基于LabVIEW的双向遥控钥匙寿命检测系统

甘　屹，王兆凯，孙福佳

(上海理工大学机械工程学院,上海200093)

0　引言

目前遥控门禁(RKE，Remote Keyless Entry)系统已经备受汽车用户的青睐，北美80%以上、欧洲70%以上的新车均安装了RKE系统。由遥控钥匙发送高频信号给车内接收模块实现车门和后备箱的开关。无钥匙门禁系统(PKE，Passive Keyless Entry)在RKE基础之上发展起来，PKE是一个智能钥匙，当驾驶者踏进指定范围时，由车内载板发送低频信号给遥控钥匙，遥控钥匙自动返回信号实现钥匙与车载板的通信。该系统通过识别判断如果是合法授权的驾驶者则进行自动开门。

遥控钥匙出厂前必须进行一系列的质量检测，遥控钥匙的寿命检测是其中不可或缺的一环。国内主要的遥控钥匙生产商普遍采用传统的人工检测的方式，该方式检测效率低，可靠性差，并且浪费了大量的人力财力。遥控钥匙的寿命关系到用户的财产安全和企业的声誉。针对上述问题，基于LabVIEW平台设计了汽车遥控钥匙的双向通信检测和寿命检测系统。

1　硬件平台和测试流程设计

1．1RKE系统和PKE系统工作原理

整个系统由基站(车载部分)和智能应答器(钥匙)组成，其整体结构框图如图1所示。该系统有2种工作方式：第一种工作方式：基站自动每隔几百ms用125 kHz频率发送命令，智能应答器一般处于接收模式，如果接收到任何有效的基站命令，应答器以UHF 433 MHz频率通过RF发射器发送响应。基站的射频接收器捕捉射频信号并解调，接着传送数据流到MCU里，然后MCU 对数据进行解码得到有效的指令信息，并送入指令执行机构，完成开门动作；第二种工作方式：当用户碰一下车门，触发系统工作，这时基站才发送命令，这种方式不需要车载部分始终处于工作状态。在这种双向通信系统中，由于125 kHz 信号的非传播特性，125 kHz信号会随距离增加而快速衰减，所以其双向通信距离一般不超过3 m．

图1　智能遥控钥匙系统框图

1．2寿命检测系统硬件平台设计

寿命检测系统的硬件平台由工控机、频谱仪、运动控制卡与气动装置系统组成。工控机通过运动控制卡控制气缸的动作实现遥控钥匙的按键触发；通过GPIB总线实现频谱仪的控制，采集遥控钥匙按键时发出的高频信号频率和能量峰值。

频谱仪对信号峰值的采集采用Maximum Hold与Clear Write方式循环实现，工控机采集到频谱仪测试峰值进行实时显示。气动装置系统元器件与电路设计如图2。位置传感器1和2的信号引脚分别接运动控制卡的引脚1和2。

图2　系统元器件与电路设计图

当电源接通需要气缸动作时，工控机使运动控制卡脚20和脚21接通，继电器线圈得电，使得继电器脚12和脚8接通，电磁阀得电控制气缸动作按键。实现遥控钥匙按键的自动化，位置传感器1，2能够使得运动控制卡检测到气缸的位置，便于按键延时操作。

1．3寿命检测系统硬件平台设计

寿命检测系统采用LabVIEW 2011平台。系统软件需要分别完成RKE(遥控门禁系统)检测与PKE(无钥匙门禁系统)检测。RKE检测如图3，PKE检测如图4。

图3　RKE检测流程图

图4　PKE检测流程图

RKE检测：检测流程分为以下4步：RF RX配置帧为设备自检过程，系统发送8位十六进制字节数字信号到车载模块，车载模块返回相应的8位十六进制字节数字信号，并且系统自动检测回应是否正确。RKE发送帧为遥控钥匙信号，系统确认与车载模块通信后，发送遥控钥匙信号到车载模块并检测回应。气缸动作按下遥控钥匙按键，系统自动设置频谱仪起始频率，检测按键信号能量峰值。RKE查询帧为检测按键状态(遥控钥匙有3个按键，分别为：Lock，Unlock，Trunk)。

PKE检测：LF TX配置帧为配置车载模块电流值、波特率和通道的十六进制代码。LF TX标定帧查询车载模块电流值、波特率和通道是否配置正确。RF RX配置帧设备自检。系统发送RSSI查询帧到车载模块，车载模块发送唤醒信号到遥控钥匙，若遥控钥匙为此车载模块钥匙且通讯正常，遥控钥匙回复相应信号到车载模块，车载模块回复到主程序，主程序根据回复判断遥控钥匙是否合格。

2　硬件平台和测试流程设计

2．1主程序设计

应用程序的控制流程基本是顺序结构：遵循事先设定的逻辑，从头到尾执行，但中断程序用顺序结构实现比较复杂，为了保障程序流程的效率和可靠性，在程序结构的设计上采用了状态机的模式[1]。运行过程中产生中断跳跃到其他分支执行，提高了条件结构的执行效率，简化了程序设计。

使用LabVIEW中的VISA节点与车载模块进行串口通信，VISA函数可以实现串口的初始化、串口读写、检测和清空缓存、关闭串口等功能[2]。初始化指定串口为COM1，将比特率设置为9 600 bit/s，数据比特设定为8位，无奇偶校验位。由于LabVIEW的执行速率非常高，甚至可以小于1 ms，而经测试车载模块返回数据至少需要50 ms的时间，故在使用VISA读取串口数据前至少延时50 ms，在寿命测试系统中增加了200 ms的延时，以确保车载模块有数据返回。并增加属性节点，检测串口返回字节数。VISA串口通讯流程如图5所示。

图5　串口通信流程图

遥控钥匙信号频谱采集采用E4402B频谱仪，频谱仪控制采用GPIB板卡，通过LabVIEW对其GPIB．dll的调用实现GPIB板卡的控制[3]，以此为基础实现对频谱仪的控制。

(1)初始化频谱仪至待读取波形状态。

(2)动作气缸，实时监测气缸状态。

(3)频谱仪读取波形，采集两个频谱峰值。

(4)气缸回到初始位置。

遥控钥匙发出的无线信号频率为433.92 MHz，因此为采集到完整信号波形，通过主程序设置频谱仪起始频率为432.969～434.6 MHz．设置Active Marker为maker1，为采集到2个波峰能量值，调用2次Marker Search．vi，采集峰值分别设置为highest与next peak。

图6为RKE测试前面板，实时显示系统运行状态，在前面板添加布尔型指示灯，当程序运行到某一步骤时给定相应布尔为真，指示灯亮，采用局部变量调用其它布尔变量给定值为假。局部变量为原数据的一个拷贝，可以利用快捷菜单中的Change To Read 变成一个指示器，这样系统可以在不同的分支为同一个变量赋值。局部变量有3种基本的用途：控制初始化、协调控制功能、临时保存和传递数据。

图6　寿命测试系统前面板

2．2主程序设计

LabVIEW可以很方便地通过第三方软件ADO Tool与Office中的access数据库建立连接。在应用LabSQL之前，需要先创建一个数据源然后连接到数据库[6]。实现数据入库程序流程如图7。SQL语言是一种数据库查询和程序设计语言，结构简单、功能强大。运用SQL语言在数据库中插入一条记录的语言标准为：INSERT)NTO 数据库名 (列名，列名)VALUES(数据类型，数据类型)。

图7　数据入库程序流程

该寿命测试系统提供了2种数据库查询方法：按时间段查询与按值查询方法。首先设定所查询数据库名称DSN=数据库名，运用SQL语言按值查询的语言标准为：SELECT * FROM 数据表名 WHERE 列名 <，=或> 数值。按时间段查询的语言标准为：SELECT * FROM 数据表名 WHERE 测试时间<#日期格式时间1# and 测试时间>#日期格式时间2#。

3　硬件平台和测试流程设计

目前，遥控钥匙寿命系统经过3个钥匙品种，上千把钥匙测试之后，已经成功应用于某汽车钥匙生产商，经过实时监测，该系统性能如下：

(1)系统有效地进行了遥控钥匙与车载模板的通信，并且能够实时监测通信正确与否。

(2)车载模板发出低频信号，能够感知遥控钥匙回复信号的有效距离可达2.5 m．

(3)遥控钥匙发出高频信号，车载模板能够感知的有效距离大于20 m．频谱仪能够采集到高频信号波形距离可达5 m．

(4)车载模块回复信号迅速准确，发出与回复信号时间差小于50 ms．

4　结束语

为了满足遥控钥匙寿命检测的高效性与可靠性设计，基于LabVIEW 2011平台设计了遥控钥匙寿命自动检测系统，可实现无人化自动化作业，系统所用运动控制卡最多可以实现16个气缸顺序动作，提高了产品检测的精度和效率。LabVIEW 2011集成生成可执行文件程序，可以生成安装程序以便于在没有安装LabVIEW的计算机上使用。经过测试系统符合遥控钥匙的检测方法和规范，能够快速精确地完成遥控钥匙的双向寿命测试。

参考文献：

[1]李厦，张永康．基于LabVIEW的汽车遥控钥匙自动监测系统设计．仪表技术与传感器，2011(11)：20 -22．

[2]罗军，袁扬，廖俊必．基于LabVIEW 的泰克示波器与计算机的通信．计算机工程与设计，2009，30 (2)：503-506．

[3]武跃斌，李国顺．在LabVIEW环境中实现频谱分析仪计算机控制．计量技术，2007(9)：22-25．

[4]倪龙，和军平，林廖军．交互式无线汽车智能钥匙系统设计．计算机测量与控制，2010，18(5)：1136-1138．

[5]吕向锋，高洪林，马亮，等．基于LabVIEW串口通信的研究．国外电子测量技术，2009，12(38)：27-30．

[6]王维刚，李伟，张颖，等．基于LabSQL的LabVIEW与Access数据库的通信．教育教学论坛，2011，36：158-159．

[7]杨忠仁，饶程，邹建，等．基于LabVIEW数据采集系统．重庆大学学报，2004，27(2)：32-35．