基于 NXP S32K144 & NJJ29C2 PEPS 无钥匙进入方案

汽车无钥匙进入及启动系统简称 PEPS(Passive Entry Passive Start)系统,由控制器、智能钥匙中的射频(RF)发射器和汽车端的接收器等组成。当钥匙在有效范围内,车主拉动车门或按下一键启动开关,相应的模块会发送终端信号来唤醒主控制器,开始整个通信过程。整个过程无需使用钥匙,即可打开车门或者启动发动机。PEPS 系统给车主带来了方便性与舒适性(智能门禁、无钥匙进入/启动),更重要的是极大提高了安全性。

世平集团推出了基于 NXP S32K144(基站主控)、NXP NJJ29C2(低频驱动)、NXP NCF29A1(钥匙)、NXP NCK2912(超高频接收)的汽车无钥匙进入方案,该方案可以实现车钥匙 ID 存储、无车钥匙进入(PKE)、无车钥匙启动(PKG)、 汽车防盗(IMMO)、远程遥控(RKE)等功能。本方案重点在于切换更新了硬件平台,MCU 切换至 S32K144,低频发射模块换代用 NJJ29C2。硬件上的不同也导致了软件编写存在差异。总体来说,由于 NJJ29C2 在 SPI 链路上增加了可选的 IRQ 和 BUSY 线,这也就使得 NJJ29C2 命令的发送时序要求不再像之前那样严苛(只需要监控 IRQ 以及 BUSY 即可)。同时,此次方案的效果是在儿童汽车上呈现的,就使得功能情景更加直观。

 

一、天线布局:

NJJ29C2 总共有 9 组天线可以使用,但是由于儿童汽车空间以及不具备后备箱等条件的限制,目前只使用了 4 组天线,相对位置如图 1 所示。 小车实际组装之后的效果图,如图 2 所示。

1) TX1 + TX2, 使用高功率驱动模式(最大电流可以提升至 2.5 A), 位于汽车内部中心位置, 发送 PKE/PKG RSSI 测量命令(软件中 RSSI 阈值是依据儿童小车调整, 不是按照实际车辆环境设置的,需要根据实际情况进行调整), 检测钥匙相对位置。

2) TX3,位于汽车车门把手处, 用于 PKE HT-3 认证。

3) TX6,位于驾驶座附近,进行 PKG HT-3 认证。

4) TX9/RX1,位于中控台内部,一键启动按键的下方, 以保证钥匙电池电量耗尽的情况下,仍然可以通过 IMMO 的方式启动引擎。另外本方案也是通过该天线存储钥匙 ID。
                      

                                                   图 1  儿童小车天线布局

       
                                                  图 2  儿童小车实装

 

二、功能简介:

(1) 钥匙 IDE 存储 :

初次烧录软体时, 必须进行钥匙配对, MCU 会将匹配成功的钥匙 ID 保存,掉电不丢失,之后所进行的 PKE、 PKG、 RKE 以及 IMMO 等功能都将以存储的 ID 运作。如果想要更换钥匙 ID,只需要重新配对即可。

(2) PKE 功能 :

该功能通过拉动汽车门把手触发(无需操控钥匙按键),基站主控命令低频板发送 RSSI 测量命令,之后钥匙开始 RSSI 检测,然后将检测结果通过 UHF 回传,由基站主控判断钥匙是在车内 or 车外。如果在车外,则会开始进行 HT-3 认证,认证通过则车门开启。

(3) PKG 功能:

该功能与 PKE 相似,当司机按下“一键启动”按键,会触发 RSSI 检测,但是只有在钥匙在车内,才会开始 HT-3 认证,认证通过方可启动引擎;否则引擎依旧处于锁止状态。

(4) IMMO 功能:

PKE 和 PKG 的运作,需要依靠电池供电。一旦钥匙电池电量耗尽,就需要使用常规车钥匙替代 PKE 功能;而 PKG 功能则可以被 IMMO 功能替代,此时需要将钥匙贴近 IMMO 天线,如果接收到的钥匙 ID 正确,且满足 HT-3 认证的结果,引擎即可发动。

(5) RKE 功能:

按下钥匙键,钥匙端可以通过 UHF 发送滚码,其中包含有 IDE、 Button ID、 Sequence Response 等数据,基站主控判定数据有效后,则会执行相应的功能(开关门、车箱等),从而达到钥匙远程遥控汽车的目的。

 
三、硬件说明:

                                                                      基站主控板 & 低频板

1) MCU S32K144,通过 SPI 与低频板交互,并能根据响应执行相应操作 。
2) NJJ29C2,低频板 MCU, 可以根据规定的 SPI 协议,执行低频信号发送等操作。
3) 基站主控板以及低频板 12V 供电。
4) S32K144 复位按键。
5) SPI 接口,可以传输 NXP 制定的 SPI 协议,确保 R98 焊接有 0Ω 电阻。
6) 调试接口, SWD 接口。
7) UART 接口, 连接电脑 USB,从 PC 端显示功能板运行状态。
8) UHF Receiver NCK2912 连接端口。
9) 9 LF 天线连接器。
10) SW3,用于存储钥匙 ID,刚烧录软件时,务必先按下 SW3,存入钥匙 ID
11) TP9,用于模拟“一键启动”按键, 输入为高电位时,触发 PKG 功能。
12) TP11,模拟拉车门的动作, 输入为高电位时,触发 PKE 功能。
13) SW2,用于触发验证 PKE 功能。


四、操作说明:
1. 硬件组装及上电效果

基站主控、低频板、UHF Receiver、钥匙以及天线组装效果如图 3 所示。
                  

                                                          图 3  PEPS 硬件环境搭建

初次烧录程序,基站 OLED 会出现图 4 所示的提示,此时可以将 WPI 钥匙贴近 TX9/RX1 IMMO 天线,再按 SW3,开始存储钥匙 ID。
                                                     

                                                      图 4  初次烧录,钥匙 ID 存储提示

将支持 HT-3 认证的钥匙 ID 存储至 S32K144 的模拟 EEPROM 区域之后,复位 S32K144,基站 OLED 将会显示操作指引,如图 5。需要说明的是,“SW(CAR):PKG”表示需要将功能板的 TP9 置高电平才能触发 PKG 功能;“SW2: PKE”则是说明可以通过 SW2 触发 PKE 功能,当然如果儿童小车实装了该系统后,通过 TP11 触发 PKE 将会更符合 PKE 的应用场景。

                                                     

                                             图 5  存储钥匙 ID 之后,基站 OLED 的初始界面
此时,不同操作引发的状态跳转,如图 6 所示。
                              

                                                               图 6  操作转换图

2. 钥匙 ID 存储
如果想要存储或更换新的钥匙 ID,可以将钥匙贴近 TX9/RX1 天线,然后单击基站 SW3 按键, 即可通过 IMMO 的方式获取钥匙 ID,实现 ID 存储, OLED 会显示存储是否成功以及钥匙的 ID 号,如图 7 所示。

                                                       
                                                         图 7  钥匙 ID 存储(更新)成功

3. PKG 功能

TP9 输入高电平(相当于按下“一键启动”按键), TX1 + TX2 发送 RSSI 测量命令以及长载波信号,基站根据钥匙测量的 RSSI 数值判断钥匙在车内还是车外。如果钥匙在车内,TX6 会开始进行 HT-3 认证,以避免存在人为发送虚假 RSSI 值的可能。如果认证通过,则引擎发动,OLED 显示信息如图 8 所示。
                                                        

                                                         图 8  引擎发动(距离仅供参考)
相反,如果钥匙在车外,按下“一键启动”时引擎依然处于锁止状态,OLED 如图 9 所示。

                                                           
                                                         图 9 引擎锁止(距离仅供参考)

4. IMMO 功能

TP9 输入高电平(相当于按下“一键启动”按键),如果此时钥匙没电,则需要将其贴近 TX9/RX1 天线,启动 IMMO 认证,认证通过则引擎发动。OLED 显示如图 10 所示。

                                                        
                                                   图 10  钥匙贴近天线发动引擎(IMMO)

如果没有检测到钥匙贴近或是认证不通过,系统会提示用户再次尝试,如图 11 所示。

                                                          
                                                             图 11  IMMO 引擎发动失败

5. PKE 功能

TP11 输入高电平(相当于拉车门把手),钥匙根据低频信号将开始检测 RSSI 数值。如果基站判断钥匙在车外,TX3 将会发送低频信号,钥匙在接收该信号后,会开始 HT-3 认证。如果认证通过,则车门开启。OLED 显示如图 12 所示。

                                                          
                                                         图 12  “拉动”门把手,PKE 触发

6. RKE 功能

在没有对基站进行操作的情况下,可以对钥匙按键,命令基站进行 RKE 操作,如果是事先存储的钥匙,则 RKE 可以成功执行,基站会获取按键值,并执行相应的操作,OLED 显示如图 13 所示。

                                                          
                                                    图 13  钥匙 ID 匹配,基站执行相应功能

如果使用其他未存储的钥匙,则会提示钥匙按键不匹配,OLED 显示如图 14 所示。

                                                          
                                                        图 14  钥匙 ID 不一致, RKE 失败

场景应用图

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展示版照片

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方案方块图

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高频接收板

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钥匙板

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Demo 小车

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核心技术优势

① 集成双 IMMO 功能,最多支持 9 路 LF 天线 ② 可发射加密高频信号,最大 LF 驱动电流为 2.5A ③ NCF29A1 具有优越的LF(低频)灵敏度,低功耗可达 uA 级别 ④ 可通过 RSSI 定位钥匙,符合 HT-3 加密协议 ⑤ 支持 RF 跳频通讯

方案规格

① 实现基站完整的 IMMO/PKE/PKG/RKE 功能,并在 Display 上显示状态 ② 实现 RSSI 数值的显示 ③ 天线诊断和阻抗测试,并显示结果 支持 SWD 接口 ④ 钥匙与基站 PKE 通讯距离能做到 3-4m ⑤ 钥匙与基站 RKE 通讯距离能做到 20m 以上