過(guò)去二十年里，汽車從可能安裝了收音機(jī)、磁帶倉(cāng)、CD 播放器的基本交通機(jī)械，發(fā)展到如今成熟、全面的移動(dòng)式信息、娛樂(lè)平臺(tái)。 今天的汽車功能豐富，安裝了能從車輛外部獲取娛樂(lè)信息的多種無(wú)線電技術(shù)（或者，甚至使用連接上藍(lán)牙的智能手機(jī)從車輛內(nèi)部獲取），能通過(guò)嵌入式 GPS 技術(shù)提供定位信息，還能提供無(wú)鑰匙進(jìn)入/啟動(dòng)系統(tǒng)、無(wú)線診斷數(shù)據(jù)讀取和無(wú)線輪胎壓力傳感器。 另外，現(xiàn)在的許多汽車安裝了用于呼救的嵌入式蜂窩無(wú)線電技術(shù)以及雷達(dá)系統(tǒng)，以增強(qiáng)司機(jī)感知能力并減少碰撞造成傷亡。 在不久的將來(lái)，我們會(huì)在汽車上看到更多無(wú)線功能，如有助于疏導(dǎo)交通并進(jìn)一步減少事故的車輛之間的通信功能。

監(jiān)視輪胎壓力

本文的重點(diǎn)是無(wú)線技術(shù)在車輛安全與保障方面的作用。 讓我們從輪胎橡膠接觸路面開(kāi)始：從地面開(kāi)始利用無(wú)線技術(shù)。 輪胎中的無(wú)線壓力傳感器會(huì)讓司機(jī)確保輪胎壓力保持在出廠建議水平，既保證安全，又能優(yōu)化輪胎磨損情況。 基本輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng) (TPMS) 包括一個(gè)或多個(gè) TPM 傳感器、一些調(diào)節(jié)/預(yù)處理電路、一個(gè)簡(jiǎn)單的 RF 發(fā)射器、一個(gè)低成本、低功耗微控制器（圖 1）。 在接收側(cè)，會(huì)有一個(gè)低功耗接收器捕獲數(shù)據(jù)流，并由微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)解碼和格式化，然后發(fā)送至車輛內(nèi)部的 CAN/LIN 網(wǎng)絡(luò)或直接將數(shù)據(jù)發(fā)送至顯示屏。

圖 1：無(wú)線輪胎壓力測(cè)量系統(tǒng)將多個(gè)傳感器（壓力、溫度、徑向加速度和切向加速度）的輸入?yún)R集在一起，并經(jīng)無(wú)線鏈路將預(yù)處理結(jié)果發(fā)送至車輛儀表盤(pán)上的接收器。

輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng) (TPMS) 是一種提升車輛安全的新標(biāo)準(zhǔn)。Freescale 利用其創(chuàng)新型集成技術(shù)推出了 TPMS 解決方案，這一方案能實(shí)時(shí)監(jiān)視輪胎壓力并在輪胎充氣不當(dāng)時(shí)提醒司機(jī)。 Freescale TPMS 產(chǎn)品按照美國(guó)聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車輛安全標(biāo)準(zhǔn) (FMVSS) 138 和全球汽車制造廠的要求設(shè)計(jì)。

Freescale 的輪胎壓力監(jiān)視傳感器解決方案采用單一封裝，集成了一個(gè)胎壓傳感器、8 位微控制器 (MCU)、RF 發(fā)射器，以及一個(gè)單軸 (Z) 或雙軸 (XZ) 加速計(jì)。 把該解決方案安裝在輪緣上的模塊中時(shí)，能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量每條輪胎的壓力并把測(cè)量結(jié)果發(fā)送至車輛儀表盤(pán)，在輪胎壓充氣不當(dāng)時(shí)立即提醒司機(jī)。

Freescale Xtrinsic 智能傳感器模塊將壓力、溫度和加速度傳感器以及 RF 發(fā)射器、微控制器集成在一個(gè) 7 x 7 mm 的微型封裝中。 Freescale 的多款處理器可用作該模塊中的低功耗微控制器，具體視 MCU 所需執(zhí)行的處理任務(wù)多少?zèng)Q定。

例如，F(xiàn)reescale 的 MC12311 是一款基于 8 位 HCS08 系列 MCU 的系統(tǒng)級(jí)封裝 (SiP) 器件，該公司的 MKW0x 器件則是基于 ARM Cortex-M0+ CPU 核心的 32 位 MCU。 MC12311 和 MKW0x 系列器件均在芯片中集成了低于 1 GHz 的 RF 發(fā)射器。

我們來(lái)看一下 MKW0x 系列中的 MKW01Z128CHN 器件，這是一款高度集成的高性價(jià)比、智能無(wú)線電、1 GHz 以內(nèi)無(wú)線節(jié)點(diǎn)解決方案。 MKW01 系列除了低于 1 Ghz 的雙向無(wú)線電外還嵌入了大量外設(shè)，且工作頻率范圍寬，涵蓋了免牌照的工業(yè)、科研和醫(yī)療 (ISM) 頻段內(nèi)的 315、433、470、868、915、928 和 960 MHz 頻率。 MKW01 和 MC12311 均采用了可進(jìn)行 FSK、GFSK、MSK 或 OOK 調(diào)制的收發(fā)器。 這些配置能讓用戶將外部元件數(shù)量降至最少。 （一種替代方案是以該公司的 Kinetis EA 系列器件為中心，但需要一個(gè)外部 RF 發(fā)射器。）

圖 2：Freescale Semiconductor 高度集成的 MKW0x 微控制器系列針對(duì)輪胎壓力監(jiān)視等低功耗無(wú)線應(yīng)用，并集成了能夠在 315 - 960 MHz 范圍內(nèi)不同 ISM 頻段工作的次 1 GHz 收發(fā)器。

無(wú)鑰匙進(jìn)入

進(jìn)入當(dāng)今汽車的通常方法是用一個(gè)電子鑰匙扣。利用這個(gè)鑰匙扣，根本不需要把鑰匙插入點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，就能開(kāi)、鎖車門(mén)、啟動(dòng)或取消報(bào)警、調(diào)節(jié)座椅和視鏡位置，甚至發(fā)動(dòng)汽車。 智能鑰匙扣中的嵌入式技術(shù)一般情況下會(huì)融合一個(gè)短距離無(wú)線發(fā)射器或收發(fā)器、一個(gè)支持 AES 加密算法并能產(chǎn)生滾動(dòng)碼的微控制器；當(dāng)然，這些電路應(yīng)全部是低功耗型，以實(shí)現(xiàn)在單個(gè)紐扣電池驅(qū)動(dòng)下工作數(shù)年。

Atmel 是一家提供各種各樣鑰匙扣解決方案的公司，現(xiàn)已推出可置于鑰匙扣內(nèi)部的多種純發(fā)射和多種雙向微控制器（如，ATA577x，圖 3），以及可以集成到汽車管理系統(tǒng)中的同樣數(shù)量的解決方案。 鑰匙扣的各種純發(fā)射解決方案之間僅頻率不同，具體通常由鑰匙扣在全球的使用地區(qū)決定。 三個(gè)頻段包括 68-928 MHz、310-350 MHz 和 429-439 MHz，且發(fā)射器模塊采用 ASK 或者 FSK 方式調(diào)制信號(hào)。 鑰匙扣中采用的 MCU 取自該公司的 AVR ATtiny44V 8 位微控制器，數(shù)據(jù)傳送速率高達(dá) 32 kb/s。

圖 3：Atmel ATA577x 系列是高度集成的微控制器，集成了一個(gè) RF 發(fā)射器或者一個(gè)完整的收發(fā)器，幾乎不需要任何外部元件。 這些控制器能可靠輸出滾動(dòng)碼，用于鑰匙遙控進(jìn)入和汽車啟動(dòng)。

Microchip 也是一家無(wú)鑰匙遙控進(jìn)入解決方案供貨商，推出了 PIC12、PIC16 和 PIC18、PIC24 超低功耗微控制器系列，前兩個(gè)系列與由 MCU 內(nèi)部硬件加密模塊支持的 KeeLoq 算法配合使用，而后兩個(gè)系列則用于接收器子系統(tǒng)（圖 4）。 例如，低功耗 PIC12F635 8 位微控制器在 2.0 V 電源下的待機(jī)消耗僅 1 nA，在激活狀態(tài)且時(shí)鐘頻率為 1 MHz 時(shí)也僅 100 微安。

圖 4：用于無(wú)源無(wú)鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)的雙向應(yīng)答器系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用低頻指令和對(duì)講頻道，而加鑰匙密數(shù)據(jù)則由應(yīng)答器通過(guò) UHF RF 頻道發(fā)送至基站。

KeeLoq 是一種非線性算法，能夠在每次按下按鈕時(shí)創(chuàng)建一個(gè)獨(dú)立發(fā)射任務(wù)。 該功能會(huì)使各種代碼捕獲和重新發(fā)送方法失效。 為實(shí)現(xiàn)鑰匙扣和接收器模塊之間的超高頻通信，發(fā)射器解決方案允許系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員采用頻移鍵控 (FSK) 或者幅移鍵控 (ASK) 調(diào)制方法來(lái)生成傳送任務(wù)。 此外，還提供相應(yīng)的接收器解決方案，用于對(duì)無(wú)線數(shù)據(jù)傳送任務(wù)進(jìn)行過(guò)濾和解密。

針對(duì)鑰匙扣和其它低功耗應(yīng)用提供低功耗 MCU 的供貨商還包括 STMicroelectronics 和 Texas Instruments。

在大量眾所周知的車輛無(wú)線應(yīng)用中，本文列舉的輪胎壓力測(cè)量和鑰匙扣只是冰山之一角。 目前，為定義各種不同的標(biāo)準(zhǔn)仍有大量工作要做，這樣才能讓車輛之間、車輛與“智能”道路之間進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)諸如車輛自主駕駛和車輛間防碰撞通信等解決方案。