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無線接口電路設(shè)計及其在TPMS中的應用

發(fā)布時間:2008/5/26 0:00:00 訪問次數(shù):2804

        

    

    

    

    

    引 言

    

    新世紀伊始,由于凡世通輪胎(fire-tone)的質(zhì)量問題,大量的爆胎和翻車事故造成了超過100人的死亡和400人的受傷,引起了汽車行業(yè)和美國政府的關(guān)注。大量數(shù)據(jù)表明,對輪胎正確充氣會大大降低爆胎的可能性。為了解決這個問題,輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)(tpms)的研究開始受到重視。汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)(tpms)主要用于汽車行駛時對輪胎氣壓進行實時自動監(jiān)測,對輪胎漏氣和低氣壓進行報警,以保障行車安全。目前最流行的psbtpms系統(tǒng)(又稱直接系統(tǒng)),是利用安裝在每一個輪胎里的壓力傳感器來直接測量輪胎氣壓的,并對各輪胎氣壓進行顯示及監(jiān)視。當輪胎氣壓太低或有滲漏時,系統(tǒng)會自動報警。就tpms系統(tǒng)構(gòu)造而言,其采集的溫度壓力數(shù)據(jù)需要通過一種無線方式進行發(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。要解決這兩個問題,可以利用motorola公司研制的發(fā)射芯片mc33493和接收芯片mc33594。該兩款芯片都達到了汽車級溫度(發(fā)射芯片為125℃,接收芯片為105℃)完全可以解決耐高溫的問題,且工作性能極好。它們與單片機一起構(gòu)成的接口電路成為tpms系統(tǒng)中無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾M成部分。

    

    1 tpms系統(tǒng)總體設(shè)計

    1.1系統(tǒng)工作原理

    tpms系統(tǒng)主要由安裝在汽車輪胎內(nèi)的壓力、溫度傳感器,信號處理單元、rf發(fā)射器組成的tpms發(fā)射模塊,安裝在汽車駕駛臺上的包括數(shù)字信號處理單元的rf接收器以及l(fā)cd組成。

    一般情況下,一輛轎車需要4個tpms發(fā)射模塊和1個tpms接收器;而一輛卡車需要6~12個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)安裝時需要在汽車底盤安裝接收天線。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。

    

    

    圖1中,溫度壓力傳感器將采集到的溫度壓力數(shù)據(jù)通過i2c總線或rs232接口送到單片機,單片機發(fā)送一使能信號enable給發(fā)射器。當為高電平時,發(fā)射機開始工作,產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)時鐘信號給單片機,用于信號的同步。此時,單片機發(fā)送數(shù)據(jù)給發(fā)射機,發(fā)射機將得到的數(shù)據(jù)通過天線發(fā)射出去。接收機通過天線接收到信號后,首先置reset引腳(用于設(shè)置主從模式)為一低電平,此時微控制器為主機,通過mosi線來設(shè)置作為從機的接收器內(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,而接收器就變?yōu)橹鳈C。它產(chǎn)生時鐘信號,通過mosi線將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機。此時單片機(帶有spi接口)通過spi接口與pc機實現(xiàn)簡單的連接,以達到在pc機上顯示報警的作用。

    1.2系統(tǒng)設(shè)計的幾點考慮

    ①由于tpms發(fā)射模塊工作在劇烈振動、環(huán)境溫差變化大和不便于即時檢修的條件下,因此要求所有的器件要有很好的可靠性和穩(wěn)定性,能適應工作在-40~+125℃溫度范圍。為了縮小tpms發(fā)射模塊的體積、節(jié)省功耗和增強功能,需要盡可能地選用具有多種功能的小型射頻收發(fā)芯片。

    ②隨著能源問題越來越被重視,系統(tǒng)節(jié)能成為本設(shè)計考慮的一個重點問題。為了提高tpms發(fā)射模塊在一節(jié)鋰電池下的工作時間,應該在大多數(shù)時間內(nèi)讓系統(tǒng)進入睡眠狀態(tài)。喚醒tpms系統(tǒng)中的發(fā)射部分,可采用這樣一種方法:在傳感器模塊中增加加速度傳感器,利用其對運動的敏感性,實現(xiàn)汽車啟動時自動開機進入系統(tǒng)自檢;汽車高速行駛時按運動速度自動智能確定檢測時間周期,利用軟件設(shè)定安全期、敏感期和危險期,以逐漸縮短巡回檢測周期和提高預警能力。喚醒tpms系統(tǒng)的接收部分,可以利用接收機的一個引腳strobe。在一個周期內(nèi),當檢測到有效的id時,strobe置高電平,此時接收芯片就由休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)為運行狀態(tài)。

    

    2 系統(tǒng)硬件組成及電路設(shè)計

    2. 1 tpms系統(tǒng)主要硬件組成

    tpms系統(tǒng)主要由tpms傳感器、微控制器和無線射頻收發(fā)模塊幾個部分組成。

    (1) tpms傳感器

    tpms傳感器是一個集成了半導體壓力傳感器、溫度傳感器、數(shù)字信號處理單元和電源管理器的soc模塊。為了強化胎壓檢測功能,有不少tpms傳感器模塊內(nèi)還增加了加速度傳感器、電壓檢測、內(nèi)部時鐘、看門狗和帶12位adc、4kb flash、2kb rom、128 b ram、128 beeprom及其他功能的asic數(shù)字信號處理

        

    

    

    

    

    引 言

    

    新世紀伊始,由于凡世通輪胎(fire-tone)的質(zhì)量問題,大量的爆胎和翻車事故造成了超過100人的死亡和400人的受傷,引起了汽車行業(yè)和美國政府的關(guān)注。大量數(shù)據(jù)表明,對輪胎正確充氣會大大降低爆胎的可能性。為了解決這個問題,輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)(tpms)的研究開始受到重視。汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)(tpms)主要用于汽車行駛時對輪胎氣壓進行實時自動監(jiān)測,對輪胎漏氣和低氣壓進行報警,以保障行車安全。目前最流行的psbtpms系統(tǒng)(又稱直接系統(tǒng)),是利用安裝在每一個輪胎里的壓力傳感器來直接測量輪胎氣壓的,并對各輪胎氣壓進行顯示及監(jiān)視。當輪胎氣壓太低或有滲漏時,系統(tǒng)會自動報警。就tpms系統(tǒng)構(gòu)造而言,其采集的溫度壓力數(shù)據(jù)需要通過一種無線方式進行發(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。要解決這兩個問題,可以利用motorola公司研制的發(fā)射芯片mc33493和接收芯片mc33594。該兩款芯片都達到了汽車級溫度(發(fā)射芯片為125℃,接收芯片為105℃)完全可以解決耐高溫的問題,且工作性能極好。它們與單片機一起構(gòu)成的接口電路成為tpms系統(tǒng)中無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾M成部分。

    

    1 tpms系統(tǒng)總體設(shè)計

    1.1系統(tǒng)工作原理

    tpms系統(tǒng)主要由安裝在汽車輪胎內(nèi)的壓力、溫度傳感器,信號處理單元、rf發(fā)射器組成的tpms發(fā)射模塊,安裝在汽車駕駛臺上的包括數(shù)字信號處理單元的rf接收器以及l(fā)cd組成。

    一般情況下,一輛轎車需要4個tpms發(fā)射模塊和1個tpms接收器;而一輛卡車需要6~12個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)安裝時需要在汽車底盤安裝接收天線。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。

    

    

    圖1中,溫度壓力傳感器將采集到的溫度壓力數(shù)據(jù)通過i2c總線或rs232接口送到單片機,單片機發(fā)送一使能信號enable給發(fā)射器。當為高電平時,發(fā)射機開始工作,產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)時鐘信號給單片機,用于信號的同步。此時,單片機發(fā)送數(shù)據(jù)給發(fā)射機,發(fā)射機將得到的數(shù)據(jù)通過天線發(fā)射出去。接收機通過天線接收到信號后,首先置reset引腳(用于設(shè)置主從模式)為一低電平,此時微控制器為主機,通過mosi線來設(shè)置作為從機的接收器內(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,而接收器就變?yōu)橹鳈C。它產(chǎn)生時鐘信號,通過mosi線將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機。此時單片機(帶有spi接口)通過spi接口與pc機實現(xiàn)簡單的連接,以達到在pc機上顯示報警的作用。

    1.2系統(tǒng)設(shè)計的幾點考慮

    ①由于tpms發(fā)射模塊工作在劇烈振動、環(huán)境溫差變化大和不便于即時檢修的條件下,因此要求所有的器件要有很好的可靠性和穩(wěn)定性,能適應工作在-40~+125℃溫度范圍。為了縮小tpms發(fā)射模塊的體積、節(jié)省功耗和增強功能,需要盡可能地選用具有多種功能的小型射頻收發(fā)芯片。

    ②隨著能源問題越來越被重視,系統(tǒng)節(jié)能成為本設(shè)計考慮的一個重點問題。為了提高tpms發(fā)射模塊在一節(jié)鋰電池下的工作時間,應該在大多數(shù)時間內(nèi)讓系統(tǒng)進入睡眠狀態(tài)。喚醒tpms系統(tǒng)中的發(fā)射部分,可采用這樣一種方法:在傳感器模塊中增加加速度傳感器,利用其對運動的敏感性,實現(xiàn)汽車啟動時自動開機進入系統(tǒng)自檢;汽車高速行駛時按運動速度自動智能確定檢測時間周期,利用軟件設(shè)定安全期、敏感期和危險期,以逐漸縮短巡回檢測周期和提高預警能力。喚醒tpms系統(tǒng)的接收部分,可以利用接收機的一個引腳strobe。在一個周期內(nèi),當檢測到有效的id時,strobe置高電平,此時接收芯片就由休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)為運行狀態(tài)。

    

    2 系統(tǒng)硬件組成及電路設(shè)計

    2. 1 tpms系統(tǒng)主要硬件組成

    tpms系統(tǒng)主要由tpms傳感器、微控制器和無線射頻收發(fā)模塊幾個部分組成。

    (1) tpms傳感器

    tpms傳感器是一個集成了半導體壓力傳感器、溫度傳感器、數(shù)字信號處理單元和電源管理器的soc模塊。為了強化胎壓檢測功能,有不少tpms傳感器模塊內(nèi)還增加了加速度傳感器、電壓檢測、內(nèi)部時鐘、看門狗和帶12位adc、4kb flash、2kb rom、128 b ram、128 beeprom及其他功能的asic數(shù)字信號處理

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