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1、PKE 系统设计基于飞思卡尔 K10 单片机姓名 黄光黔专业 电子信息科学与技术毕业院校 河南工业大学所属部门 工程技术支持中心指导工程师 白金龙/杨澎湃提交时间 2014 年 03 月 05 日开题报告开题报告1目 录1. 项目概述 .11.1 项目背景 .11.2 项目描述 .12. 技术指标 .32.1 关键技术指标 .32.2 可行性分析 .32.2.1 钥匙方位检测(PKE 模式下) .32.2.2 验证车配的唯一钥匙 .32.2.3 防冲突访问 .32.2.4 快速性 .42.2.5 RKE 模式 .42.2.6 IMMO 的实现 .43. 方案论证 .53.1 PKE 系统的优势
2、 .53.2 PKE 系统射频通信频率及模式的选择 .53.3 防冲突协议 .63.3.1 基于唤醒模式的 AC 协议 .63.3.2 时隙 AC 协议 .73.4 方位检测方案 .84. 进度安排 .105. 参考资料 .11附录 A 文档撰写人员和撰写内容 .12PKE 系统设计1工程技术支持中心(ETSC)1. 项目概述1.1 项目背景随着经济的高速增长，汽车变得越来越普及，逐步走入寻常百姓家，汽车防盗问题日渐突出。据统计，每年都有数以万计的轿车被盗，所以人们往往在购车之后考虑的第一个问题就是为爱车装上一款真正安全可靠的汽车防盗器。据权威机构统计，中国目前大概有2000 万辆汽车，并以年
3、几百万辆的速度增长着，而98 的车主都会安装上汽防盗器，可见中国的汽车防盗器市场越来越庞大。汽车安防产品也朝着更智能、更便捷、更安全的方向发展，电子安防产品随着电子技术的发展变得越来越普及，逐渐逐步取代了传统的机械安防系统，特别是廉价 MCU 的出现，使得电子安防产品变得更智能和便捷舒适。汽车安防系统从最早期的机械防盗方式逐渐发展到今天的 PKE 系统。无钥匙门禁系统(PKE，Passive Keyless Entry)是在 RKE 基础之上发展起来的一项新技术。PKE 不是传统的钥匙，而是一个智能钥匙，类似于智能卡。当驾驶者踏进指定范围时，该系统通过识别判断如果是合法授权的驾驶者则进行自动开
4、门。上车之后，驾驶者只需要按一个按钮即可启动点火开关。PKE 作为新一代防盗技术正在逐步发展壮大，目前已经从高档车市场逐步进入中档车市场，不仅奔驰、宝马等高端汽车制造商已经广泛采用了PKE，像福特蒙迪欧、日产的天籁和新型马自达等中型车型也纷纷采用这一技术。因此，PKE 系统具有极佳的市场前景和巨大的经济效益。1.2 项目描述PKE 系统的组成如 图 1.1 所示，整个系统由安装在汽车上的基站（控制器）和用户携带的应答器（钥匙）组成。其中基站部分包括：高频接收、MCU 微控制器、LF 发射接收和基站芯片；钥匙部分包括：高频发射、按键、LF 发射接收和遥控器芯片。图 1.1 系统框图图 1.1 显
5、示了典型 PKE（无钥匙门禁）系统的主构造区。上行线路（往电子钥匙方向）使用了一个典型的 125KHz 的载波频率来唤醒电子钥匙中的电子仪器，并将数据传送到电子钥匙中。下行线路（往基站的数据传输）主要在超高频上（UHF）操作（通常是315/434/868MHz 频带）。PKE 系统响应请求流程如 图 1.2 所示，下拉车门把手可唤醒基站并触发 PKE 系统的通信。根据触发门开关的位置，相应的 LF 发射器天线被激活，唤醒模式（WUP）被传送到PKE 系统设计2工程技术支持中心(ETSC)智能钥匙中。如果 WUP 与存储在电子钥匙中的某个唤醒寄存器中的模式相匹配，电子钥匙中的其余部分就会被唤醒（
6、除由电池供电的接收器和 WUP 检测器外）。电子钥匙被唤醒后就会测量其所在位置的场强并且通过高频发射相应信息给基站。如果场强值大于识别区域边沿的场强门阀值，就认为电子钥匙是在有效区域内。然后，基站解密并验证电子钥匙发射的加密信息（包含钥匙 ID 等）。这时，双向 LF/UHF 数据通信就可以产生并执行一些任务，例如：开门认证。图 1.2 PKE 认证流程图PKE 系统设计3工程技术支持中心(ETSC)2. 技术指标技术指标是整个项目的目标要求，是检验项目成败的一个指标。技术指标是指导项目的发展和质量管理的依据。明确的技术指标有利于给项目一个定位和要求。2.1 关键技术指标(1) 钥匙的方位检测
7、指标：能识别钥匙在车内或车外，且在车内时不能访问 PKE 系统，在车门外 1.5m 内为 PKE 模式检测的有效距离，在 RKE 模式下，遥控汽车的距离在 10m 左右；(2) 能够准确唯一地验证钥匙，严格实现一车一钥匙的匹配；(3) 防冲突访问，能够在多把钥匙同时在车身附近时的不冲突验证通信；(4) 能够快速完成钥匙的验证，时间在 100ms 以内；(5) 同时支持 PKE 和 REK 模式的解锁方式；(6) 支持 IMMO发动机启动认证。2.2 可行性分析2.2.1 钥匙方位检测(PKE 模式下)辨别特殊电子标签是在汽车内部还是外部是必需的。仅当（至少一个）私人电子标签在汽车外部时，PKE
8、 对汽车的访问才可接受。之后该电子标签会被认证，加密验证成功后，汽车就解锁。位于汽车内的电子标签则不能接受并进行 PKE 访问。通常情况下，方位检测是基于磁场强度的测量，磁场由若干个低频（LF）线圈产生。一部分线圈附加在汽车外部，一部分附加在汽车内部。线圈数对场强分布有影响，而线圈的位置对汽车内和外部的磁场强度的分布有着很大的影响。通过测量和处理内部天线和外部天线产生的场强值，就能确定电子标签的确切位置。因此，通过在钥匙的位置处检测车身内线圈的磁场强度是否大于某个阈值就能辨别钥匙是否在车外。本项目钥匙端采用的 PCF7953 芯片带有 RSSI 测量模块，可以实现场强的测量。2.2.2 验证车
9、配的唯一钥匙本项目钥匙端采用的 PCF7953 芯片具有唯一的 32 位 ID，其中 4 为产品 ID。在验证过程中，只有当钥匙的 ID 号与基站设定中的钥匙 ID 相配才能通过验证。因此 PCF7953 芯片唯一的 ID 号可以使钥匙的标签是唯一的，从而实现钥匙与汽车的匹配是唯一的，不会出现车门被其他钥匙打开的现象，保证车辆的安全性。2.2.3 防冲突访问PKE 门禁系统通常将会与多个 ID 设备通信（大于 1），这些 ID 设备会一次性地出现在特殊车辆入口各自的访问区内。为了满足这个需求，就要在 PKE 系统中执行防冲突协议。本项目中钥匙采用的 PCF7953 芯片具有自由的可编程唤醒模式，协议可由软
