P05 · Key 评估 —— 无线服务通道与主控方案
- Level-1 规格：P05-key.md
- 设计附录：P05-key-design.md
- 依据：Espressif ESP32-C6 v1.5、ESP32-H2 v1.3 与 ESP32-C6-MINI-1 数据手册；NXP TJA1463、Microchip MCP2518FD / MCP2515、TI CC2745R10-Q1（SWRS304D）数据手册；Nordic nRF54L15 数据手册；LCSC 零售价。数据日期 2026-09-28
本文是评估，不是选型决定；不改变任何规格数值。规格只在待决项 KEY-O-03、KEY-O-09…KEY-O-12 引用本文。
1. 评估目的与边界
章节标题：“1. 评估目的与边界”2026-09-28 提出 Key 需要无线来做配置与升级。Key 此前没有射频，推荐主控 STM32G0B1CE。本文比较加入无线后的主控方案，并回答随之提出的四个问题：静态电流放宽后哪颗芯片合适；为什么不用 Air 同款芯片；后续加 CAN 或 RS-485 哪个方便、价格如何；单个 Key 做多少键最合适；怎样扩展键数才不必每 8 键配一颗主控。
边界：Key 是常供电设备，不以省电为目标；控制路径保持有线 CAN，无线只是服务通道；价格是 LCSC 零售价，不是量产报价。
2. 候选与来源
章节标题：“2. 候选与来源”| 方案 | 器件 | 射频认证 | 固件镜像 |
|---|---|---|---|
| ESP32-C6 模组（采纳） | ESP32-C6-MINI-1-N4 | 模组级预认证 | 一个 |
| ESP32-H2 | ESP32-H2FH4 芯片直贴，或 H2-MINI-1 模组 | 芯片直贴需整机射频设计与认证；模组 LCSC 未收录 | 一个 |
| nRF54L15 + SPI CAN 控制器 | nRF54L15（或 L10）+ MCP2518FD 或 MCP2515 | 有第三方预认证模组 | 一个 |
| STM32G0B1CE + BLE 模组 | 原主控 + 预认证 BLE 模组（如 TI CC2340R5MODA） | 模组级 | 两个 |
| 车规 BLE + CAN 单芯片 | TI CC2745R10-Q1 或 NXP KW45 | 芯片直贴，全套认证 | 一个 |
| Key 不放射频 | 不变 | Key 无需 | 一个 |
最后一项指手机连接 Mate 或 Air Hub，由它们经 X01 §4.7 的 CAN 通道下发配置与固件；只有 Core 加 Key 的船要另配 BLE 转 CAN 的服务工具。它改动最小，但没有满足"Key 自己带无线入口"的要求，未采纳。
3. 对比
章节标题：“3. 对比”3.1 静态电流
章节标题：“3.1 静态电流”Key 不休眠并保持 CAN 接收（KEY-05）。逻辑轨由 5 V 经 LDO 得到，3.3 V 侧每 1 mA 在 5 V 侧也是 1 mA；折算式为 (I_5V × 5 V) / 0.85 / 12 V。TJA1463 Normal 模式隐性态 ICC 典型 7 mA。
| 主控 | 保持 CAN 接收时的电流 | 整机静态 @12 V |
|---|---|---|
| STM32G0B1CE @16 MHz | 约 1.5 mA（93 µA/MHz） | 约 4.2 mA |
| TI CC2745R10-Q1，Idle 模式 | 1.45–2.1 mA | 约 4.2–4.5 mA |
| ESP32-H2，modem-sleep 64 MHz | 5–10 mA | 约 6–8 mA |
| nRF54L15 + MCP2515 | 主控空闲约 3 µA；MCP2515 最大 10 mA | 约 6–8 mA |
| nRF54L15 + MCP2518FD @40 MHz | 主控空闲约 3 µA；MCP2518FD 典型 15 mA | 约 11 mA |
| ESP32-C6，modem-sleep 80 MHz | 14–25 mA | 约 10–16 mA |
ESP32 的 light-sleep 不可用：TWAI 在 light-sleep 下不工作，靠 CAN RX 引脚唤醒会丢第一帧。外挂 CAN 控制器时，决定静态电流的是控制器而不是主控，所以 Air 同款芯片并不更省电。规格的静态上限因此由 ≤5 mA 放宽到 ≤20 mA@12 V。
3.2 有线总线扩展
章节标题：“3.2 有线总线扩展”| ESP32-C6 | ESP32-H2 | nRF54L15 | |
|---|---|---|---|
| 加一路 CAN | 片内 2 路 TWAI，只加收发器 | 片内 1 路 | 无；每路加 SPI 控制器、晶振与收发器 |
| 加一路 RS-485 | UART 加收发器；2 个 UART + 1 个 LP UART | UART 加收发器；2 个 UART | UART 加收发器；5 个串行实例与 SPI、I2C 共用 |
| GPIO | 芯片 30 / 22；MINI-1 模组 22 | 19 | 31（QFN48） |
| CAN FD | 否 | 否 | 配 MCP2518FD 可以 |
X01 已定为 Classical CAN 500 kbit/s，TWAI 够用。
3.3 价格
章节标题：“3.3 价格”LCSC 零售价，美元，1k 档，2026-09-28。
| 器件 | 单价 | LCSC 编号与备注 |
|---|---|---|
| ESP32-C6-MINI-1-N4 模组 | 2.83（1.3k 档） | C5736265；当天库存为 0 |
| ESP32-H2FH4 芯片 | 1.69 | C22470214 |
| nRF54L10-QFAA | 2.40 | C44800139；nRF54L15 未收录 |
| MCP2518FD（SOIC-14） | 0.95 | C626758 |
| MCP2515（TSSOP-20） | 0.85 | C185941 |
| TJA1463 | 0.66 | C3233821 |
| SP3485 / THVD1450（RS-485） | 0.14 / 0.57 | C8963 / C2671361 |
| STM32G0B1CET6 / CET6N | 7.71 / 4.42（100 片档） | C5270267 / C2978903；库存均为 0 |
| TI LP5024 / LP5036 | 1.15 / 0.93（单片） | C427525 / C701961 |
| Lumissil IS31FL3236A | 0.52（单片） | C246443 |
主控部分合计：ESP32-C6 模组 2.83，含天线与模组认证；ESP32-H2 芯片 1.69，另需晶振、匹配、天线与整机射频认证；nRF54L10 + MCP2518FD 3.35，另需两颗晶振、匹配、天线、NFC 线圈与整机射频认证；STM32 加 BLE 模组最高。
3.4 与 Air 同款芯片的比较
章节标题：“3.4 与 Air 同款芯片的比较”| nRF54L15 + SPI CAN | ESP32-C6 模组 | |
|---|---|---|
| 平台 | 与 Air、Tag 同一 SoC、SDK 与引导程序 | ESP-IDF，与 Air Hub 的上行 C6 共用 |
| 无屏配对 | NFC 贴近即认证 OOB | 印刷配对码加 PAKE，或按键输入 |
| CAN | 外挂 | 片内 2 路 |
| 器件数 | 多一颗控制器与晶振 | 最少 |
nRF54L15 的价值是三个产品共用一套认证 BLE 服务与 NFC 配对；代价是每路 CAN 都要外挂。Key 以有线总线为主、且要为后续的 CAN 或 RS-485 留余量，因此取 ESP32-C6。
3.5 单元键数
章节标题：“3.5 单元键数”ESP32-C6-MINI-1 有 22 个 GPIO。扣除 CAN、I2C、USB、采样与控制 9 个，再预留第二路 TWAI 与 RS-485 共 5 个，剩 8 个给按键，启动配置引脚不接按键。36 路 LED 驱动器一颗可带 8 键的 24 路 RGB 加图例分区。所以 8 键是不加扩展器、不加第二颗驱动器的上限。
| 每单元键数 | 需要的器件 | 主控与驱动的每键成本 |
|---|---|---|
| 4 | 模组 + 收发器 + 1 颗 LED 驱动器 | 约 1.10 |
| 8 | 同上 | 约 0.55 |
| 16 | 再加 1 颗 16 位 I/O 扩展器与第 2 颗 LED 驱动器 | 约 0.36 |
8 键到 16 键每键只省约 0.2 美元，不足以抵消更大的外形、模具与密封验证，所以每块板定为 8 键。
3.6 扩展方式
章节标题：“3.6 扩展方式”每 8 键配一颗主控会让主控成本随键数线性增长。扩展单元只需要按键输入与 LED 通道，两者都是 I2C 器件：
| 做法 | 器件 | 主控、收发器、多路开关与驱动成本 |
|---|---|---|
| 40 键，五个基础单元 | 5 ×（模组 2.83 + TJA1463 0.66 + LP5036 0.93） | 约 22.1 |
| 40 键，一个基础单元 + 四块扩展单元 | 4.42 + TCA9548A 0.70 + 4 ×（AW9523B 0.33 + IS31FL3236A 0.52） | 约 8.5 |
| 同上，扩展单元用 LP5036 | 4.42 + 0.70 + 4 ×（0.33 + 0.93） | 约 10.2 |
| 72 键，九个基础单元 | 9 × 4.42 | 约 39.8 |
| 72 键，一个基础单元 + 八块扩展单元 | 4.42 + 0.70 + 8 ×（0.85…1.26） | 约 11.9–15.2 |
I/O 扩展器价格：AW9523B 0.33（C148077）、XL9555 0.39–0.53（C5125492 / C609791）、TCA9555 0.35–0.87（C42420608 / C465732），LCSC 单片零售价。
扩展块数的上限取决于总线怎么接。各器件可选的 I2C 地址数按数据手册核对为：LP5036 与 IS31FL3236A 各 4 个，AW9523B 4 个，TCA9555 8 个。若所有板共用一条 I2C、靠地址脚区分，基础单元自己的 LED 驱动器占掉一个地址，只能带 3 块扩展单元、共 32 键。改用一颗 8 通道 I2C 多路开关 TCA9548A（C130026，0.70）、每个通道接一块扩展单元，上限变为 8 块、72 键，扩展单元也不再需要地址编码；这颗开关同时用来隔离把总线拉死的扩展口。再多仍可行（一条总线可挂 8 颗 TCA9548A），实际上限由 5 V 轨电流、线束数量、轮询时延与单点故障范围决定。
I2C 的距离：不加措施按 0.3 m 设计；用带地线的屏蔽双绞线、降低速率并加强上拉后估算可到约 2 m，须实测。两端加总线缓冲器（P82B96，数据手册称 400 kHz 下至少 20 m，单价 3.3–3.5；P82B715，双绞线 50 m，单价 1.27）能到几十米，但两端合计后比 CAN 扩展单元还贵，不采用。
3.7 远距离扩展：RS-485 与内部 CAN
章节标题：“3.7 远距离扩展：RS-485 与内部 CAN”| I2C 加多路开关 | RS-485 | 内部 CAN | |
|---|---|---|---|
| 扩展板器件 | I/O 扩展器 + LED 驱动器 | 小 MCU（PY32F002A 0.19 / CH32V003 0.29）+ SP3485 0.14 + LED 驱动器 0.52 | 带 CAN 的小 MCU（CH32V203 0.71–1.03）+ 收发器（SIT1042 0.44 / TJA1042 0.49）+ LED 驱动器 0.52 |
| 每 8 键成本 | 0.85–1.26 | 0.85–0.95 | 1.7–2.0 |
| 可靠距离 | 0.3 m，约 2 m 待实测 | 几十米 | 几十米 |
| 按键上报 | 中断后读取 | 主机轮询，时延随块数线性增加 | 扩展板主动上报 |
| 校验、重发与故障节点退出 | 无 | 需自行实现 | CAN 内建 |
| 协议 | 无需设计 | 全部自定义 | 可复用 X01 的帧格式 |
| 扩展板固件 | 无 | 有 | 有 |
ESP32-C6 片内有两路 TWAI，第二路原本就预留，所以内部 CAN 不占新的主控资源：TWAI0 接外部 YBO CAN，TWAI1 接内部扩展总线，两边在控制器、收发器与连接器上分开。电气隔离收发器（ISO1042 1.46–2.28，CA-IS3050 1.20–1.38）加隔离电源（B0505S 0.75）只在扩展面板另有独立供电、两边地电位不同时才需要；扩展单元由基础单元供电时两边共地，首版不做。
2026-09-28 的决定是两种都做：同一组装体内用 I2C 扩展单元，较远或数量多时用内部 CAN 扩展单元；RS-485 记为已比较的替代方案。
代价：所有按键都在一颗主控后面，基础单元故障会让整组失效；CAN 扩展单元带来第二份固件，而低价 MCU 没有硬件信任根，所以它不保存密钥，镜像由基础单元校验后下发。相距较远或需要互为备份的面板仍用多个基础单元。
一颗 RGB 状态灯用颜色、亮度与闪烁节奏表达全部状态；图例背光只负责暗光下照亮标签，亮度是全局日夜设置，每块板一组即可（白光一路、夜间红光一路）。状态灯与图例合为一颗 RGB 灯可把每键通道降到 3 路，但 OFF 时图例须保持可见、混色白光观感较差、且不能再做状态窗与图例的光学隔离，留给 KEY-O-05 的光学样件决定。
4. 风险与未核实项
章节标题：“4. 风险与未核实项”- 价格为零售价；ESP32-C6-MINI-1-N4 当天 LCSC 库存为 0，供货须询价。
- NXP KW45 的运行与空闲电流在登录墙后，未核实；MCP2518FD 在低于 40 MHz 时钟下的电流数据手册未列。
- ESP32-C6 的 modem-sleep 电流是数据手册典型值，启用 TWAI 与外设后的实际值须实测。
- 密封面板与金属台面后的 PCB 天线服务距离未知，须带壳实测。
- 无线使 Key 进入 RED 与 EN 18031 范围，整机认证费用未询价。
- 启动配置引脚（GPIO8、GPIO9、GPIO4、GPIO5、GPIO15）的分配须按模组数据手册逐脚确认。
- "最多 8 块扩展单元"是设计目标：满配时的背光电流、逐板轮询时延与线束 EMC 须实测。
- 扩展线束在船用 EMC 环境下的表现未知，须按 V-06 的断线、短路与插拔测试验证；I2C 的 2 m 是估算值。
- 低价 CAN MCU（CH32V203 等）的 CAN 能力、时钟精度与晶振要求未按数据手册核对。
- 内部 CAN 的 16 块与 20 m 是设计目标，受供电压降限制，须按线束 ICD 核算并实测。
5. 建议（供待决项引用）
章节标题：“5. 建议（供待决项引用）”KEY-O-03：主控采用 ESP32-C6-MINI-1-N4 模组，LED 驱动器采用 36 路的 LP5036，IS31FL3236A 作低价备选；硬件预留第二路 TWAI 与 RS-485 的引脚，首版不贴收发器。- 每块板最多 8 键；更多键数用不带主控的扩展单元，近处用 I2C 扩展单元，经 8 通道多路开关最多 8 块；较远或数量多时用内部 CAN 扩展单元，经主控的第二路 TWAI 最多 16 块（
KEY-O-12）；需要互为备份时用多个基础单元（KEY-O-11）。关键回路的按键不要集中在同一个基础单元下。 - 无线只作服务通道：平时关闭、物理动作开窗、认证配对、不承载控制；配对方法在
KEY-O-09冻结。 - Key 兼做总线上其他节点的配置与升级中继，首版不做（
KEY-O-10）；它依赖 X01 §4.7 在 Classical CAN 下的分块重算。 - 若日后平台统一或 NFC 配对的优先级上升，nRF54L15 加 MCP2518FD 是已比较过的替代方案。