)低功耗的目。分別設(shè)計(jì)了車載基站端與鑰匙端的主流程圖，并且設(shè)計(jì)了車載基站與鑰匙端的中斷程序流程圖。結(jié)論：對(duì)本次設(shè)計(jì)工作進(jìn)行了一些總結(jié)，回憶了系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中遇到的一些難以解決的困擾設(shè)計(jì)的問題以及努力去解決的方法。然后對(duì)未來的工作進(jìn)行了進(jìn)一步的展望，指出系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中必然還存在的一些不完善的地方，并大膽的想象了汽車無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)的開展趨勢(shì)。1.5本章小結(jié)本章分析了課題研究的意義和國內(nèi)外PKE系統(tǒng)開展的不同狀況，并詳細(xì)說明了此次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。對(duì)文章的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了確定2PKE系統(tǒng)方案的總體設(shè)計(jì)在出現(xiàn)PKE系統(tǒng)之前，傳統(tǒng)的鑰匙都是車主將鑰匙插入車身鑰匙孔翻開車門。而汽車無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)的出現(xiàn)那么可以更加解放車主的雙手。車主不需要拿出鑰匙，只要車主身上帶有鑰匙，車主就可以直接拉車門翻開車門而不需要再去拿鑰匙翻開車門，這為車主提供了極大的方便，特別是當(dāng)車主雙手被占用的時(shí)候。2.1汽車無鑰匙系統(tǒng)所具有的功能PKE系統(tǒng)可以分為4個(gè)最根本的功能：首先是一鍵尋車功能，然后還自動(dòng)省電功能，遠(yuǎn)程遙控開開后備箱功能，當(dāng)然最主要的是近距離無鑰匙進(jìn)入功能。(1)當(dāng)車輛?？吭诖笮屯＼噲?chǎng)里面或者?？吭诟浇胤酵浘唧w在哪里了，又或者車輛附近有幾輛車不知道哪個(gè)是自己的愛車時(shí)，可以使用一鍵尋車功能。車主在較遠(yuǎn)的位置按下一鍵尋車按鈕，愛車就會(huì)發(fā)車聲音告訴車主車的具體位置。一鍵尋車的功能設(shè)計(jì)時(shí)方案能在70m左右的距離尋找到愛車的位置。(2)省電模式：系統(tǒng)采用自動(dòng)喚醒方式控制，在平時(shí)不需要鑰匙端與車載基站端進(jìn)行雙向通信時(shí)，鑰匙端和車載基站段的控制器都處于睡眠狀態(tài)，只要控制器的外圍電路處于工作狀態(tài)。當(dāng)鑰匙端的遙控按鈕被按下時(shí)并且鑰匙端在車載基站的有效范圍內(nèi)飾，車載基站控制器PIC18F2680被喚醒執(zhí)行相應(yīng)指令?；蛘弋?dāng)車載基站的門把手上的觸碰按鈕被按下后，車載基站端被主動(dòng)喚醒，并向鑰匙端發(fā)射一個(gè)低頻信號(hào)。當(dāng)鑰匙端在有效范圍內(nèi)時(shí)，鑰匙端控制器PIC16F639被喚醒。這種模式可以確保系統(tǒng)的低功耗要求[7]。(3)無鑰匙進(jìn)入功能，當(dāng)車主攜帶鑰匙靠近車門時(shí)，可能由于車主雙手不方便拿出鑰匙，也可能車主知道鑰匙在身上但不知道具體在哪里，只要車主用身體輕輕觸碰車門上的按鈕。車門就將為車主自動(dòng)翻開，從而實(shí)現(xiàn)了免鑰匙進(jìn)入。(4)遠(yuǎn)程遙控開后備箱功能。當(dāng)車主距離車子較遠(yuǎn)的時(shí)候如果有別人需要翻開后備箱取東西的時(shí)候，車主不再需要走到車后備箱后面才能翻開車后備箱，只需要按下遠(yuǎn)程遙控開后備箱按鈕，車后備箱自動(dòng)為車主翻開，方便快捷。2.2PKE系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)車載基站端鑰匙端圖2.1PKE系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以分為兩個(gè)主要局部一個(gè)是車載基站局部另一個(gè)是鑰匙局部。鑰匙端也可以主要分為3個(gè)工作模塊：低頻接收端，高頻發(fā)射端，微控制器PIC16F639。低頻接收端用于接收車載基站發(fā)送來的低頻信號(hào)，作為應(yīng)答從高頻發(fā)射端發(fā)送一個(gè)信號(hào)給車載基站，從而實(shí)現(xiàn)了雙向通信，微控制器PIC16F639用于信號(hào)的處理是一個(gè)核心部件,用于信號(hào)的處理[8]。車載基站端也可以分為4個(gè)主要局部：低頻發(fā)射端，高頻接收端，微控制器PIC18F2680，LIN總線模塊。低頻發(fā)射電路用于發(fā)射低頻信號(hào)給鑰匙端。為了到達(dá)低能耗的目的，低頻發(fā)射電路只有當(dāng)門控觸發(fā)按鈕被按下時(shí)才發(fā)射低頻信號(hào)。高頻接收電路用于接收鑰匙端的信號(hào)。當(dāng)鑰匙端有按鈕按下或者鑰匙端接收到低頻信號(hào)給以高頻信號(hào)作為相應(yīng)時(shí)，高頻電路才接收信號(hào)。微控制器PIC18F2680是車載基站局部的核心部件，用于信號(hào)的處理，控制器平時(shí)處于睡眠狀態(tài)，只有有中斷信號(hào)時(shí)才喚醒工作[9]。汽車無鑰匙進(jìn)入的開鎖功能流程如下：圖2.2開鎖流程圖汽車無鑰匙系統(tǒng)的開鎖功能流程圖詳細(xì)描述了汽車無鑰匙系統(tǒng)開鎖的功能流程，以流程圖的形式表現(xiàn)出來簡潔明了[10]。PKE系統(tǒng)執(zhí)行一鍵尋車功能流程如下：圖2.3一鍵尋車流程圖由于無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)的開鎖功能信號(hào)的傳送距離較近在2m以內(nèi)，而一鍵尋車功能的距離比擬遠(yuǎn)設(shè)計(jì)值在70M左右，可以讓車主們準(zhǔn)確定位自己愛車位置，尋找到愛車后近距離開鎖功能自然就可以生效了。2.3設(shè)計(jì)中遇到的難題及解決方法系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中有些核心問題必須解決，這些問題包括：微功耗技術(shù),通信距離，器件的小型化，以及平安性[11]。微功耗技術(shù)：由于系統(tǒng)都是由電池供電，所以車主會(huì)追求低功耗，以確保系統(tǒng)可以長時(shí)間工作。為了到達(dá)微功耗在選擇芯片材料的時(shí)候，就必須選擇功耗低的控制器件和控制電路，本文采用的是休眠-喚醒的模式來進(jìn)一步降低功耗。此次設(shè)計(jì)低頻采用125kz在基站和鑰匙端之間收發(fā)命令。在125KHZ低頻條件下的信號(hào)傳送時(shí)通過3副正交交變磁場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)耦合，這樣鑰匙端就可以利用基站附近的耦合磁場(chǎng)能量，而不需要消耗鑰匙端的內(nèi)部電池的能量。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)為功耗，系統(tǒng)設(shè)計(jì)成在平時(shí)都處于休眠狀態(tài)，只有在需要工作是蔡處于喚醒狀態(tài)。即只有當(dāng)基站接收到高頻信號(hào)或者門控觸發(fā)信號(hào)時(shí)才處于喚醒狀態(tài)，鑰匙端只有接收到低頻信號(hào)或者按鍵信號(hào)時(shí)才處于喚醒狀態(tài)。在睡眠狀態(tài)，處于低電流模式，可以減少電流損耗。器件小型化：由于鑰匙端要做的很小，且被裝進(jìn)口袋中信號(hào)接收面隨意性很大，基站與鑰匙端的低頻通信采用的是125KHZ，為了能很好的接收信號(hào)如果用普通天線的話，天線的體積要求做的很大，所以不適用，因此我們采用小型全向天線。采用3對(duì)相互正交的天線，這樣的話鑰匙端不管朝向什么方向，正交天線都可以很好的接收信號(hào)。小型化天線的制作材料不同于普通天線的材料，是特殊的超高磁導(dǎo)率的材料。通信距離：低頻信號(hào)采用的是125KHZ頻率，衰減很快。為了使鑰匙在有效范圍內(nèi)及2M左右可以接收到有效信號(hào)，必須要求鑰匙端極其靈敏。高頻信號(hào)采用的是433MKZ，可以傳送較遠(yuǎn)距離，可以用在一鍵尋車功能上。平安性問題：無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)的平安性問題是一個(gè)核心問題。平安性問題要求基站與鑰匙端通信時(shí)，傳遞的數(shù)據(jù)必須有很高的保密性，以防止汽車被盜。為了解決這個(gè)問題通信過程中的加密可以使用滾碼技術(shù)，每次車載基站與鑰匙端通信都是發(fā)送的不同的編碼，從而使專業(yè)盜車賊也無法獲得有效密碼[12]。2.4系統(tǒng)設(shè)計(jì)期望到達(dá)的目標(biāo)(1)低功耗：PKE系統(tǒng)鑰匙端電池期望可以工作5年以上，所以必須采用一系列措施降低系統(tǒng)功耗，從而延長鑰匙端電池的壽命。可以從器件的選擇，系統(tǒng)的工作方式，電路的設(shè)計(jì)等角度減少能耗。(2)設(shè)計(jì)本錢：因?yàn)镻KE系統(tǒng)只是讓車主體驗(yàn)更舒適的行車感覺，所以不能讓系統(tǒng)的本錢太高，不然會(huì)給車主造成額外較多負(fù)擔(dān)，此外如果同樣是PKE系統(tǒng)而別的設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)的系統(tǒng)本錢低，那么就會(huì)影響次PKE系統(tǒng)的推廣，失去市場(chǎng)的競(jìng)爭力。(3)信號(hào)傳遞質(zhì)量：因?yàn)橥饨绺鞣N干擾因素，必然使基站與鑰匙端信號(hào)的傳遞受到一定的干擾，我們不能通過提高發(fā)送信號(hào)的功率來抑制干擾信號(hào)，否那么有悖于低功耗的原那么。因此只能通過加強(qiáng)接收電路接收信號(hào)時(shí)候的靈敏度來提高信號(hào)傳遞的質(zhì)量。(4)防盜問題：汽車防盜是問題的重中之重，為了實(shí)現(xiàn)防盜功能，系統(tǒng)采用PWM波調(diào)制技術(shù)，在鑰匙端與車載基站端進(jìn)行雙向通信時(shí)采用了滾碼加密的加密方法，從而實(shí)現(xiàn)了汽車無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)很高的平安性，可靠性，微系統(tǒng)的推廣提供了可靠的技術(shù)保障。2.5本章小結(jié)本章對(duì)汽車無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，介紹了系統(tǒng)的車載基站和鑰匙端的主要工作流程，解決了系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中遇到的一些核心問題如：微功耗問題，器件小型化問題，通信距離以及平安性問題。并確定了系統(tǒng)設(shè)計(jì)所期望到達(dá)的低功耗，低設(shè)計(jì)本錢，高質(zhì)量信號(hào)傳遞，平安可靠防盜性的目標(biāo)。3PKE系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)本章主要對(duì)PKE系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了鑰匙端所用控制器PIC16F639特性功能，外部電路，高頻發(fā)射電路以及低頻接收電路[13]。同樣也介紹了車載基站端所用芯片PIC18F26820，外部濾波電路，低頻發(fā)射電路以及高頻接收電路。同時(shí)介紹了系統(tǒng)電路整體工作原理，并對(duì)LIN總線的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。3.1硬件總體設(shè)計(jì)的根本原那么PKE系統(tǒng)一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，硬件電路在設(shè)計(jì)的時(shí)候要充分考慮到單片機(jī)系統(tǒng)的一些設(shè)計(jì)根本原那么。系統(tǒng)設(shè)計(jì)是要盡量做到實(shí)用平安可靠，并盡可能的減少系統(tǒng)設(shè)計(jì)的本錢，所以選擇器件的時(shí)候需要遵循一些標(biāo)準(zhǔn)的原那么：(1)普遍性原那么：所選用的一些器件盡量使市場(chǎng)上大量使用的不要選一些冷門的器件，難以購置替換的時(shí)候更加困難，選用普遍存在的器件比擬方便，能夠降低本錢；高性價(jià)比原那么：同樣的規(guī)格的芯片，選用廉價(jià)的，相同價(jià)格的芯片選用相對(duì)質(zhì)量較好，實(shí)用的，這樣可以提高系統(tǒng)的整體性價(jià)比。(2)采購方便原那么：盡量選購方便買到的，比方可以在自己工作附近就可以購置的，減少因?yàn)槠骷少彾ㄙM(fèi)的不必要的本錢；(3)持續(xù)開展原那么：選擇器件的時(shí)候不可以選擇那種已經(jīng)停產(chǎn)的或者即將停產(chǎn)的，不然的話會(huì)為后續(xù)維護(hù)工作帶來極大的不方便；(4)可替代原那么：盡量選擇pintopin兼容種類比擬多的元器件；(5)向上兼容原那么：如果已經(jīng)有一些器件了，在購置其他器件的時(shí)候盡量使后購置的器件兼容之前的老器件，不要造成不必要的浪費(fèi)；(6)資源節(jié)約原那么：盡量最大化的利用器件，如果控制器之用了幾個(gè)引腳，其他上百個(gè)引腳都是懸空的這必然造成極大的浪費(fèi)；功耗問題：由于本系統(tǒng)要求低功耗，所以盡量選擇低功耗器件。3.2PKE系統(tǒng)鑰匙端硬件設(shè)計(jì)鑰匙端系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如下:圖3.1鑰匙端整體結(jié)構(gòu)圖3.2.1控制器PIC16F639芯片的介紹：鑰匙端控制芯片使用的是PIC16F639，此芯片功耗低，本錢低，易購置，根本符合PKE系統(tǒng)控制器的要求，所以本文選擇PIC16F639作為鑰匙端控制器進(jìn)行電路設(shè)計(jì)[13]。微控制器的特殊功能：1.精確的內(nèi)部振蕩器，出場(chǎng)前已經(jīng)調(diào)試在1%以內(nèi)，所以誤差很少。2.具有極寬的工作頻率高頻可達(dá)30MHZ,低頻都可低至31khz。3.可以實(shí)現(xiàn)模式切換，讓控制芯片工作在極低的能耗狀態(tài)下，省電休眠狀態(tài)為鑰匙端低功耗的要求提供了可能性。4.KEELOQ兼容的硬件加密模塊PIC16D639引腳功能表如下：表3.1PIC16F639引腳功能表引腳序號(hào)引腳名稱引腳功能1VDD微控制器的電源2RA5/T1CKI/OSC1/CLKIN通用I/O單獨(dú)控制變化中斷，單獨(dú)啟用上拉或下拉。/定時(shí)器1時(shí)鐘/晶體連接/TOSC4的參考時(shí)鐘3RA4/T1G/OSC2/CLKOUT通用I/O單獨(dú)制變化中斷，單獨(dú)啟用上拉或下拉。/定時(shí)器1門/晶體連接/TOSC參考時(shí)鐘4RA3/MCLR/VPP通用輸入，控制的變化中斷。/去除復(fù)位，拉起時(shí)啟用配置MCLR。/編程電壓。5RC5通用I/O端口6RC4/C2OUT通用I/O端口/比擬器2輸出端口7RC3/LFDATA/RSSI/CCLK/SDIO通用I/O端口/模擬輸入信號(hào)的數(shù)字引腳輸出/接收信號(hào)強(qiáng)度指示器，模擬電流與輸入振幅成正比/載波時(shí)鐘輸出/SPI通信的輸入輸出8VDDT模擬前端電源9LCZ125KHZ的Z通道模擬輸入10LCY125KHZ的Y通道模擬輸入11LCX125KHZ的x通道模擬輸入12LCCOM模擬量輸入共同參考端13VSST模擬前端接地參考端14RC2/SCLK/ALERT通用I/O端口//SPI通信數(shù)字時(shí)鐘輸入/輸出與AFE內(nèi)部上拉電阻的誤差信號(hào)15RC1/C2IN-/CS通用I/O端口/比擬器輸入負(fù)端/芯片選擇輸入與內(nèi)部上拉電阻的SPI通信16RC0/C2IN+通用I/O端口/比擬器1輸入正端17RA2/T0CKI/INT/C1OUT通用I/O單獨(dú)控制變化中斷，單獨(dú)用上拉或下拉/外部時(shí)鐘信號(hào)1/外部中斷/比擬器1輸出18RA1/C1IN-/VREF/ICSPCLK通用I/O單獨(dú)控制變化中斷，單獨(dú)啟用上拉或下拉/比擬器1輸入負(fù)端。/串行編程時(shí)鐘。19RA0/C1IN+/ICSPDAT/ULPWU通用I/O單獨(dú)控制變化中斷，單獨(dú)啟用上拉或者下拉，可選的超低功耗醒來引腳。/比擬器1輸入正端/串行編程數(shù)據(jù)輸入輸出/超低功耗喚醒輸入20微控制器的接地參考PIC16F639在鑰匙端所接電路如下列圖：圖3.2鑰匙端控制器電路圖PIC16F639控制器的16腳RC0經(jīng)過470歐母上拉電阻接到VCC上，5腳RC5接高頻發(fā)射電路放大器端。PKE系統(tǒng)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)鑰匙端主控制器電路的時(shí)候加上了兩個(gè)主動(dòng)地按鈕，按鈕的作用是：一個(gè)是為了一鍵尋車，另一個(gè)是為了遙控開后車廂。遙控開后車廂可以免去必要要拿鑰匙走到后車廂附近才能開后車廂的困難，雖然只是安裝了一個(gè)按鈕但也帶來了一定的方便[14]。3.2.2鑰匙端低頻接收電路低頻接收電路由芯片上所接的3對(duì)正對(duì)天線構(gòu)成，分別接在9腳LCA，10腳LCY，11腳LCX。三對(duì)天線公共端與12腳LCCOM相接通后經(jīng)過濾波電路接地。低頻信號(hào)由于比擬微弱，所以需要接收端有很強(qiáng)的靈敏度，這在設(shè)計(jì)過程中是一個(gè)難題。所以在設(shè)計(jì)過程中采用了3副正交的天線，而且天線的材料也是特殊的超高磁導(dǎo)的材料，這可以有效地提高信號(hào)接收時(shí)候的靈敏度，為系統(tǒng)的可靠性，接收信號(hào)的靈敏性提供保證[15]。鑰匙低頻接收端與控制芯片PIC16F639所接電路圖如下：圖3.3低頻接收端電路圖三副天線兩兩正交相對(duì)，分別置于x軸，y軸，z軸上，將低頻接收信號(hào)頻率定制在125KHZ。通過在X，Y，Z軸設(shè)置兩兩正對(duì)的天線可以接收任意方向的信號(hào)，天線必需選用小型化高靈敏度器件，選取125kHZ的低頻信號(hào)可以確保接收時(shí)的靈敏度。3.2.3鑰匙端高頻發(fā)射電路鑰匙高頻發(fā)射端當(dāng)接受到低頻有效信號(hào)或者有主動(dòng)的按鍵信號(hào)時(shí)，PIC16F639控制芯片才會(huì)喚醒，發(fā)射一個(gè)高頻信號(hào)。高頻發(fā)射端發(fā)射的信號(hào)頻率是433MHZ。高頻端發(fā)射的是調(diào)制波，所謂調(diào)制就是用低頻信號(hào)去控制高頻信號(hào)，高頻信號(hào)稱為載波。此高頻信號(hào)用于與車載基站端進(jìn)行通信，發(fā)射高頻信號(hào)，車載基站端接收識(shí)別次高頻信號(hào)。鑰匙高頻發(fā)射端電路圖如下：圖3.4高頻發(fā)射端電路圖高頻發(fā)射電路發(fā)射頻率為433mHZ，通過預(yù)先設(shè)置好的滾碼加密方式進(jìn)行編碼，在通過PWM進(jìn)行編碼，形成高頻發(fā)射信號(hào)高頻發(fā)射電路信號(hào)斷與控制器PIC16F639的RC5相接。并通過控制器進(jìn)行移位發(fā)射。高頻發(fā)射電路通過發(fā)射高頻載波PWM波與車載基站端的高頻接收端進(jìn)行通信。3.3PKE系統(tǒng)車載基站硬件設(shè)計(jì)本節(jié)對(duì)PKE系統(tǒng)的車載基站端硬件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并將車載基站端分為3個(gè)局部進(jìn)行介紹，分別為：控制器PIC16F2680，低頻發(fā)射端，高頻接收端[16]。這三個(gè)局部組成了完整的車載基站端可以完成。圖3.5車載基站電路整體結(jié)構(gòu)3.3.1PIC18F2680芯片的介紹車載基站端選用的控制器是PIC18F2680，它具有系統(tǒng)所需要的根本功能，并且具有低功耗特性，所以本文選用它作為控制芯片進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。PIC18F2680特點(diǎn)如下：內(nèi)部晶振可提供8種頻率選擇,從SMHZ到3IKHZ平時(shí)狀態(tài)休眠，工作是喚醒，省電模式工作電壓范圍為3.6V一5.5V;提供SPI接口PIC18F2680引腳功能表如下：表3.2PIC18F2680引腳功能表管腳標(biāo)號(hào)管教名稱管教功能1MCLR/VPP/RE3主去除〔輸入〕或編程電壓〔輸入〕。主去除〔復(fù)位〕輸入。此引腳是一個(gè)低有效復(fù)位的裝置。編程電壓輸入。數(shù)字輸入。2RA0/AN0數(shù)字端口0/模擬輸入端口03RA1/AN1數(shù)字端口1/模擬輸入端口14RA2/AN2/VREF-數(shù)字端口2/模擬輸入端口2/A/D輸入?yún)⒖嫉碗妷?RA3/AN3/VREF+數(shù)字端口3/模擬輸入端口3/A/D輸入?yún)⒖几唠妷?RA4/T0CK1數(shù)字端口4/定時(shí)器的外部時(shí)鐘輸入7RA5/AN4/SS/HLVDIN數(shù)字端口5/模擬輸入端口4/SPI附屬選擇輸入高。低電壓檢測(cè)輸入8VSS接地參考邏輯和I/O引腳9OSC1/CLK1/RA7晶體震蕩器或外部時(shí)鐘輸入/外部時(shí)鐘源輸入1/通用I/O端口10OSC2/CLK0/RA6晶體震蕩器或外部時(shí)鐘輸出/外部時(shí)鐘源輸入2/通用I/O端口11RC0/T1OSO/T13CK1雙向輸入端口0/定時(shí)器1振蕩器輸出/定時(shí)器外部時(shí)鐘輸入12RC1/T1OSI雙向輸入端口1/定時(shí)器1輸入13RC2/CCP1雙向輸入端口2/capture1輸入/輸出/PWM1輸出14RC3/SCK/SCL雙向輸入端口3/同步串行輸入/輸出SPI?模式。15RC4/SDI/SDA數(shù)字I/O端/SPI數(shù)據(jù)輸入16RC5/SDO數(shù)字I/O端/SPI數(shù)據(jù)輸出17RC6/TX/CK數(shù)字I/O端/異步收發(fā)器異步傳輸/異步收發(fā)器同步時(shí)鐘18RC7/RX/DT數(shù)字I/O端/異步收發(fā)器異步接收/異步收發(fā)器的數(shù)據(jù)同步19VSS接地參考邏輯和I/O引腳20VDD邏輯正電源和I/O引腳21RB0/INT0/AN10數(shù)字I/O。/外部中斷0。/模擬輸入1022RB1/INT1/AN8數(shù)字I/O。/外部中斷1。/模擬輸入823RB2/INT2/CANTX數(shù)字I/O。/外部中斷2。/can總線發(fā)送。24RB3/CANRX數(shù)字I/O。/can總線接收。25RB4/KBI0/AN9數(shù)字I/O。/模擬輸入926RN5/KBI1/PGM數(shù)字I/O。/在改變引腳中斷。/低電壓ICSP?編程使能引腳27RB6/KBI2/PGC數(shù)字I/O。改變引腳中斷/在電路調(diào)試和ICSP編程時(shí)鐘引腳。28RN7/KBI3/PGD數(shù)字I/O。改變引腳中斷/在電路調(diào)試和ICSP編程數(shù)據(jù)引腳?？刂破鱌IC18F2680在車載基站端電路接線圖如下列圖所示：圖3.6車載基站控制器PIC18F2680電路圖PIC18F2680控制器13腳RC2與TC4422芯片IN；25腳RB4與RX3100的8腳；17，18腳TX，DT與LIN總線TLE6258TX，DT相接。車載基站端與鑰匙短的控制器都采用PIC系列是考慮到同是一個(gè)系列系統(tǒng)在配合方面會(huì)更好，采購簡單。3.3.2低頻發(fā)射端電路的設(shè)計(jì)車載基站低頻發(fā)射端采用TC4422進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。TC4422的特性如下所列：〔1〕頂峰值輸出電流：9A〔2〕有一個(gè)較寬的工作電壓：-4.5V至18V〔3〕輸出電流較大可到達(dá)2A〔4〕快速升高和降低：〔5〕傳輸延遲時(shí)間短：30ns〔典型值〕〔6〕供電電流?。骸?〕邏輯“1”輸入——200μA〔典型值〕TC4422引腳功能表如下：表3.3TC4422引腳功能表：引腳標(biāo)號(hào)引腳名稱引腳功能1VDD電源電壓，4.5V至18V2INPUT控制輸入，TTL/CMOS兼容輸入3NC無連接4GND接地5GND接地6OUTPUTCMOS推挽式輸出7OUTPUTCMOS推挽式輸出8VDD電源電壓，4.5V至18V硬件電路圖連接如下列圖：圖3.8低頻發(fā)射端電路圖TC4422的2腳IN與控制器PIC18F2680的130/RC2腳相連接，當(dāng)車載基站檢測(cè)到門控觸發(fā)輸入時(shí),系統(tǒng)會(huì)將識(shí)別碼,經(jīng)PWM調(diào)制后由13腳(RC2腳)輸出到TC4422的2腳IN，在有低頻發(fā)射電路將車載基站端的低頻信號(hào)發(fā)射出去。3.3.3高頻接收端電路的設(shè)計(jì)高頻信號(hào)頻率定制在433MHZ，高頻接收電路采用RX3310作為無線接收芯片。RX3310內(nèi)部集成了系統(tǒng)所需要的濾波電路，這使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路更加方便，簡單。RX3310無線接收芯片的特點(diǎn)如下：〔1〕工作頻率為250MHZ~450MHZ〔2〕具有-168dBm的高靈敏度〔3〕低功耗正常平均工作電流為2.6MA〔4〕高集成度，外圍元件少。〔5〕采用20腳封裝，體積小。所用無線接收芯片的引腳功能表如下：表3.4TC4422引腳功能表：管腳序號(hào)管教名稱功能描述1OSC2外接震蕩電感或者諧振器2FO中頻濾波輸出3CPA比擬器輸入端A4CPB比擬器輸入端B5CPO比擬器調(diào)06,7VSS電源地8DATA數(shù)據(jù)輸出9DISABLE低電平有效，高電平時(shí)芯片停止工作10CPC比擬器輸入端C11LIN限幅器輸入端12VCC正電源〔2~6V〕13LFB限幅器反應(yīng)端B14VIRF射頻放大器輸入端15VEE電源地16VORF射頻放大器輸出端17MIXIN混頻器輸入端18,19VCC正電源〔2~6V〕20OSC1外接震蕩電感或者諧振器高頻接收端電路圖如下列圖所示：圖3.8高頻接收電路圖RX3310無線接收芯片的8腳DATA腳與主控芯片的25腳RB4相連接。高頻接收端將接收到高頻信號(hào)傳送到主控制芯片相應(yīng)輸入端。3.4LIN總線硬件設(shè)計(jì)LIN總線模塊通信電路在設(shè)計(jì)時(shí)我們使用的芯片是tle6258，此芯片結(jié)構(gòu)簡單，封裝體積小，相當(dāng)實(shí)用。TLE6258個(gè)引腳功能如下表；表3.5TLE6258個(gè)引腳功能：引腳號(hào)符號(hào)功能1RxD接收輸出數(shù)據(jù)，集成上拉，低顯性狀態(tài)2ENN不輸入；集成30KΩ拉3Vcc5V輸入4TxD傳輸數(shù)據(jù)輸入；集成上拉，低顯性狀態(tài)5GND接地6Bus總線輸出/輸入；內(nèi)部30KΩ拉起，低顯性狀態(tài)7Vs電池電源輸入8N.c不接TLE6258在車載基站端的接線電路圖如下：圖3.10LIN總線模塊電路圖TLE6258引腳1腳RXD與控制器PIC18F2680引腳18腳RX相接，4腳TXD與控制器17腳TX相接。Bus端接到控制總線，通過LIN總線發(fā)送相應(yīng)名字，鎖控機(jī)構(gòu)執(zhí)行相應(yīng)的上鎖或者開鎖命令。3.5系統(tǒng)電路抗干擾的設(shè)計(jì)干擾時(shí)系統(tǒng)必然存在的，也是設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)必須要考慮到的，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)必須考慮到干擾的影響。干擾：又稱電路噪聲，是電磁兼容設(shè)計(jì)中的“效勞對(duì)象”。干擾的來源很多比方大地磁場(chǎng)，電路結(jié)構(gòu)帶來的微弱磁場(chǎng)以及電路中電流的不斷變化。干擾信號(hào)自然是正?？刂浦胁幌Ｍ嬖趨s又經(jīng)常存在的電信號(hào)。抗干擾是為了減少甚至消除電路噪聲的手段。下面簡要介紹抗干擾的方法：地線措施，阻容措施，隔離措施，電流措施，電壓措施。信號(hào)走線分布方法：并排、平行原那么，直線原那么，躲避大電流區(qū)原那么，躲避大電流區(qū)原那么。排線、信號(hào)線注意：排線、信號(hào)線長度不宜過長，超過一定長度時(shí)，應(yīng)充分考慮信號(hào)的失真可能性和干擾的強(qiáng)度。在焊制電路板的時(shí)候要注意線路的排版，盡量使得線路不要交叉，排版分區(qū)要合理?！?〕盡量采用抗干擾性能強(qiáng)的單片機(jī)。3.6車載基站供電電路圖前面已經(jīng)介紹了鑰匙端以及車載基站端電路的各個(gè)電路局部，也給出了設(shè)計(jì)電路是應(yīng)該注意的問題。下面介紹下兩個(gè)局部的供電電源。車載基站采用的是12V車載電池供電，由于電路還需要5V電壓所以需要12V轉(zhuǎn)5V電路，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)了12V轉(zhuǎn)5V電路。鑰匙端采用紐扣電池供電，電路不在表達(dá)。12V轉(zhuǎn)5V電路如下：圖3.11車載基站端12V轉(zhuǎn)5V電路圖3.7本章小結(jié)本章對(duì)PKE系統(tǒng)的硬件電路圖進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。綜合考慮到系統(tǒng)的低功耗，接收信號(hào)時(shí)的高靈敏度，抗干擾等因素，設(shè)計(jì)了車載基站以及鑰匙端的電路圖。在可以到達(dá)預(yù)期的功能的前提下，盡量對(duì)電路的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了精簡。選擇了適宜的控制芯片是系統(tǒng)更加節(jié)能，平安可靠。同時(shí)參加了LIN總線用于控制鎖控機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。4PKE系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方案前一章已經(jīng)對(duì)汽車無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，本章將對(duì)PKE系統(tǒng)的軟件進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)。對(duì)軟件的設(shè)計(jì)依然分為兩個(gè)模塊，車載基站模塊和鑰匙端模塊。由于車載基站和鑰匙端都工作在睡眠喚醒的模式下，所以要采用中斷的方式來控制控制芯片的狀態(tài)。4.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)應(yīng)該遵守的必要原那么:〔1〕設(shè)計(jì)程序時(shí)候盡量使程序?qū)哟位Y(jié)構(gòu)清晰，流程明確。〔2〕設(shè)計(jì)程序時(shí)候，盡量使程序一個(gè)一個(gè)的模塊化，一個(gè)功能一個(gè)模塊，便于設(shè)計(jì)與修改。〔3〕設(shè)計(jì)程序的流程必須明確，不能出現(xiàn)摩棱兩可得分支走向?！?〕設(shè)計(jì)程序時(shí)每個(gè)功能模塊的功能必須是獨(dú)立的有特點(diǎn)的的。4.2系統(tǒng)通信協(xié)議及加密技術(shù)PKE系統(tǒng)中，車載基站與鑰匙端的通信，采用PWM波編碼。PWM波的編碼解碼有軟件實(shí)現(xiàn)[17]。車載基站端發(fā)送的低頻信號(hào)LF數(shù)據(jù)幀的格式可以表示成下列圖：圖4.1LF數(shù)據(jù)幀格式LF數(shù)據(jù)是車載基站發(fā)送給鑰匙端的信號(hào)，用于喚醒鑰匙端主控芯片PIC16F639.當(dāng)鑰匙端芯片被LF數(shù)據(jù)喚醒后，會(huì)發(fā)射一個(gè)高頻信號(hào)作為應(yīng)答。鑰匙端發(fā)送的高頻信號(hào)UFH數(shù)據(jù)幀格式如下列圖：圖4.2UHF數(shù)據(jù)幀格式本系統(tǒng)采用的是滾碼加密的方法。滾碼技術(shù)是一種高級(jí)平安的加密技術(shù)，代號(hào)為KEELOQ。它實(shí)際上是一種符合ASIC的特別設(shè)計(jì)，內(nèi)含加密和解密技術(shù)，可與紅外遙控技術(shù)結(jié)合使用，應(yīng)用范圍很廣。KEELOQ滾動(dòng)碼算法，是數(shù)據(jù)在車載基站與鑰匙端之間的傳送有極高的保密性，且每次傳送的代碼都是不一樣的。本系統(tǒng)利用修改后的DES加密算法實(shí)現(xiàn)了滾碼加密技術(shù)算法在設(shè)計(jì)時(shí),注重平安，可靠性的同時(shí),己經(jīng)充分考慮到低端單片機(jī)空間小,執(zhí)行速度慢的特點(diǎn)修改后的加密算法是一種平安的，可靠性高的，RAM使用率低，執(zhí)行速度快，便于在低端單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)的加密算法。表4.1編碼結(jié)構(gòu)第1-3字節(jié)第4-7字節(jié)第8字節(jié)識(shí)別碼，基站和鑰匙段對(duì)碼跳碼，每次發(fā)射后加1命令與校驗(yàn)信息第8字節(jié)位分配結(jié)構(gòu)第7位第6-1位第0位跳碼是否有效命令信息校驗(yàn)信息滾碼發(fā)射流程圖如下：圖4.3滾碼發(fā)射流程滾碼接收端流程圖如下：圖4.4滾碼接收流程圖滾碼在發(fā)射命令之前必須先從EEPROM中讀取識(shí)別碼,和跳碼信息,完成編碼和奇偶校驗(yàn)信息的填充,加密后發(fā)射。在發(fā)射完成后,32位的跳碼信息加1在保存到EEPROM中去。在對(duì)接收到的編碼解碼后,除了判斷奇偶校驗(yàn)位是否正確,識(shí)別碼是否匹配外,還須確保本次編碼中的跳碼信息大于EEPROM中保存的跳碼信息(上次通訊保存的)這便保證了每個(gè)有效編碼只能使用一次上述分析可以看出,保證平安性的另外一個(gè)關(guān)鍵便是加密算法[18]。4.3PKE系統(tǒng)鑰匙端軟件流程鑰匙端硬件電路控制器采用的是PIC1F16F639作為主控芯片，所以軟件的編寫也要用PIC匯編語言編寫。鑰匙端的工作狀況可以描述成如下情況：為了實(shí)現(xiàn)低功耗的目標(biāo)，芯片平時(shí)處于睡眠狀態(tài)，當(dāng)芯片接收到來自于車載基站的低頻信號(hào)或者鑰匙端主動(dòng)按鈕被按下后，采用中斷模式中斷芯片的睡眠狀態(tài)，將芯片喚醒，并發(fā)送相應(yīng)的高頻信號(hào)[19]。鑰匙端軟件的主流程圖如下：圖4.5鑰匙主流程圖因?yàn)殍€匙端平時(shí)處于睡眠狀態(tài)所以工作是需要中斷信號(hào)中斷睡眠模式。中斷流程圖如下：圖4.6鑰匙端中斷流程圖鑰匙端平時(shí)處于睡眠狀態(tài)，只有當(dāng)收到中斷信號(hào)后，系統(tǒng)進(jìn)入中斷程序，喚醒鑰匙控制芯片PIC16F639[19]。4.4PKE系統(tǒng)車載基站端軟件流程車載基站采用的是PIC18F2680作為控制芯片。車載基站工作流程可以描述成如下過程：在平時(shí)為了到達(dá)低功耗的目的，控制芯片處于睡眠狀態(tài)，當(dāng)高頻接收端接收到鑰匙端按鍵按下所發(fā)送來的高頻信號(hào)后，控制器結(jié)束休眠狀態(tài)，被喚醒接收信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行解碼匹配成功后，執(zhí)行相應(yīng)按鍵操作?；蛘弋?dāng)車門門把手上安裝的觸碰按鈕被按下后，喚醒控制器，控制器發(fā)送低頻信號(hào)，鑰匙端接收到低頻信號(hào)后，解碼匹配成功后，發(fā)送編碼后的高頻信號(hào)，接收電路接收到高頻信號(hào)后在解碼匹配成功后執(zhí)行相應(yīng)操作[20]。車載基站端的主程序流程圖如下：圖4.7車載基站主流程圖由于車載基站端也工作在睡眠-喚醒模式下，所以必須有中斷信號(hào)中斷控制芯片的睡眠狀態(tài)，那么必須有中斷程序。系統(tǒng)車載基站端中斷程序流程圖如下列圖所示：圖4.8車載基站端中斷流程圖車載基站端平時(shí)處于睡眠狀態(tài)，只有當(dāng)收到中斷信號(hào)后，系統(tǒng)進(jìn)入中斷程序，喚醒車載基站控制芯片PIC18F2680。4.5LIN總線軟件流程LIN總線模塊采用的是TLE6258.。LIN總線功能主要是采用總線控制的方法來控制鎖門裝置。當(dāng)車載基站解碼通過后需要相應(yīng)的動(dòng)作執(zhí)行的時(shí)候就通過LIN總線模塊發(fā)送動(dòng)作執(zhí)行命令。LIN總線軟件流程如下列圖所示：圖4.9LIN總線模塊軟件流程圖通過LIN總線模塊的指令發(fā)送可以很好的實(shí)現(xiàn)車門控制機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。4.6軟件抗干擾技術(shù)由于系統(tǒng)所要求的精度很高，所以在軟件設(shè)計(jì)過程中也要注意抗干擾。我們可以采用軟件濾波技術(shù)來抑制系統(tǒng)所受到的干擾信號(hào)[21]。下面簡要介紹幾項(xiàng)軟件濾波技術(shù)及特點(diǎn)和其主要應(yīng)用場(chǎng)合：

(1)限幅濾波法。方法：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，首先設(shè)定允許的最大誤差范圍和參考值，用取得的值與參考值進(jìn)行取相對(duì)差值，用相對(duì)差值與最大允許誤差進(jìn)行比擬，如果小于最大允許誤差那么保存，否那么的話就舍去本次的值。優(yōu)點(diǎn)：能夠有效地消除因?yàn)橥獠扛蓴_因素造成的脈動(dòng)誤差。缺點(diǎn)無法抑制周期性的干擾。(2)消抖濾波法。設(shè)置一個(gè)濾波計(jì)數(shù)器,將每次采樣值與當(dāng)前有效值比擬"如果采樣值等于當(dāng)前有效值,那么計(jì)數(shù)器清零;如果采樣值不等于當(dāng)前有效值,那么計(jì)數(shù)器加1,并判斷計(jì)數(shù)器是否大于上限N;如果計(jì)數(shù)器溢出,那么將本次值替換當(dāng)前有效值,并清0計(jì)數(shù)器。該方法對(duì)于變化緩慢的被測(cè)參數(shù)有較好的濾波效果,但對(duì)于快速變化的參數(shù)不宜,如果在計(jì)數(shù)器溢出的那一次樣到的值恰好是干擾值,那么會(huì)將干擾值當(dāng)作有效值導(dǎo)入系統(tǒng)。本文采用的是限幅消抖濾波法，是限幅濾波與消抖濾波的結(jié)合，這個(gè)濾波方法可以吸收兩種濾波方法的優(yōu)點(diǎn)，使得兩種濾波方法的缺乏之處互補(bǔ)?？梢杂行У臏p少干擾的影響。4.7本章小結(jié)本章對(duì)汽車無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)的軟件流程進(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)計(jì)，如同硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)將電路的設(shè)計(jì)分為2個(gè)局部，軟件流程設(shè)計(jì)時(shí)也將其跟車車載基站與鑰匙端兩個(gè)局部來做。由于系統(tǒng)要求低功耗，所以軟件設(shè)計(jì)的時(shí)候希望可以使控制在睡眠與喚醒兩種狀態(tài)下切換工作，在設(shè)計(jì)軟件流程圖時(shí)設(shè)計(jì)了中斷流程來實(shí)現(xiàn)這種切換。結(jié)論〔1〕工作總結(jié)〔a〕汽車無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)的開展為車主使用愛車提供了極大的方便。PKE系統(tǒng)的開展朝著越來越智能化，人性化，平安化。本文提出的是一種基于PIC18F2680作為車載基站的主控制器，以PIC16F639作為鑰匙端的控制芯片的設(shè)計(jì)方案。回憶半年來的設(shè)計(jì)研究，將主要設(shè)計(jì)研究的工作可以總結(jié)成如下：〔b〕分析研究了汽車無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)的開展歷程，指出了國內(nèi)外無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)開展的差異，說明了此系統(tǒng)在未來開展中所占有的重要性，指出了對(duì)汽車無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)研究的必要性?！瞔〕提出了整體的設(shè)計(jì)方案，將系統(tǒng)設(shè)計(jì)成車載基站與鑰匙端兩個(gè)模塊。車載基站與鑰匙端的通信依靠接收與發(fā)送電路的之間的高頻或者低頻信號(hào)來實(shí)現(xiàn)。車載基站與鑰匙端的雙向通信，使用PWM脈寬調(diào)制的方式，并在無限數(shù)據(jù)接收的時(shí)候參加濾波技術(shù)，提高系統(tǒng)的平安可靠以及靈敏性?！瞕〕對(duì)系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)行了實(shí)際的設(shè)計(jì)，同時(shí)查閱了解到硬件設(shè)計(jì)過程中需要注意到的問題，綜合考慮到信號(hào)發(fā)送與接收過中的干擾信號(hào)，在設(shè)計(jì)硬件電路是也將硬件濾波技術(shù)考慮到內(nèi)。在軟件和硬件設(shè)計(jì)方面都綜合考慮到了抗干擾設(shè)計(jì)，是為了竭力到達(dá)系統(tǒng)的平安可靠性?！瞖)如果說硬件是汽車無鑰匙系統(tǒng)的骨架，那么軟件設(shè)計(jì)是系統(tǒng)的靈魂。任何高級(jí)系統(tǒng)都需要軟件設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)特定的功能。本文考慮到汽車無鑰匙系統(tǒng)的低功耗要求，所以在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)使控制芯片平時(shí)處于睡眠狀態(tài)，工作時(shí)采用中斷喚醒的方式。從而確保了系統(tǒng)的低功耗要求。未來到達(dá)平安的目的，系統(tǒng)通信是雙向通信，使用了滾碼加密方法編碼，確保了系統(tǒng)的平安性。(2〕PKE系統(tǒng)開展展望雖然本文成功的提出了一個(gè)汽車無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)的