智能無線通訊系統(tǒng)在汽車安全方面的應(yīng)用案例

智能無線通信

智能無線通訊要求自動(dòng)操作，即不需要使用者按任何按鈕，系統(tǒng)可以自己檢測(cè)或發(fā)送信號(hào)，100%獨(dú)立，在不同的環(huán)境下可以自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)，在有噪音的環(huán)境下可以排除噪音正常的工作。

上述智能無線通訊系統(tǒng)有很多的要求，第一個(gè)要求是體積小、成本低，解決方案用一個(gè)智能的單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)由數(shù)字和模擬前端組合成一個(gè)芯片；第二個(gè)要求是經(jīng)濟(jì)的雙向通訊，基站命令用125KHz低頻發(fā)送，高頻響應(yīng)，用低頻發(fā)送成本逐漸降低；第三個(gè)要求是通訊距離在2米以上，其應(yīng)答器有高度的輸入靈敏度，在3毫伏左右；工作在有噪聲的環(huán)境下，因?yàn)樵谝话悱h(huán)境下有很多的噪音干擾，所以在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的時(shí)候要求有高度的靈敏度非常重要；此外就是消除天線的方向性，因?yàn)榭刂菩盘?hào)不可能一直從一個(gè)方向發(fā)來，特別是隨身攜帶的單元，發(fā)送的方向不可能控制，所以在應(yīng)答器板上使用三個(gè)方向的天線XYZ，不管信號(hào)從哪個(gè)方面來都可以接收到；再者是對(duì)電池壽命的要求，因?yàn)橛幸恍╇姵厥怯脕碜髌嚴(yán)锩嫣簷z測(cè)系統(tǒng)的，不可能每6個(gè)月打開換電池，所以采用喚醒濾波器以減少電流使用；最后是數(shù)據(jù)的安全性要求，發(fā)送信號(hào)加密，收到信號(hào)時(shí)再解密，使用加密解密的算法有很多，Microchip用Keylock算法。

圖1所示是一個(gè)智能被動(dòng)無匙門禁系統(tǒng)，圖示系統(tǒng)和普遍使用的系統(tǒng)有相似的地方也有完全不同的地方，左邊基站由一個(gè)單片機(jī)和高頻的發(fā)送器和低頻發(fā)送器與接收器組成，基站發(fā)出125KHz的低頻命令，當(dāng)右面的智能接收器收到信號(hào)時(shí)會(huì)處理信號(hào)，信號(hào)達(dá)到一定的要求使用高頻或低頻作為響應(yīng)。智能的接收器有3個(gè)接收方向XYZ，不管信號(hào)從哪個(gè)方向送來都可以接收到這個(gè)信號(hào)，而且使用者不需要任何的按鈕。這樣的智能接收器可以自動(dòng)的接收信號(hào)、發(fā)送信號(hào)和處理信號(hào)。

圖2所示是PKE應(yīng)答器原理圖，圖中的PIC16F639是由PIC16F636和MCP2030構(gòu)成，其中MCP2032是模擬前端，PIC16F636是另外一個(gè)單片機(jī)，使用PIC16F636和模擬前端組合在一起主要是因?yàn)镻IC16F636有Keylock加密解密的功能，如果使用者不需加密解密功能則可以使用2030模擬前端和其他的單片機(jī)組合。

應(yīng)用示例

在汽車系統(tǒng)應(yīng)用中有很多智能應(yīng)答器的使用，如智能車輛出入系統(tǒng)、引擎防盜鎖止系統(tǒng)（如圖3所示）和胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TPMS）。

智能PKE應(yīng)答器不僅適用在汽車?yán)锩?，也可以?yīng)用在其它地方，如車庫開門關(guān)門、公共停車場(chǎng)，很多汽車如果有智能應(yīng)答器，汽車靠近停車場(chǎng)時(shí)門會(huì)自動(dòng)打開。

胎壓檢測(cè)系統(tǒng)（如圖4所示）的顯示組主要由三個(gè)單位組成：一個(gè)在輪胎里面，圖中左下角由智能單片機(jī)、胎壓傳感器和高頻發(fā)送器組成；右角上方是基站，主要由一個(gè)單片機(jī)和一個(gè)高頻的接收器組成；右方下角是低頻觸發(fā)器，一般放在靠近輪胎很近的車身部分，使用時(shí)每3或4秒低頻觸發(fā)器會(huì)發(fā)出一個(gè)啟動(dòng)命令給輪胎單位，輪胎里面的智能單片機(jī)收到的信號(hào)達(dá)到要求時(shí)，會(huì)告訴胎壓傳感器去測(cè)量輪胎的溫度和胎壓，然后再由高頻發(fā)送器把胎壓的數(shù)據(jù)發(fā)給基站。

可編程數(shù)字喚醒濾波器

使用喚醒濾波器的目的主要是減少工作電流，從而可以延長(zhǎng)電池的壽命。一般情況下，數(shù)字部分一直保持在睡眠狀態(tài)，以達(dá)到最低的電流使用。而模擬前端不停地尋找輸入信號(hào)，只有在達(dá)到預(yù)定的波形也即輸入信號(hào)達(dá)到要求時(shí)，模擬前端才會(huì)去喚醒濾波器。

智能被動(dòng)無鑰門禁（PKE）系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖5所示為一個(gè)具有無電池和后備電池的應(yīng)答器電路，有些情況下，如果電池接觸不好系統(tǒng)會(huì)沒有電，可以用磁場(chǎng)來短暫的給供電，這樣應(yīng)答器在沒有電池的情況下照樣可以工作。

系統(tǒng)工作要求是，在應(yīng)答器方面需要有低頻的電線，高頻發(fā)送器，以及一些系統(tǒng)可選后備電子的電路，此外還要有一個(gè)智能的單片機(jī)和單片機(jī)的部件；基站系統(tǒng)要求有低頻發(fā)送器、高頻接收器、天線、單片機(jī)和單片機(jī)的固件部分。

雙向通訊距離有一些參數(shù)，應(yīng)答器需要天線調(diào)諧及Q，天線定位使用三維天線，接收靈敏度，輸出信號(hào)的調(diào)制深度；基站需要輸出功率和接收的靈敏度。

天線設(shè)計(jì)低頻普遍是采用125KHz，現(xiàn)在使用LC諧振電路；天線類型使用空心線圈或者鐵氧體的磁心，LC的諧振頻率和基站的載波頻率相同，范圍被動(dòng)標(biāo)簽在1米左右，主動(dòng)標(biāo)簽在5米左右。高頻率從315MHz到960MHz，最常見的是315MHz和433MHz，使用偶極電線刻在PCB上，范圍相對(duì)高得多，被動(dòng)標(biāo)簽大概在5米左右，主動(dòng)標(biāo)簽在100米左右。

圖6所示為一個(gè)磁通量和天線感應(yīng)電壓關(guān)系的公式，這里主要是說明在判斷感應(yīng)電壓的時(shí)候看到很多的因素：比如線圈的匝數(shù)、接觸器線圈表面積、頻率、接收電線和發(fā)送天線的角度都會(huì)影響到天線感應(yīng)的電壓。

圖7所示為一個(gè)天線感應(yīng)電壓和距離的關(guān)系，大圖上顯示了基站和接收器靠的很近的時(shí)候，信號(hào)的電壓是200V，小圖則顯示了距離到3米的時(shí)候，電壓的信號(hào)只有達(dá)到5毫伏峰值，可以看出信號(hào)輸入的靈敏度在這里是非常關(guān)鍵的。

我們可以作一下總結(jié)，一個(gè)智能無線通訊系統(tǒng)需要可靠的自動(dòng)操作，具體包括智能的雙向通訊、低系統(tǒng)成本、低頻輸入高靈敏度（這一點(diǎn)比較關(guān)鍵），低功耗以及安全的數(shù)據(jù)加密和解密，結(jié)論是用一個(gè)智能的單片機(jī)構(gòu)建系統(tǒng)可以達(dá)到所有要求，因此可以作為一個(gè)可靠的解決方案。

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