工控网首页
>

应用设计

>

智能无线通讯在促进汽车安全应用中的作用

智能无线通讯在促进汽车安全应用中的作用

2006/12/30 9:20:00
汽车电子工业对电子元器件的消费需求呈现持续高涨的发展态势,而基于汽车安全保护方面的应用也不断发展。由于汽车、驾驶人员和政府机构方面施加的影响,以及汽车制造厂商自身希望提高其市场份额的需求,汽车安全性对于汽车制造厂商来讲异常重要。智能无线通信技术是由遥控无钥门禁应用演变发展而来的。廉价智能应答器的问世,标志着智能无线通信系统正在成为一种新的发展趋势。在现有遥控无钥门禁(RKE)系统中,汽车驾驶人员通过按下一个发射无线信号的按钮来开/锁车门。使用新型的汽车接入系统后,驾驶人员仅需随身携带一个应答器就可以轻松实现上述操作。这种新型的汽车进入系统被称为被动无钥门禁系统(PKE)。 PKE系统无需人为干预就可以自动执行对用户的身份识别。这种安全保护系统需要加入智能机制来保证在任何应用场合下操作的可靠性,而免提操作系统的可靠性主要依赖于应答器中模拟检测电路的性能。本文将深入探讨典一型PKE系统设计中的关键问题及其解决方案。 下面将首先介绍什么是智能无线通讯,并介绍几个简单的应用示例。然后将对智能无线通讯中的两个重要功能:可编程数字唤醒滤波器和幅值灵敏度及调制深度进行阐述。最后,将展示一个智能被动无钥门禁(PKE)系统的设计示例。 什么是智能无线通讯? 目前、普遍应用的无钥门禁系统由两个单元组成。一个是基站单元,由单、片机和高频接收器构成。另一个是可以随身携带的发送器单元,由一个高频发送器和单片机组成。当用户通过按钮启动发送器时,发送器会加密代码,把信号发给基站。但这并不是智能的无线通信系统,智能无线通信系统应具备以下特点:1、自动操作,使用者无需按任何按钮,系统自己可以检测和发送信号;2、100%独立;3、在不同的环境下可以自己学习和适应,在有噪音的情况下,可以排除噪音,正常工作。 构建这样一个智能系统有很多要求,其中几个最简单的要求及相应解决方案如下: 1、体积小、成本低;解决方案是采用一枚智能单片机(CU),单片机集成了数字和模拟前端电路。 2、经济的双向通讯;解决方案是墓站命令用125Hz,响应用UHF。 3、通讯距离大于2米;解决方案是应答器具有高输入灵敏度,以便检测基站命令。 4,工作在噪声环境下(因为一般的环境下有很多噪音、干扰);解决方案是高输入调制深度灵敏度。 5、消除天线方向性;解决方案是在应答器板上使用三付正交放置的LF天线。 6、电池寿命长;解决方案是使用唤醒滤波器。 7、数据安全性;解决方案是使用加密/解密算法。 图1是1个智能被动无钥门禁(PKE)系统示例。它同目前普遍使用的无匙门禁系统有所不同。左边的基站部分除单片机和高频发送器外,还有1个低频发送器/接收器,基站发出125kHz的低频命令,右边的智能接收器收到信号后,进行处理。信号达到一定的要求,就可以使用高频或低频作为响应。在智能接收器中有3个方向(XYZ)的天线,从而能保证可以收到从任意方向过来的信号。另外,用户不需按任何按钮,智能接收器就可以自动接收和发送信号。
PKE应答器原理图如图2所示。MCU是PIC16F639。 639由另一个单片机636和模拟前端MCP2030组成。636具有Microchip专利的KEELOQ加密和解密方式。如果不需要使用这种加密方式,也可以将MCP2030同别的单片机组合在一起。
PKE应用示例 PKE可以应用在智能车辆出入系统、引擎防盗锁止系统以及胎压监测系统(TPMS)等多种应用中。下面以胎压监测系统为例,详细阐述其使用。如图3所示,胎压监测系统由3个单元组成。左下方是安装在轮胎上的传感单元,由智能单片机、胎压传感器和一个高频发送器组成。右上方是一个基站,由单片机和高频接收器组成。右下方是一个低频触发器。它放在靠近轮胎很近的车身中,使用时,每过3~4秒,低频触发器发出一个启动命令,发给轮胎里的传感单元。传感单元中的MCU接收到信号,信号达到要:求后,会要求胎压传感器测量胎压,再由高频发送器发送到基站。
可编程数字唤醒滤波器 可编程数字唤醒滤波器是一个非常重要的功能。使用它的目的在于:减小工作电流(延长电池寿命),即:使数字部分一直处于低电流模式(休眠),除非模拟部分发现有效输入信号。达到上述目的的方法是:应答器只搜寻具有预定义报头(波形)的输入信号,而忽略其他所有不具有预定义报头的输入信号。 图4是唤醒滤波器输入信号波形和输出数字。第一段是模拟前端所需的稳定时间,有一段间隙。第二段是可编程唤醒滤波器预定义的报头,它完全由用户设定,这里设的是2个毫秒高、2个毫秒低。当输入信号达到这个要求时,我们才会看到数字从单片机输出。
图5是唤醒滤波器使能时的输出。下面是输入信号,上面是调整输出信号。下面第一段是所需的稳定时间,有一段间隙。我们预定义的可编程唤醒滤波器波形是2个毫秒高、2个毫秒低。当输入信号达到这个要求时,上面有输出信号。而当输入信号不满足预设的唤醒滤波器时序要求时,就没有输出。
一般情况下我们建议使用唤醒滤波器。因为当噪音进入时,只有满足预设波形的噪音才能唤醒数字电路。而没有使用唤醒滤波器时,任意噪音信号都可以唤醒,从而造成不必要的电流消耗。 幅值灵敏度及调制深度 幅值灵敏度及调制深度是另一个重要的功能。图6是近场中的RF脉冲。有时候,基站和应答器非常靠近时,一般信号是从最高到最低来回摆动,但有时信号没有足够的时间实现最高到最低的摆动。这时信号的最高值和最低值很接近,这样就对信号的处理造成了困难。
图7是噪声环境下的RF脉冲。上面的图形是触发电平,在下面的图形中可以看到,噪声最低值已经加高到与最高值十分接近。这样就对信号的处理造成了困难。 如何判断调制深度呢?可以采用两种办法。一种是脉冲信号的(最高值-最低值)/最高值。另一种是采用(最高值-最低值)/(最高值+最低值)。我们采用前者,因为这样更便于用户理解。
如何判断调制深度呢?可以采用两种办法。一种是脉冲信号的(最高值-最低值)/最高值。另一种是采用(最高值-最低值)/(最高值+最低值)。我们采用前者,因为这样更便于用户理解。 图8是调制输入检测示例。上面是100的调制输入,最高值和最低值非常明显。下面是25%的调制输入,最高值和最低值非常接近。
智能被动无钥门禁(PKE)系统示例 图9是具有无电池及后备电池电路的智能PKE应答器。在有些情况下,比如电视机接触不良时,可以用磁线圈给电池短暂供电,这样应答器在没有电池供电时,仍可工作。
该系统具有以下要求:应答器中,有LF天线,UHF发送器、外部后备电池电路(可选)和智能MCU及MCU固件。基站中,有LF发送器、UHF接收器、天线和MCU及MCU固件。 双向通讯距离的参数包括:应答器中,有天线调谐及Q、天线定位(使用三维天线)、接收灵敏度、输入信号的调制深度、数据率;基站中,有输出功率、接收灵敏度。 天线设计中,低频部分普遍使用的频率为125kHz;使用LC谐振电路;天线类型为空心线圈或铁氧体磁芯(1~10 mH);LC谐振频率=基站的载波频率;范围:被动标签小于1米,主动标签小于5米。高频部分,UHE315~960 MHz;使用偶极天线,蚀刻在PCB上;范围:被动标签5米,主动标签100米。 磁通量与天线感应电压具有专门的公式。在判断感应电压时,有很多因素,比如说线圈匝数、接收器线圈的表面积、频率、品质因数等。天线感应电压同距离的关系为:基站和接收器靠的很近时,信号的电压是200V;距离到3米时,电压信号只能达到5mV的峰峰值。因此信号输入灵敏度在这里是非常关键和重要的。 目前Microchip已经提供了PKE的演示板,可以登录Microchip网站www,microchip.com查找。 结论 可靠的自动操作有以下要求:智能双向通讯、系统成本低、LF输入灵敏度高、功耗低(通过控制电池的使用来实现)、安全的数据加密与解密(Microchip使用专利的KEELOQ加密和解密方式)。您可以使用一枚智能单片机来构建系统,智能单片机能提供满足上述要求的解决方案。 信息来源于:造汽车网
投诉建议

评论

查看更多评论
56632

文章

36959

口碑

35997676

人气

其他资讯

查看更多

WAGO、TE等巨头齐聚世强硬创新产品研讨会,分享创新与突破

老地方,新时间!IOTE深圳物联网展,期待10月23-25日与你相见!

珞安科技携手深信服,强强联合打造工业互联网安全解决方案

洞见未来,第七届国际智能制造(武汉)论坛即将火热开启

“乘势再上 华南领航”阿童木机器人深圳子公司盛大开业