智能无线通信对推进汽车安全系统应用的作用

智能无线通讯要求自动操作，即不需要使用者按任何按钮，系统可以自己检测或发送信号，100%独立，在不同的环境下可以自学习和自适应，在有噪音的环境下可以排除噪音正常的工作。

上述智能无线通讯系统有很多的要求，第一个要求是体积小、成本低，解决方案用一个智能的单片机来实现，单片机由数字和模拟前端组合成一个芯片；第二个要求是经济的双向通讯，基站命令用125KHz低频发送，高频响应，用低频发送成本逐渐降低；第三个要求是通讯距离在2米以上，其应答器有高度的输入灵敏度，在3毫伏左右；工作在有噪声的环境下，因为在一般环境下有很多的噪音干扰，所以在设计系统的时候要求有高度的灵敏度非常重要；此外就是消除天线的方向性，因为控制信号不可能一直从一个方向发来，特别是随身携带的单元，发送的方向不可能控制，所以在应答器板上使用三个方向的天线XYZ，不管信号从哪个方面来都可以接收到；再者是对电池寿命的要求，因为有一些电池是用来作汽车里面胎压检测系统的，不可能每6个月打开换电池，所以采用唤醒滤波器以减少电流使用；最后是数据的安全性要求，发送信号加密，收到信号时再解密，使用加密解密的算法有很多，Microchip用Keylock算法。

图1所示是一个智能被动无匙门禁系统，图示系统和普遍使用的系统有相似的地方也有完全不同的地方，左边基站由一个单片机和高频的发送器和低频发送器与接收器组成，基站发出125KHz的低频命令，当右面的智能接收器收到信号时会处理信号，信号达到一定的要求使用高频或低频作为响应。智能的接收器有3个接收方向XYZ，不管信号从哪个方向送来都可以接收到这个信号，而且使用者不需要任何的按钮。这样的智能接收器可以自动的接收信号、发送信号和处理信号。

图2所示是PKE应答器原理图，图中的PIC16F639是由PIC16F636和MCP2030构成，其中MCP2032是模拟前端，PIC16F636是另外一个单片机，使用PIC16F636和模拟前端组合在一起主要是因为PIC16F636有Keylock加密解密的功能，如果使用者不需加密解密功能则可以使用2030模拟前端和其他的单片机组合。

应用示例

在汽车系统应用中有很多智能应答器的使用，如智能车辆出入系统、引擎防盗锁止系统(如图3所示)和胎压监测系统（TPMS）。

智能PKE应答器不仅适用在汽车里面，也可以应用在其它地方，如车库开门关门、公共停车场，很多汽车如果有智能应答器，汽车靠近停车场时门会自动打开。[page]

胎压检测系统(如图4所示)的显示组主要由三个单位组成：一个在轮胎里面，图中左下角由智能单片机、胎压传感器和高频发送器组成；右角上方是基站，主要由一个单片机和一个高频的接收器组成；右方下角是低频触发器，一般放在靠近轮胎很近的车身部分，使用时每3或4秒低频触发器会发出一个启动命令给轮胎单位，轮胎里面的智能单片机收到的信号达到要求时，会告诉胎压传感器去测量轮胎的温度和胎压，然后再由高频发送器把胎压的数据发给基站。

可编程数字唤醒滤波器

使用唤醒滤波器的目的主要是减少工作电流，从而可以延长电池的寿命。一般情况下，数字部分一直保持在睡眠状态，以达到最低的电流使用。而模拟前端不停地寻找输入信号，只有在达到预定的波形也即输入信号达到要求时，模拟前端才会去唤醒滤波器。

智能被动无钥门禁（PKE）系统设计

图5所示为一个具有无电池和后备电池的应答器电路，有些情况下，如果电池接触不好系统会没有电，可以用磁场来短暂的给供电，这样应答器在没有电池的情况下照样可以工作。

系统工作要求是，在应答器方面需要有低频的电线，高频发送器，以及一些系统可选后备电子的电路，此外还要有一个智能的单片机和单片机的部件；基站系统要求有低频发送器、高频接收器、天线、单片机和单片机的固件部分。

双向通讯距离有一些参数，应答器需要天线调谐及Q，天线定位使用三维天线，接收灵敏度，输出信号的调制深度；基站需要输出功率和接收的灵敏度。

天线设计低频普遍是采用125KHz，现在使用LC谐振电路；天线类型使用空心线圈或者铁氧体的磁心，LC的谐振频率和基站的载波频率相同，范围被动标签在1米左右，主动标签在5米左右。高频率从315MHz到960MHz，最常见的是315MHz和433MHz，使用偶极电线刻在PCB上，范围相对高得多，被动标签大概在5米左右，主动标签在100米左右。

图6所示为一个磁通量和天线感应电压关系的公式，这里主要是说明在判断感应电压的时候看到很多的因素：比如线圈的匝数、接触器线圈表面积、频率、接收电线和发送天线的角度都会影响到天线感应的电压。

图7所示为一个天线感应电压和距离的关系，大图上显示了基站和接收器靠的很近的时候，信号的电压是200V，小图则显示了距离到3米的时候，电压的信号只有达到5毫伏峰值，可以看出信号输入的灵敏度在这里是非常关键的。

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我们可以作一下总结，一个智能无线通讯系统需要可靠的自动操作，具体包括智能的双向通讯、低系统成本、低频输入高灵敏度（这一点比较关键），低功耗以及安全的数据加密和解密，结论是用一个智能的单片机构建系统可以达到所有要求，因此可以作为一个可靠的解决方案。

问： Microchip采用什么RF方案来实现无线通信？调制方式如何？距离有多远及发射功率多大？

答：共用频段，小功率，100米开阔地，功率受限于无委会规定，LF是AFSK。

问：Microchip提供哪些射频发射与接收芯片，是否有收发一体的射频模块？

答：Microchip射频发射芯片为rfPIC12F675f/H/K，射频接收芯片为rfRXD0420/0920。

问：无钥门禁系统（PKE）对用户的身份识别安全可靠性具体表现在哪些方面？应答器中模拟检测电路又是通过怎样的方式来实现智能检测的？

答：使用特别加密技术(KEELOQ)，有64位码长对用户的身份进行识别，模拟检测电路使用唤醒滤波技术(可编程的高低电平时间)来识别不同的基站。匹配后再用高频完成KEELOQ对码以确定身份。

问：唤醒滤波器主要指什么？由什么组成？

答：唤醒滤波器是芯片内部的逻辑电路，当应答器接收到基站的125K信号时，如果满足滤波器的时序要求，芯片将唤醒并工作，如果不满足，芯片将保持睡眠并维持低功耗。这个设计主要是为了降低应答器的功耗。

问：1个应答器能否控制多个PKE(如使房门、车库门、汽车门使用1个应答器开启)？应答器的距离是否可调？控制编码是否可调？

答：1个应答器能否控制多个PKE理论上可行，因为已经有用Microchip的KEELOQ产品开发的Homelink系统，而PKE的钥匙认证方面，就是KEELOQ的原理。应答器的距离，由多方面决定的，如125K电磁波能量，灵敏度，对于我们的应答器，灵敏度可调，但当调到最高灵敏度时，距离就取决于电路的设计。

问：Microchip TPMS中RF电路设计有何特点?能否保证高速下稳定接收?

答：Microchip TPMS中的RF电路可以做到从各个方向可靠接受信号，通过唤醒滤波器保证低功耗，可以保证在高速下稳定运行 。

问： TPMS在车轮内部的安装目前有很多安全方面的考虑，Microchip的方案是怎样来解决该问题的？

答前有两种安装方式，一种是装在轮胎中间，另外一种是装在打气处。

问：TPMS的接收对车速有限制吗？车速多高就会出现接收不到的问题？

答：这主要取决于RF部分的性能。从实际情况来看，在车速太高的时候会有一些可靠性的问题。比如在180KM/小时以上时可能会出现信号丢失的情况。

问：汽车中的无线电产品（如收音机）的使用会对系统造成干扰吗？如何解决？

答：不会，因为收音机的频率可能不一样，即使一样的频率，会唤醒接受器，但是因为ID号不对，会放弃接受。

问：UHF应答电路是否有电源控制，只在需要的时候启动吗？

答：有唤醒电路可以在需要的时候唤醒。

问：在设计基站部分应该注意哪些问题？如何保证该部分功能稳定？

答：注意线圈的设计，例如Q值，Microchip提供了相关的应用笔记供参考。此外，是射频接收的部分，需要评估该部分的稳定性。