汽車(chē)輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(TPMS)主要用于汽車(chē)行駛時(shí)對(duì)輪胎氣壓進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè),對(duì)輪胎漏氣和低氣壓進(jìn)行報(bào)警,以保障行車(chē)安全。目前最流行的 PSBTPMS系統(tǒng),是利用安裝在每一個(gè)輪胎里的壓力傳感器來(lái)直接測(cè)量輪胎氣壓的,并對(duì)各輪胎氣壓進(jìn)行顯示及監(jiān)視。當(dāng)輪胎氣壓太低或有滲漏時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警。就TPMS系統(tǒng)構(gòu)造而言,其采集的溫度壓力數(shù)據(jù)需要通過(guò)一種無(wú)線(xiàn)方式進(jìn)行發(fā)送和接收,而且該收發(fā)電路要安裝在輪胎里。這就必須要求其組成電路的芯片能夠耐高溫。要解決這兩個(gè)問(wèn)題,可以利用Motorola公司研制的發(fā)射芯片MC33493和接收芯片MC33594。該兩款芯片都達(dá)到了汽車(chē)級(jí)溫度完全可以解決耐高溫的問(wèn)題,且工作性能極好。它們與單片機(jī)一起構(gòu)成的接口電路成為T(mén)PMS系統(tǒng)中無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾M成部分。
TPMS系統(tǒng)主要由安裝在汽車(chē)輪胎內(nèi)的壓力、溫度傳感器,信號(hào)處理單元、RF發(fā)射器組成的TPMS發(fā)射模塊,安裝在汽車(chē)駕駛臺(tái)上的包括數(shù)字信號(hào)處理單元的RF接收器以及LCD組成。一般情況下,一輛轎車(chē)需要4個(gè)TPMS發(fā)射模塊和1個(gè)TPMS接收器;而一輛卡車(chē)需要6~12個(gè)TPMS發(fā)射模塊。為了提高系統(tǒng)的接收能力和抗干擾能力,系統(tǒng)安裝時(shí)需要在汽車(chē)底盤(pán)安裝接收天線(xiàn)。由SP12傳感器、微控制器、MC33493發(fā)射模塊、MC33594接收模塊等主要芯片組成的TPMS系統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
溫度壓力傳感器將采集到的溫度壓力數(shù)據(jù)通過(guò)I2C總線(xiàn)或RS232接口送到單片機(jī),單片機(jī)發(fā)送一使能信號(hào)ENABLE給發(fā)射器。當(dāng)為高電平時(shí),發(fā)射機(jī)開(kāi)始工作,產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)鐘信號(hào)給單片機(jī),用于信號(hào)的同步。此時(shí),單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)給發(fā)射機(jī),發(fā)射機(jī)將得到的數(shù)據(jù)通過(guò)天線(xiàn)發(fā)射出去。接收機(jī)通過(guò)天線(xiàn)接收到信號(hào)后,首先置RESET引腳為一低電平,此時(shí)微控制器為主機(jī),通過(guò)MOSI線(xiàn)來(lái)設(shè)置作為從機(jī)的接收器內(nèi)的寄存器,設(shè)置好以后置RESET腳為高電平。此后微控制器為從機(jī),而接收器就變?yōu)橹鳈C(jī)。它產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào),通過(guò)MOSI線(xiàn)將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)。此時(shí)單片機(jī)通過(guò)SPI接口與PC機(jī)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的連接,以達(dá)到在PC機(jī)上顯示報(bào)警的作用。
無(wú)線(xiàn)射頻接收芯片MC33594
摩托羅拉的MC33594器件是高溫集成UHF超外差無(wú)線(xiàn)電接收模塊。該芯片采用LQFP-24封裝,工作頻率在300~450MHz頻段,電壓在4.5~5.5V范圍內(nèi);接收靈敏度高達(dá)-103dBm。芯片最大的特點(diǎn)是帶有一串行外設(shè)接口SPI(Serial Peripheral Intelface)。通過(guò)SPI,它允許CPU與各種外圍接口器件以串行方式進(jìn)行通信,交換信息。SPI接口使用四條線(xiàn):串行時(shí)鐘線(xiàn)(SCK),主機(jī)輸入/從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線(xiàn)MISO,主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線(xiàn)MOSI和低電平有效的從機(jī)選擇線(xiàn)RESET。
TPMS系統(tǒng)設(shè)計(jì)中較關(guān)鍵的一點(diǎn)是數(shù)據(jù)的傳輸部分。整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸部分由兩部分組成:一是駕駛室中的無(wú)線(xiàn)接收部分,另外一部分是輪胎中的無(wú)線(xiàn)發(fā)射部分。這兩部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性、穩(wěn)定性,將是系統(tǒng)優(yōu)良性能的重要體現(xiàn)。
無(wú)線(xiàn)發(fā)射電路由發(fā)射芯片MC33493、AT89C2051單片機(jī)和電平轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成,如圖2所示。發(fā)射模塊中,引腳3(BAND引腳)接3V高電平,表示系統(tǒng)發(fā)射頻率為434MHz,用于選擇工作頻率;引腳 14(MODE引腳)接高電平,表示系統(tǒng)選擇FSK調(diào)制模式。FSK調(diào)制方式定義為一個(gè)信號(hào)的兩個(gè)不同的頻移值分別表示數(shù)字高、低兩種電平。在這個(gè)系統(tǒng)中,低頻移表示數(shù)字高電平,高頻移表示數(shù)字低電平。發(fā)射芯片的FSK調(diào)制方式由與晶振串聯(lián)的下拉負(fù)載電容C1來(lái)實(shí)現(xiàn)。與CFSK引腳相連的有一內(nèi)部開(kāi)關(guān),用以選通下拉電容C1。當(dāng)DATA=O時(shí)(MODE引腳置高電平),開(kāi)關(guān)關(guān)閉,此時(shí)輸出高頻移;當(dāng)DATA=1時(shí),開(kāi)關(guān)接通,此時(shí)輸出低頻移,這就實(shí)現(xiàn)了 FSK調(diào)制方式,也就是說(shuō),如果載波頻率是433.92MHz而且總的頻偏是士△f(MHz),則數(shù)字高電平表示為433.92MHz-△f,數(shù)字低電平表示為433.92 MHz+△f。
由于MC33493工作電平最大為3V,而微控制器89C2051工作電平最大為5V,要實(shí)現(xiàn)連接就必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)供電為5V,通過(guò)電平轉(zhuǎn)換電路為發(fā)射芯片供電。其發(fā)射芯片MC33493通過(guò)電平轉(zhuǎn)換芯片與單片機(jī)相連,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳送。它與89C2051單片機(jī)及接收機(jī)一起構(gòu)成無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)射系統(tǒng)。
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