两轮车的无感解锁--PKE技术原理

2023-07-27 14:25:52 8,650

随着汽车电子技术的不断发展，传统的无线门禁系统已无法满足广大用户的需求。免持式被动无钥匙门禁系统PKE（Passive Keyless Entry）正迅速成为汽车远程无钥匙门禁应用的主流，并成为新型汽车的普遍选择。在汽车装配有PKE智能钥匙系统的情况下，车主只要靠近车辆或者碰一下车门，车门就能自动打开，而这一应用也随着整体方案的成本降低，迅速的在低端的电动两轮车市场铺张开来，如今大部分的电动两轮车都已经标配了这种感应解锁，今天我们先来了解一下PKE的原理。

一、PKE系统的工作原理

PKE智能钥匙系统分为基站（车身）和钥匙（应答器）两部分，系统框图如上图所示。这两部分之间采取双向通信。该系统有两种工作方式：

第一种是车辆中的基站单元不停地发送一条编码为125 kHz的低频报文以搜寻并唤醒一定范围内的应答器。该信号范围内的所有应答器都能够接收到该报文，并对编码的数据字段进行验证。一旦车主身上的应答器识别成功，它就会自动发送一条频率为433.92 MHz的射频Keeloq编码报文，基站单元在收到该报文后对其进行解码，如果识别成功，将控制指令执行机构打开车门。

第二种工作方式中基站单元为了降低电流消耗并不会轮询应答器。基站单元一般处于休眠状态或掉电状态，只有当触发事件发生时才能将其唤醒，该触发事件一般是汽车门把手上的红外信号或者是由汽车门把手装置激活的微动开关。在第二种工作方式下车主必须碰一下车门才能触发系统，从而打开车门。

二、钥匙（应答器）模块的设计理念

应答器（钥匙）模块由微控制器、高频发射电路、低频接收电路和开关按钮组成，其中最重要的是一个3轴的接收天线，可以通过模拟前端感应出任意方向上的射频信号。

由于应答器模块是车主随身携带的，所以该模块必须以体积小、功耗低为设计原则，同时必须具备一定的安全性。根据以上特性，微控制器一般选择微芯公司的PIC16F639。该芯片采用SSOP封装，体积小，内置一个Keeloq加密模块和一个3通道模拟前端，可用于多种低频检测和双向智能通信。

应答器模块采用3 V纽扣电池供电，采用内部4 MHz时钟。在没有低频激励的情况下，应答器模块以标准RKE（Remote Key Entry）模式工作，当接收到有效的低频激励报文时，微控制器将如同按下一个虚拟按键一样做出响应。4个按键（S1~S4）分别接到微控制器的PORT A口，通过电平的变化唤醒休眠中的PIC16F639，并触发中断，完成相应的上锁、解锁、报警等功能。当中断程序完成以后，PIC16F639将重新进入休眠模式。

应答器对基站发送过来的低频唤醒信号通过PIC16F639的3通道模拟前端实现。PIC16F639具有高达3 mVpp的模拟输入灵敏度的3个天线连接引脚(LCX、LCY、LCZ)。通过连接3个分别指向x轴、y轴、z轴的天线，应答器可以随时接收来自任何方向的信号，从而降低由天线的方向性而造成信号丢失的可能性。

三、PKE系统的设计综述

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315MHz或434MHz，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的信号对距离敏感，可以实现精确的距离检测，起到关键的定位作用。射频则采用传统RKE的频段，一方面兼容遥控钥匙的基本功能，更利用了其通讯速度快的优势，所谓的通讯速度是指钥匙跟车子间用于认证加密的数据传输，为保证在较短时间内完成无钥匙开门或点火的过程，需要采用较高的波特率(一般为8～20kbps)，通常不建议采用低端的SAW发射模块(1kbps左右)，而采用基于锁相环技术的发射芯片来实现，例如NXP的PCF7900，其在FSK的模式下最高波特率可达到20kbps。同样是为了这个目的，射频频段也有采用更高频的868MHz或915MHz的趋势。如上图所示，低频发射模块包括多个低频天线，安装于车门把手内用来实现无钥匙进入(KeylessEntry)，安装于车身内部的用来实现无钥匙启动(一键启动KeylessStart)。

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1.5m～2m。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最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2032的3V锂电池供电的情况下，电池寿命可以长达三年。

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一、PKE系统的工作原理

二、钥匙（应答器）模块的设计理念

三、PKE系统的设计综述

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