用單一MCU實現遙控開鎖和輪胎壓力感測系統
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無源遙控開鎖
遙控開鎖技術自從前幾年出現后，得到了很好改進。早期的系統只需要從按鍵到車輛控制器發射一個序列約幾個bits的數據，控制器只是簡單驗證該序列是否正確，然后決定是否打開車門鎖。這樣的系統從安全角度講非常不完善，在信號發射，通信時容易被截獲，偷車人可發射所有可能的序列組合，或通過截獲開鎖密碼，容易地進入車內而不必破壞車輛，這樣也就不易被人發現。
目前所用的RKE系統通過加長密碼序列來防止這類問題，要想解密所有的數據幾乎不可能。另外為了防止密碼被截獲，RKE系統在每次按鍵時都改變密碼，這種技術稱為編碼跳躍(code hopping)，在密碼每次發射時進行加密。接收器在解密時，需要確認計數器從前次儲存發射數據增加一定值，這種高度安全的解決方案借助于Microchip公司的Keeloq家族編碼跳躍產品非常容易。
可以預見，未來的車門控制將使用無源遙控開鎖(Passive Keyless Entry， PKE)系統，車主攜帶控鍵靠近車門時將被激活，在車主拉車門時，汽車將確認控鍵已靠近車門，并自動將門打開。這種技術需要雙向無線通信系統，汽車首先向控鍵發射數據，控鍵加密數據并發送回汽車，如圖1所示。
雙向通信的TPS系統
在有些高檔汽車中已經安裝了壓力感測系統，但最近交通事故數據顯示，錯誤的輪胎壓力是造成這些事故的主要原因之一，迫使汽車生產廠商在所有汽車產品中安裝輪胎壓力感測系統。感測系統一般包括傳感器，用來測定輪胎內的溫度和壓力，并不斷將數據通過RF鏈路傳給汽車中的接收器，該接收器與一警告顯示器相連，這樣車內的司機就可隨時了解輪胎是氣壓不足還是過高。
但其中的一個問題是如何區分數據來自哪一個輪胎，這可以通過下述方式解決。一是給輪胎編上序號，二是使用選向性接收器，三是根據汽車轉向時不同輪車轉速不同確定。這幾種方法各有所長，優劣不能一概而論。編號方法在換輪胎或輪胎位置變化時容易混淆，需要重新編號。選向接收器和轉速法非常復雜，成本也高。
功耗在TPS系統中是另一問題，單向數據通信中，傳感器需要周期性地加電，并傳送壓力、溫度等數據，在汽車不用時往往也需這樣。為解決電池使用壽命問題，可在輪胎中使用一長壽命電池，并安裝附加的加速度計，在汽車開動時，才將傳感器加電。但這會增加重量并使成本提高。
雖然可以設計出基于一個電池的單向通信系統，并維持10年的使用壽命，但理想的解決方案是在每一個車輪和接收器之間實現雙向無線連接，如圖2所示。雙向通信方式不必同時解決車輪的辨認問題，因為此時司機可以選擇車輪進行測量，而且也可減低系統功耗，在汽車不用時，司機可將傳感器斷電。
通信手段
PKE和TPS系統都可通過雙向無線連接實現，但問題是在合適的功耗、通信距離、成本以及物理尺寸之間進行適當折衷。現有的控鍵、輪胎傳感器到汽車控制器之間的數據交換可用RF發射器實現，但簡單地將發射器改為收發器是不可取的，收發器必須要永久加電，會很快將電源耗盡，因此應在控鍵和輪胎中都應有一低功耗接收器，利用一共振LC電路產生125KHz或13.56MHz的電磁波，通過電磁波的通和斷來進行數據通信，因此控鍵和輪胎處的接收器只需增加一LC電路即可。
對于開鎖控鍵，這種方案雖解決了功耗和體積問題，但在作用距離、數據傳送率等方面有局限性。PKE和TPS都要求1~2米的通信距離，需要敏感的低功耗輸入檢測電路。另一個限制是電磁場的方向性，這使接收器的位置非常關鍵。在TPS系統中這不稱其為問題，因輪軸附近的位置變化并非很大。但在PKE系統中，控鍵的位置就很隨意，為解決方向性問題，需要兩兩正交地安裝三組LC，以三個LC敏感輸入電路進行三維接收。
Microchip的Keeloq家族是傳統RKE系統的標準產品，設計者只要增加LC電路的數量，將三維敏感輸入電路集成到一起，即可構成PKE解決方案。
低功耗RF
前面談到，由控鍵或輪胎到汽車控制器通信使用現有RF電路的315和433MHz頻段，低功耗RF設計主要基于表面聲波(SAW)諧振器，這種技術只需極少量器件即可構成一高性價比的幅移鍵控(ASK)RF發射器。但由于各國對于RF輻射的限制越來越嚴格，上述方法逐漸被基于鎖相環(PLL)的技術所取代。使用PLL技術，可利用接收器的窄帶寬得到更遠的作用距離。由于在低頻段的飽和及干擾影響，一些設計已經高達868或915MHz。基于PLL的設計也使之與MCU集成在一個封裝內，Microchip的 rfPIC器件即是一例，它物理尺寸很小，非常適合于無線控制，集成解決方案也減少了所需器件的數量，頻移鍵控(FSK)設計在提供3dB增益的同時，受噪聲影響也較低，這種集成可使FSK設計更容易滿足當地RF法律的要求。
安全可靠性
TPS系統的設計源由出自于安全性考慮，它只是對輪胎壓力出現的異常給司機提出警告，因此如果TPS系統的失效將給廠商和用戶帶來同樣不可估量的損失，必須重視系統的安全可靠性問題。
輪胎內壓力傳感器必須能夠長時間承受高溫和高加速度，由于車輪中金屬量很多，并在高速轉動，對于無線鏈路天線的安裝提出了很高的要求。TPS系統經常忽視的問題也是安全性，如果系統安全性不好，偷車人可靠近汽車，測得發射的壓力測量數據，然后發出一假的低壓力信號，在司機下車檢查輪胎時將汽車劫持。
雙向通信系統可部分解決該問題，因接收器知道何時來自某一輪胎的發射信號，而且信號電磁波輻射的強度也不是很高，偷車人難以可靠地檢測到。如果進一步提高系統的安全性，可使用加密機制，并以隨機的時間和順序來檢測輪胎的壓力。
在PKE和TPS系統之間存在著許多相似之處，很顯然它們可以共用一些元器件。在系統級，它們可共用RF接收器接收來自控鍵和輪胎壓力傳感器的信號，產生電磁場激活壓力傳感器的電感同樣可用來激活PKE鍵。兩者結合的系統結構如圖3所示。
在器件級，同一MCU可同時實現壓力傳感器以及控鍵接口。該MCU只需很低的待機電流，2V的工作電壓，一個可靠的板上E2PROM來存儲控鍵的安全信息以及壓力傳感器的校準值等。將來可實現轉發器輸入電路與RF發射器的進一步集成，那時所需的外部器件將更少。
結語
雖然無線技術可使汽車與Internet、電話等連接，對于汽車中的其它應用并非優勢特別明顯。但TPS和PKE卻是近期無線技術在汽車中應用的極好例證，兩系統的相似之處可使設計者將二者結合起來，構成一可靠、價位適中的完美解決方案?！?麥凱)
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