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DSP在无钥匙系统的应用

作者: 发布时间:2020-01-21 08:47:30 阅读: 45 次

无钥匙系统是采用更先进的RFID(无线射频识别)技术,通过车主随身携带的智能卡里的芯片感应自动开关门锁,也就是说当您走近车辆一定距离时,门锁会自动打开并解除防盗;当您离开车辆时,门锁会自动锁上并进入防盗状态。一般装备有无钥匙进入系统的车辆,其车门把手上有感应按钮,同时也有钥匙孔,是以防智能卡损坏或没电时,车主仍可用普通方式开启车门。当车主进入车内时,车内的检测系统会马上识别您的智能卡,经过确认后车内的电脑才会进入工作状态,这时您只需轻轻按动车内的启动按钮(或者是旋钮),就可以正常启动车辆了。也就是说无论在车内还是车外,都可以保证系统在任何情况下都能正确识别驾驶者。下图为无钥匙系统的功能示意。

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    该应用要求基站和应答器(钥匙)单元之间进行双向通讯。当驾驶员靠近PKE系统的感应区域时,只要触及车门把手或者按下把手上的某一按键,驾驶员携带的PKE系统的身份识别“钥匙”就会接收到基站发送的低频信号,如果这个信号与“钥匙”中保存的身份识别信息一致,“钥匙”将被唤醒。这个过程能够防止随机噪声或其他干扰信号唤醒“钥匙”,延长电池寿命。“钥匙”上的三维全向天线输入电路能够保证“钥匙”在任何方位都能检测到汽车发出的唤醒信号

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   “钥匙”被唤醒后将分析汽车发出的认证口令,并发送相应高频信号,为了提高安全性,这些信号都经过加密处理。汽车将接收到的信号和内部保存的信息相比较, 如果验证通过,则打开车门锁。驾驶员进入车内,只需按一下启动键,汽车发动机就会启动。当然,驾驶员在按键的时候,PKE系统首先需要检测“钥匙”设备是否在车内,然后完成同样的认证过程后才会启动发动机。当驾驶员离开汽车,只需按一下车把手或者车把手上的某一按键,车门就会上锁,汽车在真正锁定之前,同样要检测驾驶员的位置,并需经过同样的验证过程。

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    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。

 

当低频(LF)发射器检测到触发输入时,将发送一条编码的低频报文。该信号范围内的任何应答器均会接收这条报文,并对编码的数据字段进行验证。如果发射器被识别,将发送一条RF加密编码报文。一个标准的RKE接收器对该数据包进行解码,如果被识别,将进行相应的操作。

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常见的无钥匙系统工作模式分两大类:触发模式和扫描模式(polling),其中触发模式分为机械触发和电子感应触发,这里需要综合考虑系统成本和系统性能,例如整个系统的响应时间。引擎防盗基站模块是低频通讯模块(125KHz),用来实现跟钥匙的近距离通讯,发动引擎,这一功能是备用方案,又称“无电模式”,只有在钥匙电池耗尽或者有意外干扰无钥匙系统导致无法正常工作时才会采用。这种情况下,用户只需要手持钥匙放在固定位置(例如凹槽),钥匙就可以跟基站建立通讯,进行身份认证来启动引擎。NXP的无钥匙系统PCF7952PCF7953的一大特色就是芯片本身集成了引擎防盗功能

 

    低频发射模块和射频接收模块是无钥匙系统的基本通讯链路,低频发射采用  125KHz,为上行链路,由车子端发送至钥匙端;射频接收采用315MHz434MHz,为下行链路,由钥匙端发送至车子端。之所以采用125KHz,一方面是为了兼容引擎防盗的相关技术,更为重要的是125KHz的信号对距离。主芯片是NXPPCF7952,射频发射芯片采用NXPPCF7900,相应的在车子端的射频接收芯片是NXPPQJ7910PCF7952/53具有低频模拟前端(LF FrontEnd),用来连接外围3D天线。在无钥匙系统中,钥匙端需要外置3D低频天线,可以接收检测外部空间的3D能量场强,分别为XYZ轴,通过叠加3个方向上的能量,可以保证钥匙在任何角度都能检测到同样的场强。其中的一轴天线还被复用为IMMO的功能,实现无电模式下的引擎启动。通过上行和下行链路,钥匙跟汽车可以建立起双向通讯,进行复杂的身份认证。最新的一代认证技术称为交互认证技术(Mutual-Authentication),不仅仅需要汽车来认证钥匙,同时也需要钥匙来判断车子是否合法,任何错误都会导致整个通讯结束,以此来保证系统的安全性。通讯距离是由低频上行链路125KHz决定,通常的PKE系统工作有效距离为2.5m左右,而实际有效开关门距离为1.5m2m。除了车内外检测精度以外,钥匙端的功耗也是衡量一个无钥匙系统好坏的重要指标,PCF7952自带的电源管理模块可以更大程度的降低整个系统功耗,一套成熟的无钥匙系统方案,钥匙端在一颗20323V锂电池供电的情况下,电池寿命可以长达三年。

 

    该数字信号处理芯片NXP PCF7952内,包含了8K ROM192K RAM, ADC, 512ByteEEPROM4K ERPOMAD控制器的精度为12位,并且有24I/O口, 内置RC振荡器,对于低频信号处理部分,该芯片包含了3维天线的前端硬件接受以及预处理器,用有8RISC的内核处理器。

    

     接下来是对无钥匙启动发动机防盗模块的软件流程分析,该系统由点火控制信号作为输入,由基站读取钥匙端ID信息,从而先进行钥匙端的一级认证,将得到的认证随机码存入EEPROM, 经过低频与高频信号的收发实现数据的通信,在基站处通过防盗固有的AES密钥算法进行处理并将随机码解码,与EEPROM预存的密钥信息进行匹配分析,在结果pass后进而向ECM进一步认证,如果不通过则锁止发动机的启动。