基於 NXP S32K144 & NJJ29C2 PEPS 無鑰匙進入方案

汽車無鑰匙進入及啟動系統簡稱 PEPS(Passive Entry Passive Start)系統,由控制器、智能鑰匙中的射頻(RF)發射器和汽車端的接收器等組成。當鑰匙在有效範圍內,車主拉動車門或按下一鍵啟動開關,相應的模塊會發送終端信號來喚醒主控制器,開始整個通信過程。整個過程無需使用鑰匙,即可打開車門或者啟動發動機。PEPS 系統給車主帶來了方便性與舒適性(智能門禁、無鑰匙進入/啟動),更重要的是極大提高了安全性。

世平集團推出了基於 NXP S32K144(基站主控)、NXP NJJ29C2(低頻驅動)、NXP NCF29A1(鑰匙)、NXP NCK2912(超高頻接收)的汽車無鑰匙進入方案,該方案可以實現車鑰匙 ID 存儲、無車鑰匙進入(PKE)、無車鑰匙啟動(PKG)、 汽車防盜(IMMO)、遠程遙控(RKE)等功能。本方案重點在於切換更新了硬體平台,MCU 切換至 S32K144,低頻發射模塊換代用 NJJ29C2。硬體上的不同也導致了軟體編寫存在差異。總體來說,由於 NJJ29C2 在 SPI 鏈路上增加了可選的 IRQ 和 BUSY 線,這也就使得 NJJ29C2 命令的發送時序要求不再像之前那樣嚴苛(只需要監控 IRQ 以及 BUSY 即可)。同時,此次方案的效果是在兒童汽車上呈現的,就使得功能情景更加直觀。

 

一、天線布局:

NJJ29C2 總共有 9 組天線可以使用,但是由於兒童汽車空間以及不具備後備箱等條件的限制,目前只使用了 4 組天線,相對位置如圖 1 所示。 小車實際組裝之後的效果圖,如圖 2 所示。

1) TX1 + TX2, 使用高功率驅動模式(最大電流可以提升至 2.5 A), 位於汽車內部中心位置, 發送 PKE/PKG RSSI 測量命令(軟體中 RSSI 閾值是依據兒童小車調整, 不是按照實際車輛環境設置的,需要根據實際情況進行調整), 檢測鑰匙相對位置。

2) TX3,位於汽車車門把手處, 用於 PKE HT-3 認證。

3) TX6,位於駕駛座附近,進行 PKG HT-3 認證。

4) TX9/RX1,位於中控台內部,一鍵啟動按鍵的下方, 以保證鑰匙電池電量耗盡的情況下,仍然可以通過 IMMO 的方式啟動引擎。另外本方案也是通過該天線存儲鑰匙 ID。
                      

                                                   圖 1  兒童小車天線布局

       
                                                  圖 2  兒童小車實裝

 

二、功能簡介:

(1) 鑰匙 IDE 存儲 :

初次燒錄軟體時, 必須進行鑰匙配對, MCU 會將匹配成功的鑰匙 ID 保存,掉電不丟失,之後所進行的 PKE、 PKG、 RKE 以及 IMMO 等功能都將以存儲的 ID 運作。如果想要更換鑰匙 ID,只需要重新配對即可。

(2) PKE 功能 :

該功能通過拉動汽車門把手觸發(無需操控鑰匙按鍵),基站主控命令低頻板發送 RSSI 測量命令,之後鑰匙開始 RSSI 檢測,然後將檢測結果通過 UHF 回傳,由基站主控判斷鑰匙是在車內 or 車外。如果在車外,則會開始進行 HT-3 認證,認證通過則車門開啟。

(3) PKG 功能:

該功能與 PKE 相似,當司機按下“一鍵啟動”按鍵,會觸發 RSSI 檢測,但是只有在鑰匙在車內,才會開始 HT-3 認證,認證通過方可啟動引擎;否則引擎依舊處於鎖止狀態。

(4) IMMO 功能:

PKE 和 PKG 的運作,需要依靠電池供電。一旦鑰匙電池電量耗盡,就需要使用常規車鑰匙替代 PKE 功能;而 PKG 功能則可以被 IMMO 功能替代,此時需要將鑰匙貼近 IMMO 天線,如果接收到的鑰匙 ID 正確,且滿足 HT-3 認證的結果,引擎即可發動。

(5) RKE 功能:

按下鑰匙鍵,鑰匙端可以通過 UHF 發送滾碼,其中包含有 IDE、 Button ID、 Sequence Response 等數據,基站主控判定數據有效後,則會執行相應的功能(開關門、車箱等),從而達到鑰匙遠程遙控汽車的目的。

 
三、硬體說明:

                                                                      基站主控板 & 低頻板

1) MCU S32K144,通過 SPI 與低頻板交互,並能根據響應執行相應操作 。
2) NJJ29C2,低頻板 MCU, 可以根據規定的 SPI 協議,執行低頻信號發送等操作。
3) 基站主控板以及低頻板 12V 供電。
4) S32K144 復位按鍵。
5) SPI 接口,可以傳輸 NXP 制定的 SPI 協議,確保 R98 焊接有 0Ω 電阻。
6) 調試接口, SWD 接口。
7) UART 接口, 連接電腦 USB,從 PC 端顯示功能板運行狀態。
8) UHF Receiver NCK2912 連接埠。
9) 9 LF 天線連接器。
10) SW3,用於存儲鑰匙 ID,剛燒錄軟體時,務必先按下 SW3,存入鑰匙 ID
11) TP9,用於模擬“一鍵啟動”按鍵, 輸入為高電位時,觸發 PKG 功能。
12) TP11,模擬拉車門的動作, 輸入為高電位時,觸發 PKE 功能。
13) SW2,用於觸發驗證 PKE 功能。


四、操作說明:
1. 硬體組裝及上電效果

基站主控、低頻板、UHF Receiver、鑰匙以及天線組裝效果如圖 3 所示。
                  

                                                          圖 3  PEPS 硬體環境搭建

初次燒錄程序,基站 OLED 會出現圖 4 所示的提示,此時可以將 WPI 鑰匙貼近 TX9/RX1 IMMO 天線,再按 SW3,開始存儲鑰匙 ID。
                                                     

                                                      圖 4  初次燒錄,鑰匙 ID 存儲提示

將支持 HT-3 認證的鑰匙 ID 存儲至 S32K144 的模擬 EEPROM 區域之後,復位 S32K144,基站 OLED 將會顯示操作指引,如圖 5。需要說明的是,“SW(CAR):PKG”表示需要將功能板的 TP9 置高電平才能觸發 PKG 功能;“SW2: PKE”則是說明可以通過 SW2 觸發 PKE 功能,當然如果兒童小車實裝了該系統後,通過 TP11 觸發 PKE 將會更符合 PKE 的應用場景。

                                                     

                                             圖 5  存儲鑰匙 ID 之後,基站 OLED 的初始界面
此時,不同操作引發的狀態跳轉,如圖 6 所示。
                              

                                                               圖 6  操作轉換圖

2. 鑰匙 ID 存儲
如果想要存儲或更換新的鑰匙 ID,可以將鑰匙貼近 TX9/RX1 天線,然後單擊基站 SW3 按鍵, 即可通過 IMMO 的方式獲取鑰匙 ID,實現 ID 存儲, OLED 會顯示存儲是否成功以及鑰匙的 ID 號,如圖 7 所示。

                                                       
                                                         圖 7  鑰匙 ID 存儲(更新)成功

3. PKG 功能

TP9 輸入高電平(相當於按下“一鍵啟動”按鍵), TX1 + TX2 發送 RSSI 測量命令以及長載波信號,基站根據鑰匙測量的 RSSI 數值判斷鑰匙在車內還是車外。如果鑰匙在車內,TX6 會開始進行 HT-3 認證,以避免存在人為發送虛假 RSSI 值的可能。如果認證通過,則引擎發動,OLED 顯示信息如圖 8 所示。
                                                        

                                                         圖 8  引擎發動(距離僅供參考)
相反,如果鑰匙在車外,按下“一鍵啟動”時引擎依然處於鎖止狀態,OLED 如圖 9 所示。

                                                           
                                                         圖 9 引擎鎖止(距離僅供參考)

4. IMMO 功能

TP9 輸入高電平(相當於按下“一鍵啟動”按鍵),如果此時鑰匙沒電,則需要將其貼近 TX9/RX1 天線,啟動 IMMO 認證,認證通過則引擎發動。OLED 顯示如圖 10 所示。

                                                        
                                                   圖 10  鑰匙貼近天線發動引擎(IMMO)

如果沒有檢測到鑰匙貼近或是認證不通過,系統會提示用戶再次嘗試,如圖 11 所示。

                                                          
                                                             圖 11  IMMO 引擎發動失敗

5. PKE 功能

TP11 輸入高電平(相當於拉車門把手),鑰匙根據低頻信號將開始檢測 RSSI 數值。如果基站判斷鑰匙在車外,TX3 將會發送低頻信號,鑰匙在接收該信號後,會開始 HT-3 認證。如果認證通過,則車門開啟。OLED 顯示如圖 12 所示。

                                                          
                                                         圖 12  “拉動”門把手,PKE 觸發

6. RKE 功能

在沒有對基站進行操作的情況下,可以對鑰匙按鍵,命令基站進行 RKE 操作,如果是事先存儲的鑰匙,則 RKE 可以成功執行,基站會獲取按鍵值,並執行相應的操作,OLED 顯示如圖 13 所示。

                                                          
                                                    圖 13  鑰匙 ID 匹配,基站執行相應功能

如果使用其他未存儲的鑰匙,則會提示鑰匙按鍵不匹配,OLED 顯示如圖 14 所示。

                                                          
                                                        圖 14  鑰匙 ID 不一致, RKE 失敗

►場景應用圖

►展示板照片

►方案方塊圖

►高頻接收板

►鑰匙板

►Demo 小車

►核心技術優勢

① 集成雙 IMMO 功能,最多支持 9 路 LF 天線 ② 可發射加密高頻信號,最大 LF 驅動電流為 2.5A ③ NCF29A1 具有優越的LF(低頻)靈敏度,低功耗可達 uA 級別 ④ 可通過 RSSI 定位鑰匙,符合 HT-3 加密協議 ⑤ 支持 RF 跳頻通訊

►方案規格

① 實現基站完整的 IMMO/PKE/PKG/RKE 功能,並在 Display 上顯示狀態 ② 實現 RSSI 數值的顯示 ③ 天線診斷和阻抗測試,並顯示結果 支持 SWD 接口 ④ 鑰匙與基站 PKE 通訊距離能做到 3-4m ⑤ 鑰匙與基站 RKE 通訊距離能做到 20m 以上