PKE智能鑰匙系統工作原理詳解

隨著汽車電子技術的不斷發展，傳統的無線門禁系統已無法滿足廣大用戶的需求。免持式被動無鑰匙門禁系統PKE（Passive Keyless Entry）正迅速成為汽車遠程無鑰匙門禁應用的主流，并成為新型汽車的普遍選擇。在汽車裝配有PKE智能鑰匙系統的情況下，車主只要靠近車輛或者碰一下車門，車門就能自動打開[1]。PKE智能鑰匙系統是汽車智能化、信息化、電子化的體現，提高了整車的安全性、可靠性、舒適性，具有極佳的市場前景和巨大的潛在效益。

1 系統硬件設計

1.1 PKE系統的工作原理

PKE智能鑰匙系統分為基站（車身）和應答器（鑰匙）兩部分，系統框圖如圖1所示。這兩部分之間采取雙向通信。該系統有兩種工作方式：第一種是車輛中的基站單元不停地發送一條編碼為125 kHz的低頻報文以搜尋并喚醒一定范圍內的應答器。該信號范圍內的所有應答器都能夠接收到該報文，并對編碼的數據字段進行驗證。一旦車主身上的應答器識別成功，它就會自動發送一條頻率為433.92 MHz的射頻Keeloq編碼報文，基站單元在收到該報文后對其進行解碼，如果識別成功，將控制指令執行機構打開車門。第二種工作方式中基站單元為了降低電流消耗并不會輪詢應答器。基站單元一般處于休眠狀態或掉電狀態，只有當觸發事件發生時才能將其喚醒，該觸發事件一般是汽車門把手上的紅外信號或者是由汽車門把手裝置激活的微動開關。在第二種工作方式下車主必須碰一下車門才能觸發系統，從而打開車門。



1.2 應答器（鑰匙）模塊設計

應答器模塊由微控制器、高頻發射電路、低頻接收電路和開關按鈕組成，其電路圖如圖2所示。由于應答器模塊是車主隨身攜帶的，所以該模塊必須以體積小、功耗低為設計原則，同時必須具備一定的安全性。根據以上特性，微控制器選擇微芯公司的PIC16F639。該芯片采用SSOP封裝，體積小，內置一個Keeloq加密模塊和一個3通道模擬前端，可用于多種低頻檢測和雙向智能通信。



應答器模塊采用3 V紐扣電池供電，采用內部4 MHz時鐘。在沒有低頻激勵的情況下，應答器模塊以標準RKE（Remote Key Entry）模式工作，當接收到有效的低頻激勵報文時，微控制器將如同按下一個虛擬按鍵一樣做出響應。4個按鍵（S1~S4）分別接到微控制器的PORT A口，通過電平的變化喚醒休眠中的PIC16F639，并觸發中斷，完成相應的上鎖、解鎖、報警等功能。當中斷程序完成以后，PIC16F639將重新進入休眠模式。二極管D1用來指示高頻信號的發射，高頻信號由引腳RC5發出的PWM經過聲表面波諧振器產生[2]。

應答器對基站發送過來的低頻喚醒信號通過PIC16F639的3通道模擬前端實現。PIC16F639具有高達3 mVpp的模擬輸入靈敏度的3個天線連接引腳(LCX、LCY、LCZ)。通過連接3個分別指向x軸、y軸、z軸的天線，應答器可以隨時接收來自任何方向的信號，從而降低由天線的方向性而造成信號丟失的可能性。在此系統中，3個方向天線采用PREMO公司專門為PIC16F639設計的集成天線模塊，該天線模塊體積小、精度高，電感值在出廠時已經配置好，只需要配合對應通道的電容便可使用。對于免持式操作，由于應答器持續等待并檢測輸入信號，產生電池預期壽命的問題。為了減小工作電流，可以對模擬前端內置的輸出使能濾波器進行配置，設定報頭匹配序列。當模擬前端搜尋信號時，數字MCU部分可以進入休眠模式，只有在低頻輸入信號的報頭序列波形與濾波器所設定的吻合時，才能喚醒數字MCU。即當有效低頻信號通過內部電路解調并在PORT C口RC3引腳上輸出LFDATA數字信號時，利用與RC3相連的PORT A口RA2引腳觸發中斷，才能喚醒休眠中的數字MCU。PIC16F639通過內部SPI配置模擬前端。

應答器模塊的高頻發射電路如圖3所示。聲表面波諧振器SAW與功率放大器Q1構成了一個開關鍵控高頻發射器。L1作為高頻發射器的天線，一般通過PCB上的金屬走線形成。系統需要發送的各種信息經過Keeloq加密并PWM編碼后由RC5引腳輸出，當輸出為高電平時驅動發射電路工作；當輸出為低電平時，發射電路截止。