对比蓝牙汽车钥匙系统自动寻址方案

蓝牙低功耗（BLE）汽车钥匙系统典型包含中央模块和多卫星节点，经控制器局域网（CAN）或局部互连网络（LIN）总线通信。卫星战略性布置车辆周围延伸BLE范围。

设计师旨在用单一PCB设计和统一固件跨所有节点简化卫星制造。但此一致性要求中央模块安装后通过车载机制为每颗卫星分配唯一CAN或LIN地址。

传统有线法用专用LIN菊花链分发CAN ID于制造阶段。LIN接口随后车辆寿命期内禁用。替代方案用最小离散电路替代专用LIN总线降低BOM成本。真正无线选项完全消除额外硬件，利用现有BLE基础设施执行地址分配。

移除专用LIN硬件需求，无线法削减布线、BOM、库存和组装不必要组件开销。本文先回顾有线自动寻址技术再深入无线法。

现代钥匙系统越来越多采用BLE实现手机即钥匙或数字钥匙功能。这些系统像被动进入被动启动设置但用驾驶员智能手机替代传统钥匙扣。典型配置含一中央模块和六至十二卫星模块，各能接收来自手机或钥匙扣BLE信号（图1）。

图1. 车辆内BLE卫星模块示例布局。

手机即钥匙系统解锁需中央模块判断智能手机或钥匙扣何时在车辆解锁区内。通过多战略位置卫星模块（如乘客门、侧裙、后备箱、保险杠）接收信号三角测量实现。

中央模块经CAN或LIN与卫星通信。用各卫星数据三角测量智能手机位置决定是否授权进入。图2展示基于CAN通信拓扑。

图2. 中央模块与卫星间CAN总线主通信网络。

各卫星CAN地址让中央模块识别来数据源。分配唯一CAN ID或地址给每颗卫星对正确操作必不可少。而非为每颗卫星硬编码不同PCB，制造商倾向单一PCB设计所有节点运行相同固件。此法减少库存复杂性、使同一模块可安装任意车辆位置。

因所有卫星安装时相同且未寻址，需安装后自动寻址方案。

有线自动寻址：LIN菊花链法

目前许多OEM用单独LIN总线一次性CAN地址分配。中央模块经LIN发送CAN地址给第一卫星；该节点转发下一地址给第二卫星，依此类推（图3）。每模块需两个LIN PHY——一收一发——仅自动寻址期间使用。六至十二卫星，车辆可能需14至26 LIN PHY，膨胀BOM和复杂度。

图3. LIN菊花链自动寻址架构。

有线自动寻址：单线法

Texas Instruments推出省成本替代方案，用MOSFET和少量电阻替代LIN PHY。此方案中所有卫星忽略CAN总线直到P_IN线收到唤醒信号（图4）。中央模块经Q1脉冲P_IN1启动过程。第一卫星收到唤醒信号，开始监听CAN总线，接收CAN ID。确认收到后发送唤醒信号给下一卫星，序列重复直到每节点寻址。

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图4. 单线自动寻址用MOSFET和电阻替代LIN PHY。

虽此法减少元件数，仍需中央模块与各卫星间专用布线连接（图5）。

图5. 单线自动寻址架构所需布线。

无线自动寻址/线缆替代

另一TI方案完全消除额外布线，用BLE定位。制造或模块更换时，中央模块基于测量距离（源自RSSI）分配CAN地址。离中央模块最近卫星获最低CAN ID，随后逐渐远模块。实际物理位置不需要；测量距离一致性保证可重复寻址。

例若测量距离满足d1 < d6 < d5 < d2 < d4 < d3，中央模块可可靠分配地址1至6。若两卫星产生相似距离，已寻址卫星可作次级参考区分（图7）。

图6. 无线自动寻址用距离关系。

图7. 用已寻址卫星解决距离歧义。

实现细节

依蓝牙通用访问配置文件（GAP），中央模块称"扫描器"，卫星称"广播者"。GAP层管理设备发现、链路建立、安全。两关键状态：

• 广播者： 广播可连接广播数据，含唯一设备地址和可选名称。
• 扫描器： 扫描广播、发送扫描请求、发起连接。

自动寻址期间每广播者用随机标识符广播防重复。扫描器反复测量RSSI、平均值、选最近广播者。发送扫描请求、传输自动寻址CAN消息、等待确认。确认后广播者停止广播进入下一节点。循环重复直到所有卫星寻址。

结果

测试用TI蓝牙低功耗+CAN卫星参考设计和12英尺线缆、连接器间约6英尺间距（图9）。扫描器用1秒扫描时长、250毫秒窗口/间隔；广播者每100毫秒广播。每节点取十RSSI样本，平均值估算距离。

图9. 用TIDA-020032参考设计硬件测试装置。

表1总结三法延迟、可靠性、实现成本。无线法寻址时间约有线方案五倍，但提供最低BOM并消除布线。性能可通过优化BLE参数和考虑射频传播变化改善。

表1. 自动寻址技术对比

单线测试详细数据参考TI汽车钥匙蓝牙低功耗+CAN卫星模块参考指南。选自动寻址策略时考虑成本、布线复杂度、制造后灵活性需求。

* 单线自动寻址法额外详情和测试结果参考Texas Instruments汽车钥匙蓝牙低功耗+CAN卫星模块参考设计指南。

参考文献

1. 蓝牙核心规范
2. The Standard for Connection Sets New Standards in Safety, Bluetooth SIG

>> 本文原载姊妹站EDN。