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电子基础
0 引言
随着电子信息技术与计算机技术的发展，特别是RFID
等技术的成熟，汽车无钥匙进入（PKE）系统逐渐成为了汽车门禁应用的主流。PKE 系统具有应用便捷、安全性高等特点，其实现方式主要是围绕各类PKE 主芯片搭建外围电路来构成。目前，PKE 系统钥匙主芯片核心技术主要掌握在国外厂商手中，开发拥有自主知识产权的PKE 核心技术就显得尤为重要[1]。
基于此，本文讨论了一种基于双低频RFID 技术的、低
成本的、可靠的汽车无钥匙进入系统的设计。
1 标准PKE 系统分析
汽车芯片钥匙一般来说，PKE 系统由汽车端和钥匙端两部分构成。其中，汽车端有MCU 模块、触发模块、低频发射模块、特高频接收模块、执行模块、通信模块等模块；钥匙端有MCU 模块、低频接收模块、特高频发射模块等模块[2-3]。为
了兼容传统遥控钥匙（RKE）系统的相关技术，PKE 系统多采用433.92MHz 频段进行特高频通信；为了兼容引擎防盗
的相关技术，并方便对钥匙进行定位，系统多采用125kHz 频段进行低频通信[4]。
当汽车上的触发模块感受到特定的触发后，它将触发信
号传递给汽车门禁MCU 模块，该MCU
模块发送编码后的低频指令。当汽车旁钥匙上的低频模块接收到一定强度的低频信号，并检测到有效输入信号后，唤醒钥匙MCU，对接收到的低频指令进行解码并验证识别；当识别成
功后，再通过一定的方法生成相应的返回数据，并通过特高频发射模块发射出去。当汽车上的特高频接收模块接收到这串数据后，进行解码并验证识别，如果识别成功，一次双向通信完成，将进行相应的操作，如打开相
应车门，等等。
PKE 系统的使用，使得人们可以在不主动使用钥匙的
情况下，通过触碰开启一侧的车门或者后备箱；使得驾驶员可以在坐在驾驶位上时，通过按下一键启动按钮发动汽车；等等。当需要进行钥匙定位操作时，可以利用分布在车身不同部位的低频发射模块依次对钥匙进行双向通讯，利用特高频段通信返回钥匙低频信号的接收强度值，车载再利用这些返回的强度值进行钥匙位置判定。2 基于双低频RFID 技术的PKE 系统
■2.1 系统设计
现在的PKE 系统多采用125kHz 低频段与433.92MMHz
特高频段相配合，完成双向通信，开启车门。本文设计了一种新颖的采用双低频RFID 技术的PKE 系统，系统结构图如图1所示。
该系统从汽车端到钥匙端方向的通信采用125kHz 低频
段，从钥匙端到汽车端方向的通信采用300kHz 低频段；也就是说在汽车端与钥匙端的双向通信中不使用高频段或者特高频段。本设计可以作为一种独立的PKE 系统使用，也可以作为传统PKE 系统中的低频端使用。为了准确定位钥匙的位置，一套无钥匙进入系统含有多个这样的双低频模块，分布在各车门窗口、后备箱窗口、发动机启动键等车身
金鑫，朱金涛
（湖北文理学院物理与电子工程学院，湖北襄阳，441053）
基金项目：湖北省教育厅科学技术研究计划指导性项目“基于双频RFID技术的汽车无钥匙进入系统研究”（项目编号：B2017153）。
摘要：随着技术的发展，汽车无钥匙进入系统逐渐成为了越来越多汽车厂商的选择。本文采用双低频RFID技术，设计了一款新颖的、低成本的、具有自主知识产权的汽车无钥匙进入系统，该系统通过125kHz频段和300kHz频段的双向加密通信来验证钥匙的合法性，并可以在一次双向通信过程中完成对钥匙的定位。分析表明，系统拥有稳定性较好、安全性较高、响应时间较短等特点，具有一定的实用价值。关键词：汽车无钥匙进入；双低频；RFID
84  |  电子制作    2021年01月
（4）钥匙端MCU 接收到编码指令信息后，采用同样
的加密算法对其进行解密、并验证识别；如果发射器被成功识别，就取出汽车端产生的随机数，并同钥匙端识别码一起，经过加密运算，形成一串编码应答信息，并由钥匙端300kHz 发射模块通过天线发射出去。
（5）汽车端300kHz 接收模块通过线圈，耦合接收钥
匙端300kHz 发射模块发射的编码应答信息，并对其进行解密、并验证识别，如果钥匙被成功识别，那么本次双向通信完成，汽车执行相应的操作。
（6）如果需要对钥匙进行定位，那么在上一步中，分
布在车身不同位置的300kHz 接收模块均会通过各自的线圈，耦合接收钥匙端300kHz 发射模块发射的编码应答信息，
测量该信号的强度值，并将这些强度值传回汽车端MCU，以供其根据多个返回的强度值对钥匙所在位置进行判断，并执行相应的操作。 ■2.2 电路设计
为简化电路、降低成本，汽车端与钥匙端的双低频RFID 电路原理图如图2所示，为了保证耦合效率，汽车端
电路采用线圈，钥匙端电路采用三维绕线天线。
图2 双低频RFID 实现电路图
当图2中的电路作为汽车端实现时，主要是125kHz 的
发射部分与300kHz 的接收部分，图2中的300k 控制端Q4将被短接。发射125kHz 信号时，MCU 产生的125kHz 方波经Q1、Q2推挽放大，在Q3的控制下，作为载波调制
可以用更高频率的低频载波替代。 ■2.3 性能分析
这种PKE 系统，因其采用双低频RFID 实现，并无高频
信号，其固有的低频特性使得通信范围较短，此时钥匙与汽车处于近距离，可有效防止被侦听扫描；系统采用双向认证，
较为可靠，安全性较高。系统还可以采用合适的加密技术、或者采用合适的加密芯片，可以进一步有效提升安全性。
由系统工作原理可知，该系统和标准的PKE 系统在无
钥匙进入方面并无响应时间上的显著差别。而在钥匙定位上，标准的PKE 系统在第一次双向通讯认证钥匙的合法性之后，还需要通过分布在车身上的各个低频发射模块依次对钥匙进行双向通讯，并获取钥匙发回的各低频信号的接收强度值，从而对钥匙所在位置进行判断，较为费时。而本系统在第一次双向通讯认证钥匙合法性的时候，就由分布在车身上的各个低频发射模块同时接收钥匙发送的编码应答信息所在信号的强度值，进而对钥匙所在位置进行判断，不需要
额外的双向通信，这就大大节省了响应时间。
3 结束语
本文设计了一款新颖的、低成本的汽车无钥匙进入系
统，该系统采用双低频RFID 技术，通过125kHz 频段和300kHz 频段的双向加密通信来验证钥匙的合法性，并可以在一次双向通信过程中完成对钥匙的定位。系统拥有自主知识产权，具备稳定性较好、安全性较高、响应时间较短等特
点，具有一定的实用价值。
参考文献
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木工机床,2018(02):14-19+33.
（下转第63页）
电子测量
3 测试分析
系统安装调试完成后，便可实时采集运输过程中结构的振动和倾角数据，考虑海上运输时船体振动频率较低且数据为长时间监控信号，因此，系统采样频率可设置为1Hz。以下为某大型构件海运过程中的数据监测。
加速度采集数据如图8所示。
X轴加速度
Y轴加速度
Z轴加速度
图8
倾角采集数据如图9所示。
由上述波形分析可见，运输过程中监测的最大加速度为0.4m/s2，最大倾斜角度均小于4°。数据表明，该构件在海上运输过程中均处于较平稳状态。
X轴倾角
Y轴倾角
图9
4 结论
（1）创新设计四个数据采集点，减少测试成本，准确获取测试信息；（2）选取电容式型加速度实现大型结构震动监测；（3）选取双轴倾角传感器实现大型结构倾斜监测。参考文献
＊ [1]王崇明，修义瑞，雷鹏，等.水运工程施工船舶管理系统软件设计与实现[J].水道港口,2016,37(02):203-207.
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推广应用。
参考文献
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（上接第82页）
（上接第84页）
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