汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、.寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)：.；寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘要 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的開(kāi)展,公路交通曾經(jīng)成為關(guān)系國(guó)民經(jīng)濟(jì)命脈和社會(huì)、經(jīng)濟(jì)開(kāi)展的艱苦系統(tǒng),但隨之而來(lái)的交通事故給人的生命平安和經(jīng)濟(jì)開(kāi)展呵斥了艱苦損失。爆胎是引起交通事故的主要緣由,堅(jiān)持規(guī)范的車胎氣壓行駛是防止爆胎的關(guān)鍵,胎壓檢測(cè)系統(tǒng)TPMS(Tire Pressure Monitoring System)是由此應(yīng)運(yùn)而生的一項(xiàng)汽車平安防備系統(tǒng)。胎壓檢測(cè)系統(tǒng)主要用于汽車行駛過(guò)程中對(duì)汽車胎壓與溫度的實(shí)時(shí)檢測(cè),當(dāng)出現(xiàn)異常形狀時(shí)進(jìn)展報(bào)警,從而保證駕乘者的行車平安。 本課題主要研討的是一種用于機(jī)動(dòng)車輛上的輪胎壓力與溫度監(jiān)控系統(tǒng)。文中提出了一種基于無(wú)線

2、技術(shù)的輪胎壓力與溫度監(jiān)控系統(tǒng)的方案，設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用了檢測(cè)技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)及無(wú)線通訊技術(shù),其中發(fā)射模塊能實(shí)時(shí)檢測(cè)、處置輪胎的壓力和溫度參數(shù),并運(yùn)用無(wú)線方式將處置后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇蛹{模塊;接納模塊能校驗(yàn)數(shù)據(jù)并顯示結(jié)果,用以告知駕駛員各個(gè)輪胎的情況。本系統(tǒng)采用了有效的節(jié)能措施,不僅在硬件上選用了具有睡眠功能的芯片,而且在軟件設(shè)計(jì)上經(jīng)過(guò)將判別功能置于發(fā)射模塊中,減小了系統(tǒng)的發(fā)射頻率,從而降低了能耗,保證了不會(huì)由于改換能源問(wèn)題而頻繁的拆裝輪胎,提高了系統(tǒng)的適用性,因此具有寬廣的運(yùn)用前景。關(guān)鍵詞:輪胎；無(wú)線通訊技；抗干擾；節(jié)能 Abstract Along with the development of so

3、cial economy and science and technology, highway traffic has become the lifeblood of national economy and the relationship between social and economic development of important system, but the resulting traffic accidents to the human life security and economic development has caused great losses. Fla

4、t Tire is a major cause of traffic accident, keep the standard Tire Pressure is the key to prevent blowout, Tire Pressure Monitoring System TPMS (Tire Pressure Monitoring System) is thus arises at the historic moment of safe guard System in a car. Tire pressure monitoring system is mainly used for t

5、he car of automobile tire pressure and temperature in the process of real-time detection, and alarm when abnormal state, thus ensuring the driving safety. The purpose of this research is to develop a kind of applied to motor vehicle tire pressure and temperature monitoring system. This paper present

6、s a temperature of tire pressure monitoring system based on wireless technology. Integrated use of the hardware design of detection technology, micro-controller technology and wireless communication technology, the launch module can real-time tire pressure and temperature parameters detection, proce

7、ssing, and use wireless way to transmit data after processing to receiving module; Receiving module can check data and display the results to inform the driver of each tire. This system adopted the effective energy saving measures, not only on hardware chose chips with sleep function, but also on th

8、e software design of transmission module, by will judge function in reducing the transmission frequency of the system, reducing the energy consumption and ensure the wont change the energy problem and frequent disassembling tire, improve the practicability of the system, thus has broad application p

9、rospects. Key words: tire；wireless communication technology sensor； anti-jamming； save energy II I目錄TOC o 1-4 h u HYPERLINK l _Toc11450 摘要 PAGEREF _Toc11450 I HYPERLINK l _Toc18092 Abstract PAGEREF _Toc18092 II HYPERLINK l _Toc24177 目錄 PAGEREF _Toc24177 III HYPERLINK l _Toc26756 1 緒論 PAGEREF _Toc267

10、56 1 HYPERLINK l _Toc3996 1.1 研討背景 PAGEREF _Toc3996 1 HYPERLINK l _Toc24079 1.2 輪胎壓力與溫度監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc24079 2 HYPERLINK l _Toc16 1.3 輪胎壓力與溫度監(jiān)控系統(tǒng)研討意義 PAGEREF _Toc16 3 HYPERLINK l _Toc17742 1.4.2 論文的構(gòu)造安排 PAGEREF _Toc17742 4 HYPERLINK l _Toc6948 2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc6948 5 HYPERLINK l _Toc29445 2.1

11、TPMS 系統(tǒng)分類及其任務(wù)原理 PAGEREF _Toc29445 5 HYPERLINK l _Toc28457 2.1.1 間接式 TPMS PAGEREF _Toc28457 5 HYPERLINK l _Toc32666 2.1.2 直接式 TPMS PAGEREF _Toc32666 5 HYPERLINK l _Toc20255 2.1.3 間接式和直接式TPMS的比較與選擇 PAGEREF _Toc20255 6 HYPERLINK l _Toc28597 2.2 直接式 TPMS 總體設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc28597 6 HYPERLINK l _Toc27504 2.

12、2.1 系統(tǒng)組成 PAGEREF _Toc27504 6 HYPERLINK l _Toc32501 2.2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 PAGEREF _Toc32501 7 HYPERLINK l _Toc4790 2.2.3系統(tǒng)功能要求 PAGEREF _Toc4790 8 HYPERLINK l _Toc1336 2.3 系統(tǒng)硬件的總體設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc1336 8 HYPERLINK l _Toc6739 2.3.1 輪胎模塊的總體設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc6739 9 HYPERLINK l _Toc29517 2.3.2 主機(jī)模塊的硬件總體設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc29

13、517 9 HYPERLINK l _Toc17648 2.4 系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc17648 9 HYPERLINK l _Toc2566 3 輪胎模塊設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc2566 11 HYPERLINK l _Toc23989 3.1 輪胎模塊硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc23989 11 HYPERLINK l _Toc18179 3.1.1 芯片引見(jiàn) PAGEREF _Toc18179 12 HYPERLINK l _Toc44 3.1.2 MPXY8300 傳感器任務(wù)方式 PAGEREF _Toc44 13 HYPERLINK l _Toc73

14、42 3.1.3輪胎模塊電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc7342 14 HYPERLINK l _Toc26681 3.2輪胎模塊軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc26681 16 HYPERLINK l _Toc30529 3.2.1編程工具的選用 PAGEREF _Toc30529 17 HYPERLINK l _Toc28833 3.2.2通訊協(xié)議 PAGEREF _Toc28833 17 HYPERLINK l _Toc24267 3.2.3胎壓模塊軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc24267 18 HYPERLINK l _Toc23650 3.3天線設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc

15、23650 19 HYPERLINK l _Toc18062 4 主機(jī)模塊設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc18062 21 HYPERLINK l _Toc28071 4.1主機(jī)模塊硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc28071 21 HYPERLINK l _Toc23603 4.1.1 中心微控制器 STC12C5416AD PAGEREF _Toc23603 21 HYPERLINK l _Toc26360 4.1.2 接納電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc26360 21 HYPERLINK l _Toc32159 4.2顯示及報(bào)警電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc32159 23 HYP

16、ERLINK l _Toc9784 4.2.1 顯示電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc9784 24 HYPERLINK l _Toc29297 4.2.2 報(bào)警電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc29297 25 HYPERLINK l _Toc22701 4.3主機(jī)模塊的軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc22701 26 HYPERLINK l _Toc11888 4.3.1主機(jī)模塊主程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc11888 26 HYPERLINK l _Toc6194 4.3.2參數(shù)設(shè)定模塊 PAGEREF _Toc6194 27 HYPERLINK l _Toc19574 4.3.

17、3報(bào)警處置模塊 PAGEREF _Toc19574 28 HYPERLINK l _Toc768 5 總結(jié)與展望 PAGEREF _Toc768 29 HYPERLINK l _Toc11668 5.1任務(wù)總結(jié) PAGEREF _Toc11668 29 HYPERLINK l _Toc10927 5.2展望 PAGEREF _Toc10927 29 HYPERLINK l _Toc18059 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc18059 31 HYPERLINK l _Toc70 致謝 PAGEREF _Toc70 32 HYPERLINK l _Toc4927 附錄 控制系統(tǒng)C程序代碼 PA

18、GEREF _Toc4927 33 1 緒論 環(huán)保、節(jié)能、平安是當(dāng)今汽車開(kāi)展的三大主題，作為影響人民生命財(cái)富全和國(guó)家經(jīng)濟(jì)命脈的重要要素的汽車平安性是汽車設(shè)計(jì)過(guò)程首要思索的問(wèn)題，汽車輪胎氣壓堅(jiān)持正常值是車輛溫馨性和行駛平安的保證。輪胎氣壓高于正常值時(shí)，與地面接觸面積減少，摩擦系數(shù)降低，便會(huì)導(dǎo)致車輛側(cè)滑、顛簸、爆胎，危及行駛平安；輪胎氣壓低于正常值，輪胎內(nèi)部就會(huì)開(kāi)場(chǎng)分別、脫層、最后導(dǎo)致爆胎1，在低速形狀下行駛就會(huì)因輪胎變形過(guò)大而傷胎。因此，及時(shí)地了解和準(zhǔn)確掌握輪胎的溫度、壓力情況是防止爆胎，提高汽車平安行駛程度的有效途徑2。國(guó)外因立法較早，TPMS(Tire Pressure Monitoring

19、 System)成為標(biāo)配，市場(chǎng)占有率高。中國(guó)國(guó)家規(guī)范管理委員會(huì)2021年發(fā)布的,標(biāo)TPMS成為汽車的規(guī)范配件是必然的趨勢(shì)。 TPMS對(duì)汽車輪胎壓力、溫度的監(jiān)測(cè)技術(shù)主要有直接式和間接式兩種方式。直接式是利用安裝在輪胎里的智能傳感器來(lái)直接丈量輪胎的氣壓、溫度、電池電壓，并經(jīng)過(guò)無(wú)線調(diào)制發(fā)射到安裝在駕駛臺(tái)的監(jiān)視器上，監(jiān)視器隨時(shí)顯示輪胎的氣壓、溫度、電池電壓，當(dāng)輪胎出現(xiàn)異常情況時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警；間接式是借助防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(Antilock Braking System, ABS)的輪速傳感器來(lái)比較車輪轉(zhuǎn)速，從而估算兩個(gè)輪胎胎壓的差別，當(dāng)某個(gè)輪胎胎壓低于預(yù)先設(shè)定的初始值時(shí)，向司機(jī)報(bào)警。目前在 TPMS

20、 輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研討中存在三個(gè)技術(shù)難點(diǎn)：低功耗實(shí)現(xiàn)、無(wú)線信號(hào)傳輸、射頻天線設(shè)計(jì)。 本課題進(jìn)展直接式汽車輪胎壓力與溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研討。針對(duì)該系統(tǒng)目前存在的技術(shù)難點(diǎn)，設(shè)計(jì)本文的系統(tǒng)方案，目的是實(shí)現(xiàn)一種可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)行駛車輛輪胎內(nèi)部氣壓、溫度的預(yù)警系統(tǒng)。1.1 研討背景 汽車在高速行駛過(guò)程中，輪胎缺點(diǎn)是一切駕駛者最為擔(dān)憂和最難預(yù)防的，也是突發(fā)性交通事故發(fā)生的重要緣由。據(jù)統(tǒng)計(jì)3，在高速公路上發(fā)生的交通事故有70%80%是由于爆胎引起的，怎樣防止爆胎已成為平安駕駛的一個(gè)重要課題。 輪胎監(jiān)測(cè)系統(tǒng)TPMS主要用于在車輛行駛時(shí)實(shí)時(shí)地對(duì)輪胎壓力和溫度進(jìn)展自動(dòng)監(jiān)測(cè)，對(duì)輪胎漏氣、低氣壓、高氣壓進(jìn)展預(yù)警，以保證駕乘

21、者行車平安，是駕駛員、乘車人的生命平安保證預(yù)警系統(tǒng)。 中國(guó)正在成為全球最大的新興汽車市場(chǎng)，中國(guó)汽車的需求量和保有量出現(xiàn)了加速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。因此，我國(guó) TPMS 需求與日俱增，TPMS 的研討具有重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。為與世界先進(jìn)國(guó)家堅(jiān)持同步，我國(guó)關(guān)于汽車安裝 TPMS 的法規(guī)也將會(huì)出臺(tái)。目前我們國(guó)內(nèi)已有很多家設(shè)計(jì)公司、消費(fèi)廠家開(kāi)場(chǎng)開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、消費(fèi)TPMS。因此一套平安、可靠、方便、本錢低廉的輪胎監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將有寬廣的運(yùn)用前景4。1.2 輪胎壓力與溫度監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀 目前市場(chǎng)上主流 TPMS 的實(shí)現(xiàn)方式是利用安裝在每一個(gè)輪胎內(nèi)部的輪胎監(jiān)測(cè)模塊來(lái)直接丈量輪胎的壓力、溫度，并經(jīng)過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送到安裝

22、在駕駛室的中央控制模塊。中央控制模塊實(shí)時(shí)顯示每個(gè)輪胎的壓力、溫度，駕駛員可以直觀的了解各個(gè)輪胎的壓力、溫度等情況，當(dāng)輪胎壓力、溫度太低或者太高，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提示駕駛員，防止事故發(fā)生。TPMS 的性能主要取決于輪胎監(jiān)測(cè)模塊的實(shí)現(xiàn)方式。根據(jù)輪胎監(jiān)測(cè)模塊供電方式的不同，TPMS 可以分為有源 TPMS 和無(wú)源TPMS。 (1) 有源 TPMS，指 TPMS 的輪胎監(jiān)測(cè)模塊運(yùn)用公用鋰電池供電。本課題研討的輪胎壓力與溫度監(jiān)控系統(tǒng)即是一種有源輪胎監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 有源 TPSM 的輪胎監(jiān)測(cè)模塊有以下幾個(gè)部分組成：壓力溫度傳感器、微控制器、射頻芯片、低頻喚醒芯片、電池以及天線組成。 壓力溫度傳感器是一個(gè)集成了

23、壓力傳感器、溫度傳感器、數(shù)字信號(hào)處置單元和電源管理的片上系統(tǒng)。為了加強(qiáng)傳感器功能，不少傳感器還添加了加速度傳感器、電壓檢測(cè)、內(nèi)部時(shí)鐘、看門狗及其它功能的數(shù)字信號(hào)處置單元。 (2) 無(wú)源 TPMS，指TPMS的輪胎監(jiān)測(cè)模塊不運(yùn)用電池供電。目前有兩個(gè)開(kāi)展方向，一種是利用 RFID 讀頭端的發(fā)射功率為輪胎監(jiān)測(cè)模塊供電，另一種是利用汽車行駛中的機(jī)械能為輪胎監(jiān)測(cè)模塊供電。 射頻識(shí)別技術(shù)RFID是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，其根本原理是利用了射頻信號(hào)和空間耦合近間隔 的電感耦合和遠(yuǎn)間隔 的電磁耦合傳輸特性，其中電感耦合的根據(jù)是電磁感應(yīng)定律，電磁耦合是以雷達(dá)原理為模型，發(fā)射出去的電磁波碰到目的后反射同時(shí)帶回

24、目的信息，根據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī)律。射頻識(shí)別系統(tǒng)普通由兩個(gè)部分組成，即標(biāo)簽端Tag和讀頭端Reader。在無(wú)源TPMS 中，標(biāo)簽端依靠于輪胎監(jiān)測(cè)模塊，讀頭端依靠于中央控制模塊5。1.3 輪胎壓力與溫度監(jiān)控系統(tǒng)研討意義 TPMS 系統(tǒng)在提高汽車行駛平安性，減少生命財(cái)富損失以及減少能耗等方面都具有非常重要的研討意義，其詳細(xì)優(yōu)點(diǎn)表達(dá)在以下幾個(gè)方面6： (1)事前自動(dòng)型安保 汽車現(xiàn)有平安措施，如 ABS、EDS、EPS、平安氣囊等，均是“事后被動(dòng)型安保，即在事故發(fā)生后才起到維護(hù)人身平安的作用。而 TPMS 屬于“事前自動(dòng)型安保，即在輪胎出現(xiàn)危險(xiǎn)征兆時(shí)及時(shí)報(bào)警，駕駛員可采取措施，將事故消滅在萌芽形狀

25、。 (2)延伸輪胎運(yùn)用壽命 統(tǒng)計(jì)闡明：輪胎氣壓缺乏行駛，車輪氣壓比正常值下降 10%，輪胎壽命減少 15%。TMPS系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)輪胎的動(dòng)態(tài)瞬時(shí)氣壓，當(dāng)輪胎氣壓出現(xiàn)異常時(shí)能及時(shí)自動(dòng)報(bào)警，從而減少車胎的損毀，延伸輪胎運(yùn)用壽命。 (3)減少燃油耗費(fèi)，利于環(huán)保 實(shí)驗(yàn)顯示，輪胎氣壓低于規(guī)范氣壓值 30%，油耗將上升 10%。假設(shè)輪胎氣壓過(guò)高，抓地力就會(huì)下降，輪胎磨損加快。油耗上升不僅添加車輛運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用，而且添加廢氣排放，對(duì)環(huán)境的污染加大。車輛安裝了 TPMS 系統(tǒng)，就能及時(shí)發(fā)現(xiàn)車胎氣壓異常，有效防止上述景象的發(fā)生，不僅降低油耗，而且還可減輕對(duì)環(huán)境的污染。 (4)可防止車輛部件不正常的磨損假設(shè)汽車在輪胎

26、氣壓過(guò)高的形狀下行駛，日積月累對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)底盤及懸掛系統(tǒng)將呵斥很大的損傷；假設(shè)輪胎氣壓不均勻，那么會(huì)呵斥剎車跑偏，從而添加懸掛系統(tǒng)的磨損。安裝了TPMS 系統(tǒng)，便能有效防止上述景象的發(fā)生。1.4 本文研討內(nèi)容和構(gòu)造1.4.1 研討內(nèi)容 該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能：將經(jīng)過(guò)在輪胎內(nèi)部安裝的壓力和溫度傳感器，中央控制單元對(duì)輪胎內(nèi)部的溫度、壓力值進(jìn)展采集、處置后經(jīng)過(guò)無(wú)線通訊的方式將數(shù)據(jù)發(fā)送給駕駛室內(nèi)部的中央監(jiān)視器。中央監(jiān)視器對(duì)輪胎的數(shù)據(jù)進(jìn)展分析，假設(shè)發(fā)現(xiàn)輪胎的形狀異常，那么經(jīng)過(guò)聲光報(bào)警提示駕駛員進(jìn)展處置。針對(duì)上述系統(tǒng)功能，本課題的主要研討內(nèi)容如下：(1)分析直接式 TPMS 的任務(wù)原理，并深化分析了該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

27、、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀以及開(kāi)展趨勢(shì)。 (2) 綜合分析國(guó)內(nèi)汽車各方面綜合要素，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體方案。 (3) 輪胎模塊硬件和軟件的設(shè)計(jì)。 (4) 主機(jī)模塊硬件和軟件的設(shè)計(jì)。1.4.2 論文的構(gòu)造安排 第一章：引見(jiàn)汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的提出背景和研討意義，當(dāng)前的技術(shù)運(yùn)用現(xiàn)狀和未來(lái)的開(kāi)展趨勢(shì)，給出本文的研討內(nèi)容和構(gòu)造安排。 第二章：引見(jiàn)系統(tǒng)主要任務(wù)原理。在對(duì)系統(tǒng)方案的論證根底上，確定系統(tǒng)的軟硬件技術(shù)性能要求和實(shí)施方案，確定系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。 第三章：輪胎模塊硬件和軟件的設(shè)計(jì)。以 Freescale(前Motorola半導(dǎo)體部)的 MPXY8300系列傳感器、微處置器、發(fā)射芯片三件集成一體芯片為中心，構(gòu)建輪胎

28、模塊；與主機(jī)模塊搭建實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)輪胎形狀信息的丈量、無(wú)線傳輸、形狀監(jiān)控和異常報(bào)警。 第四章：主機(jī)模塊硬件和軟件的設(shè)計(jì)。主要引見(jiàn)MPXY8300系列微控制器的根底上，以接納芯片MC33594、微控制器 STC12C5416AD芯片為中心，構(gòu)建主機(jī)模塊；實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的丈量、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換、無(wú)線射頻傳輸控制、系統(tǒng)形狀監(jiān)控和顯示報(bào)警等功能。 第五章：總結(jié)與展望。對(duì)本設(shè)計(jì)的總結(jié)與展望。2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(TPMS)是一種采用無(wú)線傳輸技術(shù)，利用固定于汽車輪胎內(nèi)的微型無(wú)線傳感安裝采集輪胎壓力和溫度的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳送到駕駛室內(nèi)的接納機(jī)中，以數(shù)字化的方式實(shí)時(shí)顯示輪胎壓力和溫度的相關(guān)數(shù)據(jù)，并在

29、輪胎出現(xiàn)危險(xiǎn)征兆時(shí)進(jìn)展報(bào)警的汽車自動(dòng)平安系統(tǒng)。主要功能是在汽車行駛時(shí)實(shí)時(shí)的對(duì)輪胎氣壓和溫度進(jìn)展自動(dòng)監(jiān)測(cè)，對(duì)輪胎快速漏氣、高低氣壓和高溫分級(jí)報(bào)警，從而到達(dá)預(yù)防爆胎、降低油耗的目的，以保證平安和經(jīng)濟(jì)行車。 針對(duì)在汽車惡劣的任務(wù)環(huán)境下，設(shè)計(jì)滿足國(guó)內(nèi)外TPMS 規(guī)范的技術(shù)目的(中國(guó)的規(guī)范高于國(guó)外規(guī)范)7，綜合目前市場(chǎng)存在的經(jīng)典方案，分析了其中的關(guān)鍵技術(shù)，本文設(shè)計(jì)一種具有高度集成性、高可靠性、低功耗性的輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。2.1 TPMS 系統(tǒng)分類及其任務(wù)原理 目前TPMS主要有兩種實(shí)現(xiàn)方式：間接式TPMS系統(tǒng)和直接式TPMS系統(tǒng)。2.1.1 間接式 TPMS 間接式 TPMS 系統(tǒng)是與車輛的防抱死系統(tǒng)(

30、ABS)一同運(yùn)用的。ABS 采用車輪轉(zhuǎn)速傳感器丈量每個(gè)車輪的轉(zhuǎn)速。當(dāng)一個(gè)輪胎的氣壓減小時(shí)，滾動(dòng)半徑就減小，而車輪的旋轉(zhuǎn)速度就相應(yīng)地加快。間接式 TPMS 的檢測(cè)原理如圖 2.1 所示。圖2.1間接式TPMS檢測(cè)原理2.1.2 直接式 TPMS 直接式TPMS系統(tǒng)主要由安裝在輪胎上的輪胎監(jiān)測(cè)模塊和安裝在汽車駕駛臺(tái)上的中央監(jiān)視器兩個(gè)部分組成。輪胎監(jiān)測(cè)模塊由壓力/溫度傳感器、微控制器(MCU)、射頻(RF)發(fā)射器組成，中央監(jiān)視器由 RF 接納器、MCU 以及 LCD、按鍵、報(bào)警模塊等組成。普通情況下，一輛轎車或面包車的 TPMS 系統(tǒng)有4或5個(gè)(包括備用胎)監(jiān)測(cè)模塊，一輛卡車有836個(gè)監(jiān)測(cè)模塊，本系

31、統(tǒng)設(shè)計(jì)主要面向四輪輕型汽車的輪胎形狀監(jiān)測(cè)，其安裝位置表示圖如圖2.2 所示，固定在每個(gè)車輪中的壓力、溫度傳感器直接丈量每個(gè)輪胎的氣壓和溫度，然后經(jīng)過(guò)RF發(fā)射器將傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送到中央監(jiān)視器。中央監(jiān)視器接納到輪胎監(jiān)測(cè)模塊發(fā)射的信號(hào)后進(jìn)展分析，并將各個(gè)輪胎的壓力和溫度數(shù)據(jù)顯示在屏幕上，供駕駛者參考。假設(shè)胎壓或溫度出現(xiàn)異常，中央監(jiān)視器根據(jù)異常情況，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提示駕駛者采取必要的措施。圖2.2直接式TPMS檢測(cè)原理2.1.3 間接式和直接式TPMS的比較與選擇 間接式TPMS的優(yōu)點(diǎn)是只需具備ABS系統(tǒng)，就可以添加TPMS的功能，另外所需的只是軟件，因此本錢比較低。但是間接式 TPMS 有以下幾個(gè)主要

32、缺陷：無(wú)法同時(shí)監(jiān)測(cè)到同軸兩輪胎、同側(cè)兩輪胎以及四個(gè)輪胎全部漏氣的情況；不能對(duì)溫度進(jìn)展丈量；受速度影響較大，普通不能超越100km/h；輪胎重新安裝或者TPMS 復(fù)位后，TPMS傳感器標(biāo)定比較費(fèi)事。 相比于間接式TPMS，直接式TPMS具有很多優(yōu)點(diǎn)，如能在恣意瞬時(shí)監(jiān)測(cè)4個(gè)輪胎內(nèi)的壓力和溫度大小，丈量精度和準(zhǔn)確度均高于間接式TPMS且不受行駛速度的限制等。但是它也存在一些弊端，比如，直接有源式TPMS的監(jiān)測(cè)模塊質(zhì)量較大，安裝在輪胎內(nèi)會(huì)突破原先的動(dòng)平衡，而且本錢比較高；在惡劣潮濕的環(huán)境下，電池會(huì)出現(xiàn)漏電景象，使得系統(tǒng)運(yùn)用年限縮短。而基于SAW的直接無(wú)源式 TPMS主要優(yōu)點(diǎn)是傳感器部分不需求電池供電，

33、而且質(zhì)量較小，目前曾經(jīng)開(kāi)發(fā)出的實(shí)驗(yàn)傳感器只需5g左右，同時(shí)可在高低溫等惡劣環(huán)境下任務(wù)，但是它需求將轉(zhuǎn)發(fā)器(Transponder)整合至輪胎中，這需求各輪胎制造商建立共同的規(guī)范才有能夠?qū)崿F(xiàn)8，因此，無(wú)源式TPMS短期內(nèi)還難以流行。2.2 直接式 TPMS 總體設(shè)計(jì)2.2.1 系統(tǒng)組成 本課題所要實(shí)現(xiàn)的TPMS為直接式電池供電的TPMS。TPMS主要由兩個(gè)模塊(見(jiàn)圖 2.3)組成：安裝在汽車每個(gè)輪胎內(nèi)部的輪胎模塊和安裝在汽車駕駛室中的主機(jī)模塊。輪胎模塊普通由傳感器、微控制器和射頻發(fā)射芯片組成，擔(dān)任壓力和溫度數(shù)據(jù)采樣、處置和射頻發(fā)送。主機(jī)模塊普通由射頻接納芯片、微控制器、數(shù)據(jù)顯示屏和按鍵組成。擔(dān)任

34、壓力和溫度數(shù)據(jù)接納、顯示、報(bào)警和系統(tǒng)設(shè)置。輪胎模塊和主機(jī)模塊之間采用射頻無(wú)線通訊。圖2.3TPMS模塊規(guī)劃表示圖2.2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 由于如今汽車輪胎大多是沒(méi)有內(nèi)胎的子午胎，因此，將TPMS的輪胎監(jiān)測(cè)模塊安裝在輪轂上是非常方便和容易的。但是汽車在高速跑動(dòng)時(shí)輪胎內(nèi)環(huán)境和溫度是非常惡劣的，壓力、溫度、濕度變化特別大，所以該模塊的設(shè)計(jì)要按汽車級(jí)的要求來(lái)選用元器件。而對(duì)于中央監(jiān)視器，由于其安裝在汽車車廂內(nèi)，環(huán)境溫度變化不大，電源可以運(yùn)用汽車的12V24V電源，因此器件的選用只需是工業(yè)級(jí)即可，省電的要求也不高。輪胎監(jiān)測(cè)模塊設(shè)計(jì)的詳細(xì)要求為：低功耗、介質(zhì)兼容性以及無(wú)線信號(hào)傳輸?shù)目煽啃浴?(1)低功耗

35、在TPMS實(shí)踐運(yùn)用過(guò)程中，不能夠頻繁地裝配輪胎來(lái)為監(jiān)測(cè)模塊改換電池，故需求做到輪胎監(jiān)測(cè)模塊與輪胎同壽命。本設(shè)計(jì)采用降低功耗的方法是利用擁有內(nèi)置加速度計(jì)的傳感器來(lái)檢測(cè)輪胎是靜止的還是運(yùn)轉(zhuǎn)的，只需當(dāng)車輛運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，系統(tǒng)才進(jìn)展相應(yīng)的檢測(cè)和傳輸，當(dāng)車輛處于停車形狀時(shí)，TPMS可以休眠或以很低的頻率運(yùn)轉(zhuǎn)以節(jié)省電量。普通的車輛在公路上行駛的平均時(shí)間大約占總運(yùn)用時(shí)間的15%，即車輛處于停車形狀的時(shí)間比真正行駛的時(shí)間要長(zhǎng)得多9，因此這種方法可以大幅度降低TPMS的功耗。 (2)介質(zhì)兼容性 組件除了要盡能夠的低功耗外，傳感器的介質(zhì)兼容性和可靠性對(duì)TPMS而言至關(guān)重要，假設(shè)沒(méi)有這些關(guān)鍵特性，整個(gè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性將

36、成問(wèn)題。所謂傳感器介質(zhì)兼容性，主要指的與不同種類的介質(zhì)，如水楊酸、污水、磷酸鈉等接觸時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的不受干擾性。由于輪胎模塊是置于輪胎內(nèi)部的，所以電子組件面對(duì)的將是輪胎內(nèi)部的惡劣環(huán)境，包括40+125的寬任務(wù)溫度范圍以及潮濕、灰塵和剎車油等其他介質(zhì)的侵襲10。TPMS傳感器特別容易被腐蝕，由于它的壓力進(jìn)氣口必需與空氣接觸才干監(jiān)測(cè)周圍的壓力，而好的介質(zhì)兼容性可以確保傳感器能得到全面維護(hù)。 (3)無(wú)線信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?TPMS需求著力處理的另一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是無(wú)線信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，特別是高速行駛時(shí)的信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。由于高速行駛及任務(wù)環(huán)境比較惡劣，而且汽車內(nèi)電子產(chǎn)品豐富，信號(hào)會(huì)出現(xiàn)漂移及時(shí)有時(shí)無(wú)

37、的情況；另外在運(yùn)用手機(jī)、汽車音響等產(chǎn)品時(shí)，信號(hào)相互會(huì)有干擾，信號(hào)的穩(wěn)定性會(huì)遭到影響，因此，屏蔽和抗干擾等問(wèn)題就顯得尤為重要。RF發(fā)射/接納IC選用時(shí)普通需求較高的接納靈敏度，以提高TPMS的任務(wù)效率并降低整個(gè)系統(tǒng)的消費(fèi)本錢。第一代TPMS的發(fā)射器芯片設(shè)計(jì)運(yùn)用的是ASK調(diào)制技術(shù)，經(jīng)過(guò)SAW共振器產(chǎn)生適宜的發(fā)射頻率，這樣的ASK系統(tǒng)非常廉價(jià)，但是載有發(fā)射器的車輪轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致接納場(chǎng)強(qiáng)發(fā)生變化，為此，目前的TPMS在晶體振蕩器和PLL合成器的根底上運(yùn)用FSK調(diào)制方式來(lái)產(chǎn)生中心頻率和頻率牽引。在許多OEM運(yùn)用中，F(xiàn)SK即使在輪子高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)都能提供可靠的RF通訊。2.2.3系統(tǒng)功能要求 直接式TPMS系統(tǒng)需

38、求實(shí)現(xiàn)的主要功能有： (1) 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)輪胎的壓力、溫度、電壓情況； (2) 可設(shè)定每個(gè)輪胎的壓力報(bào)警上下限； (3) 當(dāng)某個(gè)輪胎的壓力過(guò)高、過(guò)低時(shí)，顯示該輪胎的ID，溫度和壓力，并發(fā)出聲光報(bào)警；當(dāng)某個(gè)輪胎內(nèi)部壓力急速下降，并發(fā)出快速漏氣報(bào)警； (4) 輪胎保養(yǎng)換位后，各輪胎ID可重設(shè)； (5) 可手動(dòng)讀取各輪胎當(dāng)前壓力值。2.3 系統(tǒng)硬件的總體設(shè)計(jì)輪胎壓力與溫度監(jiān)控系統(tǒng)是經(jīng)過(guò)先進(jìn)的傳感技術(shù)，在汽車行駛過(guò)程中，利用傳感器來(lái)直接丈量輪胎的氣壓和溫度，并經(jīng)過(guò)無(wú)線調(diào)制發(fā)射到駕駛室的控制臺(tái)上，駕駛者可以直觀地了解各個(gè)輪胎的氣壓和溫度情況，并對(duì)輪胎漏氣、低氣壓和高溫進(jìn)展自動(dòng)報(bào)警，以保證行車平安。還可以

39、延伸輪胎的運(yùn)用壽命，有效降低油耗，能堅(jiān)持最正確車輛性能。經(jīng)過(guò)對(duì)TPMS方案設(shè)計(jì)分析，確定本文系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案如下文所述。2.3.1 輪胎模塊的總體設(shè)計(jì) 輪胎模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的兩個(gè)主要功能：信號(hào)采集處置和信號(hào)發(fā)射。從壓力傳感器出來(lái)的信號(hào)，由微處置器完成采樣。然后由微處置器進(jìn)展數(shù)據(jù)分析處置，再進(jìn)展軟件編碼，將數(shù)據(jù)流送給射頻發(fā)射電路；信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制、編碼后發(fā)射給接納系統(tǒng)。輪胎模塊設(shè)計(jì)框圖如圖2.4。 圖2.4輪胎模塊設(shè)計(jì)框圖2.3.2 主機(jī)模塊的硬件總體設(shè)計(jì) 主機(jī)模塊包括解調(diào)電路、接納數(shù)據(jù)處置、聲光報(bào)警及人機(jī)接口四部分，如圖2.5所示。解調(diào)電路由輪胎發(fā)射出來(lái)的射頻信號(hào)放大解調(diào)后，將數(shù)字信號(hào)送給微處置器串

40、行接口。微處置器再進(jìn)展譯碼，從數(shù)據(jù)流中提取各輪胎的位置和壓力值；然后作出相應(yīng)的處置，如更新當(dāng)前壓力值，聲光報(bào)警等。人機(jī)接口部分要包括LED指示，按鈕等。LED主要起指示輪胎位置和顯示當(dāng)前平安情況。按鈕那么可以進(jìn)展系統(tǒng)的功能讀取當(dāng)前輪胎壓力大小。 圖2.5主機(jī)模塊設(shè)計(jì)框圖2.4 系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)就是為了在硬件電路根底上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)用智能化，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的質(zhì)量直接關(guān)系到系統(tǒng)技術(shù)性能的好壞。在汽車輪胎爆胎預(yù)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中，必需求思索到系統(tǒng)運(yùn)用的實(shí)踐情況和詳細(xì)技術(shù)性能要求，才干設(shè)計(jì)出符合現(xiàn)場(chǎng)要求的運(yùn)用系統(tǒng)。 汽車輪胎爆胎預(yù)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)根據(jù)硬件模塊劃分，也分為輪胎模塊軟件設(shè)計(jì)和

41、主機(jī)模塊軟件設(shè)計(jì)兩大部分，為了開(kāi)發(fā)的便利，其中雙方涉及到數(shù)據(jù)無(wú)線收發(fā)功能的部分又可以合為無(wú)線收發(fā)模塊。圖2.6是系統(tǒng)軟件的功能框圖。 圖2.6系統(tǒng)軟件的功能框圖 從圖中可以看出，輪胎模塊的軟件需求具有 3 種主要功能：丈量、處置數(shù)據(jù)和發(fā)射。輪胎模塊是由一塊鋰電池供電，鋰電池的電池容量通常為750mAh因此需求綜合思索效率與時(shí)間，以得到高效率的算法，才干保證系統(tǒng)長(zhǎng)期有效地可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。主機(jī)模塊雖然沒(méi)有嚴(yán)厲的耗能規(guī)范，但接納效率和監(jiān)控算法仍很重要，由于好的算法可以使主機(jī)模塊電池運(yùn)用壽命更長(zhǎng)11。 軟件總體分為4個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)方式：調(diào)試方式(工廠診斷用)、初始化方式、睡眠方式休眠和丈量方式。下面對(duì)4個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)方式的

42、功能進(jìn)展引見(jiàn)： (1) 調(diào)試方式主要執(zhí)行產(chǎn)品出廠的一些內(nèi)部測(cè)試和診斷功能。詳細(xì)包括傳感器測(cè)試和射頻測(cè)試兩部分。 (2) 初始化方式接納主機(jī)給定的ID碼和級(jí)別斷定閥值。 (3) 睡眠方式以最低的功耗運(yùn)轉(zhuǎn)，呼應(yīng)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)要求。 (4) 丈量方式丈量方式主要完成以下功能： (1) 定時(shí)丈量輪胎壓力、溫度； (2) 壓力在不同級(jí)別區(qū)域內(nèi)有報(bào)警時(shí)，同一個(gè)級(jí)別只上報(bào)一次； (3) 壓力無(wú)變化，固定間隔時(shí)間段上報(bào)一次壓力、溫度； (4) 保證系統(tǒng)可靠性，系統(tǒng)每隔一定時(shí)間復(fù)位一次； 5不同級(jí)別報(bào)警同時(shí)出現(xiàn)，那么以高溫、高壓、低壓級(jí)別的優(yōu)先級(jí)報(bào)警。3輪胎模塊設(shè)計(jì) 汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件電路按系統(tǒng)功能劃分，可

43、分為輪胎模塊和主機(jī)模塊兩大部分。輪胎模塊整體安裝在輪胎內(nèi)，主要完成輪胎壓力和溫度數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的初步處置以及信息的無(wú)線傳輸功能。主機(jī)模塊安頓于汽車駕駛室內(nèi)，主要完成信息的無(wú)線接納、數(shù)據(jù)處置、聲光報(bào)警控制以及系統(tǒng)特征值設(shè)定等功能。系統(tǒng)硬件功能框圖如圖 3.1 所示。圖3.1系統(tǒng)硬件功能框圖 在系統(tǒng)的任務(wù)運(yùn)轉(zhuǎn)中，輪胎模塊一直處于封鎖環(huán)境中，駕駛室內(nèi)的系統(tǒng)主機(jī)必需依托無(wú)線方式來(lái)完成數(shù)據(jù)信息的傳輸，才干將輪胎的形狀信息實(shí)時(shí)地提供應(yīng)駕駛員。因此，輪胎模塊與主機(jī)模塊之間的無(wú)線通訊是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵，同時(shí)，這也是系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)任務(wù)的重點(diǎn)之一。3.1 輪胎模塊硬件設(shè)計(jì) 在不斷高速旋轉(zhuǎn)的輪胎內(nèi)部這樣的封鎖任務(wù)

44、環(huán)境中，要求輪胎模塊功耗低、體積小、分量輕。因此，在設(shè)計(jì)中盡量減少芯片外圍器件的數(shù)量，設(shè)計(jì)面積較小的輪胎模塊電路。三件合一高度集成芯片MPXY8300為輪胎模塊的中心部件，從功能、性能上都滿足系統(tǒng)要求。根據(jù)輪胎模塊實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能，可細(xì)分為中心微控制器、丈量電路和發(fā)射電路3個(gè)部分。微控制器 MPXY8300為輪胎模塊的控制和數(shù)據(jù)處置中心單元，集成傳感器、微控制器、射頻發(fā)射模塊一同完成輪胎的壓力和溫度丈量，數(shù)據(jù)處置及內(nèi)部自帶的射頻發(fā)射器與其匹配的外圍器件一同構(gòu)成發(fā)射電路。如圖3.2所示 圖 3.2胎壓模塊功能框圖3.1.1 芯片引見(jiàn)MPXY8300 是 Freescale 公司的20引腳集成芯片，

45、它在一個(gè)芯片上集成了可變電容式壓力傳感單元、溫度傳感單元、加速度傳感單元和數(shù)字接口電路具有喚醒特性，可以同時(shí)對(duì)輪胎的壓力和溫度數(shù)據(jù)進(jìn)展丈量和處置，并實(shí)現(xiàn)丈量結(jié)果的數(shù)字化輸出，以無(wú)線射頻的方式發(fā)射出去，該芯片具有 2.1V3.6V 的寬范圍任務(wù)電壓，任務(wù)溫度為40125，功耗低，可以在封鎖的輪胎內(nèi)部可靠任務(wù)12。該器件包含以下四個(gè)小器件，它對(duì)每個(gè)小器件都運(yùn)用了最正確的處置技術(shù)。內(nèi)置8位HCS08 微控制器(MCU)；內(nèi)置RF發(fā)射器器件(RFX)； (3)壓力/溫度傳感器件(P-CHIP)； (4)內(nèi)置Z軸和X軸加速傳感器(g-Cell)。MPXY8300任務(wù)流程如圖3.3所示。MCU運(yùn)用規(guī)范的串

46、行外設(shè)接口(SPI)和RFX進(jìn)展接口銜接，從而在RFX內(nèi)構(gòu)成獨(dú)立的數(shù)據(jù)和地址總線構(gòu)造。P-Chip和 g-Cell均與MCU進(jìn)展接口銜接。 圖3.3 MPXY8300 任務(wù)流程為了實(shí)現(xiàn)低功耗及20引腳的超小外形封裝(SOIC)，MPXY8300還進(jìn)展了優(yōu)化設(shè)計(jì)，特別是其內(nèi)部自帶射頻發(fā)射器，非常合順運(yùn)用于本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。MPXY8300的20管腳SOIC封裝管腳輸出如圖 3.4 所示 圖3.4MPXY8300的20管腳SOIC封裝管腳輸出MPXY8300其主要特性如下13： (1)集成溫度壓力傳感器壓力傳感器，信號(hào)輸出給ADC； (2)集成315/434MHZ鎖相環(huán)射頻發(fā)送器；(3)內(nèi)置Z軸和X軸

47、加速度傳感器，信號(hào)輸出給ADC；(4)8位MCU自帶512B的RAM16KB的FLASH；(5)過(guò)溫維護(hù)；(6)供電電源電量丈量；(7)電池低功耗設(shè)計(jì)；(8)內(nèi)置LFO驅(qū)動(dòng)的低功耗喚醒定時(shí)器和周期復(fù)位。3.1.2 MPXY8300 傳感器任務(wù)方式 溫度經(jīng)過(guò)ADC10通道1中內(nèi)置的VB傳感器進(jìn)展溫度丈量，采用固件子例程可以獲得溫度丈量值，固件子程序?qū)⒄_的位排序，獲得與溫度有關(guān)的電壓，然后將其轉(zhuǎn)換為規(guī)定的轉(zhuǎn)換函數(shù)。這個(gè)丈量的輸出可以用作過(guò)溫封鎖機(jī)制，在溫度非常高的情況下(能夠?qū)﹄姵睾浅膺^(guò)度壓力)防止RF發(fā)射，節(jié)省電能。 電壓丈量可以在內(nèi)部帶隙上進(jìn)展，估算VDD上的電源電壓；內(nèi)部帶隙提供內(nèi)部帶隙電

48、壓參考的目的是丈量電源電壓，ADC轉(zhuǎn)換器采用通道直接進(jìn)展電壓丈量，由于帶隙參考總是在 ADC 轉(zhuǎn)換過(guò)程中加電，采用固件子例程可以獲得基于帶隙參考計(jì)算的VDD電壓丈量值，這個(gè)子程序?qū)⒄_的位排序，獲得與電壓丈量值，然后將其轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換函數(shù)。 加速度丈量包含一個(gè)模擬接口(ACI)與加速度傳感單元銜接?？刂茊卧系目刂莆贿\(yùn)轉(zhuǎn)ACI給g-Cell 供電，獲得電壓，然后由ADC進(jìn)展轉(zhuǎn)換。g-Cell的信號(hào)調(diào)整先是電容到電壓的轉(zhuǎn)換(C-V)，然后是交換式電容放大器。這個(gè)放大器有可調(diào)的偏移和增益修正(由修正存放器設(shè)置)。超精細(xì)壓力傳感器、C-V 轉(zhuǎn)換器、采樣堅(jiān)持器、緩沖和修正存放器都在MCU上，g-Cell是

49、單獨(dú)的硅器件，與 P-Chip，RFX 和 MCU分開(kāi)安裝在同一個(gè)封裝中14。如表 3.1，傳感器的幾種任務(wù)方式是經(jīng)過(guò)引腳 BKGD的輸入電壓來(lái)選擇的。丈量結(jié)果模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換是經(jīng)過(guò)8級(jí)門限電平比較，采用延續(xù)逼近算法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。以電壓方式存儲(chǔ)丈量結(jié)果的采樣電容器，其電壓能堅(jiān)持到足夠完成一次8位的A/D轉(zhuǎn)換。表 3.1 MPXY8300的任務(wù)方式S1S2任務(wù)方式任務(wù)電流串行數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器壓力丈量系統(tǒng)溫度檢測(cè)系統(tǒng)A/D輸出比較LFO晶體00空閑/復(fù)位OFFOFFOFFON任務(wù)01壓力檢測(cè)OFFOFFOFFON復(fù)位10溫度檢測(cè)OFFONOFFON復(fù)位11數(shù)據(jù)輸出OFFOFFONON任務(wù)3.1.3輪胎模塊電

50、路設(shè)計(jì) 發(fā)射電路是實(shí)現(xiàn)輪胎模塊與主機(jī)模塊之間通訊的硬件銜接，主要由超高頻(UHF)發(fā)射器、外圍電路、匹配網(wǎng)絡(luò)和天線構(gòu)成。MPXY8300微控制器內(nèi)部集成射頻發(fā)射模塊MC33493內(nèi)核，與主機(jī)模塊的射頻接納器MC33594相對(duì)應(yīng)的射頻接納芯片進(jìn)展無(wú)線通訊。MC33493內(nèi)部簡(jiǎn)化圖如圖 3.5所示圖3.5MC33493內(nèi)部簡(jiǎn)化圖MC33493是一種 PLL 調(diào)諧的低功耗 UHF 發(fā)射器。經(jīng)過(guò)幾個(gè)數(shù)字輸入針腳，微控制器可以控制不同的運(yùn)轉(zhuǎn)方式，電源電壓在1.9V到3.4V之間，可由一塊鋰電池供電，內(nèi)部振蕩器VCO完選集成了相位頻率監(jiān)測(cè)器和環(huán)形濾波器，外接的晶體振蕩器為發(fā)射器的鎖相環(huán)提供參考頻率，經(jīng)過(guò)V

51、CO后得到數(shù)據(jù)發(fā)射所需的輸出頻率15，準(zhǔn)確的發(fā)射輸出頻率可由式(3-1)得出： 式3-1其中為RF載波頻率，單位為MHz;為外部晶振頻率，單位為MHZ；AFREQ為AFREQ二進(jìn)制加權(quán)值的十進(jìn)制；AFREQ控制位經(jīng)過(guò)RFX復(fù)位清零。MC33493 發(fā)射載波頻率根據(jù)理想載波頻率所需的外部晶振，CF 控制位選擇最正確VCO設(shè)置和為DX上提供應(yīng)MCU的500kHz 參考時(shí)鐘提供正確的分頻。對(duì)任何載波頻率來(lái)說(shuō)，還必需按如下表3.2選擇外部晶體，所以所需外部晶振為 22.0586MHz。CF控制位經(jīng)過(guò)RFX復(fù)位去除。表3-2頻帶選擇及附加分頻器比率CF控制位輸入電平頻段MHz鎖相環(huán)PLL分頻比晶體振蕩器

52、頻率MHz低電平31519.671316.0132高電平43419.671322.0586發(fā)射機(jī)MPXY8300的內(nèi)部集成模塊MC33493提供一個(gè)數(shù)字輸出引腳 (DATACLK)給微控制器，用于給串行輸入數(shù)據(jù)提供參考同步脈沖，CKREF 控制位控制經(jīng)過(guò) Dx 信號(hào)給 MCU 的參考時(shí)鐘的輸出；建議初始化RF傳輸之前去除CKREF位，以降低雜散噪聲；CKREF控制位經(jīng)過(guò) RFX 復(fù)位清零16；如表 3.3 所示，發(fā)射器為輸入數(shù)據(jù)提供的同步時(shí)鐘選擇的兩種方式。表3.3同步時(shí)鐘啟用信號(hào)CKREF控制位輸入電平時(shí)鐘方式0時(shí)鐘信號(hào)禁用1時(shí)鐘銜接到MCU一個(gè)完好的發(fā)射/接納電路不僅僅只是UHF發(fā)射/接納

53、器及其外圍器件的簡(jiǎn)單銜接，還要有適宜數(shù)據(jù)發(fā)射/接納的匹配網(wǎng)絡(luò)(Matching Network)和天線Antenna。圖 3.6 是射頻發(fā)射/接納電路根本構(gòu)造框圖。圖3.6射頻發(fā)射/接納電路根本構(gòu)造框圖在射頻電路設(shè)計(jì)中，為實(shí)現(xiàn)最大功率傳輸，在源和負(fù)載之間以及各模塊之間插入一個(gè)無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，通常這種無(wú)源網(wǎng)絡(luò)被稱為匹配網(wǎng)絡(luò)。實(shí)踐的匹配網(wǎng)絡(luò)不僅僅可以減小功率損耗，它們還具有減小噪聲干擾、提高功率容量和提高頻率呼應(yīng)的線性度等功能。天線是無(wú)線射頻通訊系統(tǒng)中不可或缺的組成部分。無(wú)線通訊是靠空間的電磁波來(lái)傳送信息，而電磁波的產(chǎn)生和接納都必需由天線來(lái)完成。圖3.7 是詳細(xì)的輪胎模塊發(fā)射電路圖，給出了超高頻(UHF

54、)發(fā)射的外圍電路和匹配網(wǎng)絡(luò)的詳細(xì)銜接。 圖3.7輪胎模塊電路圖3.2輪胎模塊軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)分成兩個(gè)部分：發(fā)射模塊軟件設(shè)計(jì)和接納模塊軟件設(shè)計(jì)。除了通訊協(xié)議外，這兩個(gè)部分的軟件設(shè)計(jì)沒(méi)有直接的聯(lián)絡(luò)。軟件設(shè)計(jì)言語(yǔ)采用C言語(yǔ)。本節(jié)主要引見(jiàn)了運(yùn)用言語(yǔ)編程的優(yōu)點(diǎn)，描畫(huà)了系統(tǒng)兩個(gè)模塊之間的通訊協(xié)議，并對(duì)發(fā)射模塊的任務(wù)流程進(jìn)展了詳細(xì)的闡明。發(fā)射模塊的軟件設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)的采集、判別、傳輸?shù)葞状蠊δ堋?.2.1編程工具的選用 C 言語(yǔ)是一種從匯編言語(yǔ)向高級(jí)言語(yǔ)過(guò)渡的言語(yǔ)，因此它既有某些匯編言語(yǔ)的影子，又有高級(jí)言語(yǔ)的特征。C 言語(yǔ)具有豐富的位操作運(yùn)算符，允許直接訪問(wèn)物理地址，能實(shí)現(xiàn)匯編言語(yǔ)的大部分功能。C 言語(yǔ)在大

55、多數(shù)情況下其機(jī)器代碼生效果率和匯編言語(yǔ)相差不大，但可讀性和可移植性卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越匯編言語(yǔ)，而且 C 言語(yǔ)還可以嵌入?yún)R編來(lái)處理高時(shí)效性的代碼編寫(xiě)問(wèn)題。因此本系統(tǒng)編程言語(yǔ)選用 C 言語(yǔ)。3.2.2通訊協(xié)議無(wú)線數(shù)據(jù)通訊雙方之間的通訊協(xié)議是指數(shù)據(jù)幀的構(gòu)成方式,通訊協(xié)議的合理性是影響數(shù)據(jù)傳輸可靠性的重要要素之一。在本系統(tǒng)發(fā)射模塊和接納模塊之間進(jìn)展無(wú)線通訊時(shí),數(shù)據(jù)都是以數(shù)據(jù)幀的格式傳輸。在無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸中,數(shù)據(jù)幀中數(shù)據(jù)字節(jié)的表示方式普通有兩種,一種是二進(jìn)制字節(jié)方式,一種是十六進(jìn)制的ASC = 2 * ROMAN * MERGEFORMAT II方式。二進(jìn)制字節(jié)方式中,字節(jié)代表其本身,而十六進(jìn)制ASC = 2 *

56、 ROMAN * MERGEFORMAT II方式那么是由兩個(gè)字節(jié)表示一個(gè)實(shí)踐數(shù)據(jù)字節(jié),因此其效率只需二進(jìn)制字節(jié)方式的一半,但采用ASC = 2 * ROMAN * MERGEFORMAT II方式可以防止數(shù)據(jù)字節(jié)與標(biāo)志字節(jié)相混淆,因此可靠性比較高。在本系統(tǒng)中,采用的是十六進(jìn)制ASC = 2 * ROMAN * MERGEFORMAT II方式17。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸率為9600kPs,可由軟件選擇設(shè)定;對(duì)于MC33594來(lái)說(shuō),一組報(bào)文包括報(bào)頭、ID、頭字以及數(shù)據(jù)。在運(yùn)用前ID的值存儲(chǔ)在配置存放器CRZ中。ID字像數(shù)據(jù)一樣發(fā)送。報(bào)頭可以按需放在ID前,或者頭字前,或者數(shù)據(jù)前面。報(bào)頭的內(nèi)容要確定,否

57、那么它能夠會(huì)被MC33594當(dāng)成ID或者頭字。在FSK調(diào)制下,報(bào)頭可以是4個(gè)“1或者“0曼徹斯特編碼。頭字是固定的4位曼徹斯特碼0110或者它的補(bǔ)碼。數(shù)據(jù)是以EOM(end-of-message)字結(jié)尾,它由2個(gè)不歸零碼組成。假設(shè)在解碼中,MC33594收到的是頭字的補(bǔ)碼,那么它解碼后輸出的數(shù)據(jù)也是以原數(shù)據(jù)的補(bǔ)碼方式出現(xiàn)的。如圖3.8所示數(shù)據(jù)幀完好信息例如。圖3.8 數(shù)據(jù)幀完好信息例如下面將描畫(huà)系統(tǒng)的通訊協(xié)議。為了方便起見(jiàn),MC33594的報(bào)頭,ID以及頭字一致用報(bào)頭表示,這樣報(bào)頭將是4個(gè)字節(jié)16位。數(shù)據(jù)是按幀發(fā)送的,每幀數(shù)據(jù)組成如表3.4所示表3.4 幀數(shù)據(jù)報(bào)頭設(shè)備ID壓力溫度形狀校驗(yàn)和終了

58、字16位32位8位8位8位8位2位 報(bào)頭設(shè)置成0 xFB86。由上面所述可知,MC33594的報(bào)頭占4位,可以設(shè)置“1111;ID采用其默許值“10111000,該值存在CR2中,可以根據(jù)需求進(jìn)展改動(dòng);頭字是固定的4位“0110。頭字是整幀數(shù)據(jù)報(bào)頭的最后部分,它不會(huì)被解碼。也就是說(shuō)MC33594輸出的數(shù)據(jù)從設(shè)備ID開(kāi)場(chǎng)。設(shè)備ID是32位長(zhǎng)。這個(gè)ID用于標(biāo)定產(chǎn)品信息。前16位保管用于以后擴(kuò)展,如今先設(shè)置為0 xFF;后16位分別標(biāo)定產(chǎn)品信息和輪胎編號(hào)。輪胎編號(hào)占兩位。數(shù)據(jù)幀被接納后,MCU將檢查這些ID,假設(shè)m與設(shè)定不符,數(shù)據(jù)會(huì)被丟棄。ID符合后,數(shù)據(jù)被保管用于以后處置(顯示或者輸出)。壓力代表

59、了由傳感器丈量的壓力數(shù)值,它是個(gè)8位的值。溫度代表了傳感器丈量的溫度數(shù)值,它也是個(gè)8位數(shù)值。8位數(shù)字形狀代表了發(fā)射模塊所處于的形狀,這包括模塊的供電情況、傳輸方式等18。校驗(yàn)和是8位數(shù)據(jù),它的存在可以減少發(fā)射模塊或者是接納模塊以及傳輸噪聲所引起的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的幾率。它的值取決于前面的設(shè)備ID、壓力、溫度以及形狀位,它等于它們和的相反數(shù)。這樣,當(dāng)MCU接納到數(shù)據(jù)并檢驗(yàn)時(shí),假設(shè)從設(shè)備ID開(kāi)場(chǎng)到校驗(yàn)和一切的數(shù)據(jù)相加結(jié)果為零,那么闡明數(shù)據(jù)傳輸正常。2位停頓位是NRZ編碼,它的內(nèi)容沒(méi)有實(shí)踐意義,也不會(huì)經(jīng)過(guò)SPI總線傳出,它只是代表整幀數(shù)據(jù)的結(jié)尾。MC33594接納到這2位后自動(dòng)停頓接納數(shù)據(jù)。3.2.3胎壓模

60、塊軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)是胎壓檢測(cè)系統(tǒng)研討任務(wù)的重要組成部分。本系統(tǒng)輪胎溫度和壓力數(shù)據(jù)的讀取與輸出,數(shù)據(jù)的串行通訊和數(shù)據(jù)的分析、顯示、報(bào)警等都必需經(jīng)過(guò)軟件功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此,開(kāi)發(fā)性能優(yōu)良、任務(wù)穩(wěn)定的運(yùn)用軟件是使整個(gè)系統(tǒng)可以正常和可靠運(yùn)轉(zhuǎn)的前提根底。系統(tǒng)中的四個(gè)發(fā)射模塊最終是安裝在車胎上的,而最影響發(fā)射模塊任務(wù)的是電源供電問(wèn)題。因此為了減少功耗,系統(tǒng)采用定時(shí)中斷的方式對(duì)壓力、溫度數(shù)據(jù)進(jìn)展采集,即只需在定時(shí)中斷到來(lái)時(shí)才采集數(shù)據(jù),在其他時(shí)間系統(tǒng)都處于空閑形狀。根據(jù)發(fā)射模塊的功能,可將發(fā)射模塊軟件設(shè)計(jì)分為數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處置傳輸設(shè)計(jì)兩個(gè)階段。為防止多個(gè)發(fā)射模塊同時(shí)向接納模塊發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)呵斥數(shù)據(jù)沖突而喪失數(shù)據(jù),