汽車輪胎壓力監測系統(TPMS)主要用于汽車行駛時對輪胎氣壓進行實時自動監測,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,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視。當輪胎氣壓太低或有滲漏時,系統會自動報警。就TPMS系統構造而言,其采集的溫度壓力數據需要通過一種無線方式進行發送和接收,而且該收發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公司研制的發射芯片MC33493和接收芯片MC33594。該兩款芯片都達到了汽車級溫度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成的接口電路成為TPMS系統中無線數據傳輸的重要組成部分。
TPMS系統主要由安裝在汽車輪胎內的壓力、溫度傳感器,信號處理單元、RF發射器組成的TPMS發射模塊,安裝在汽車駕駛臺上的包括數字信號處理單元的RF接收器以及LCD組成。一般情況下,一輛轎車需要4個TPMS發射模塊和1個TPMS接收器;而一輛卡車需要6~12個TPMS發射模塊。為了提高系統的接收能力和抗干擾能力,系統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發射模塊、MC33594接收模塊等主要芯片組成的TPMS系統方案結構框圖如圖1所示。
溫度壓力傳感器將采集到的溫度壓力數據通過I2C總線或RS232接口送到單片機,單片機發送一使能信號ENABLE給發射器。當為高電平時,發射機開始工作,產生一個數據時鐘信號給單片機,用于信號的同步。此時,單片機發送數據給發射機,發射機將得到的數據通過天線發射出去。接收機通過天線接收到信號后,首先置RESET引腳為一低電平,此時微控制器為主機,通過MOSI線來設置作為從機的接收器內的寄存器,設置好以后置RESET腳為高電平。此后微控制器為從機,而接收器就變為主機。它產生時鐘信號,通過MOSI線將接收到的數據發送給單片機。此時單片機通過SPI接口與PC機實現簡單的連接,以達到在PC機上顯示報警的作用。
無線射頻接收芯片MC33594
摩托羅拉的MC33594器件是高溫集成UHF超外差無線電接收模塊。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;接收靈敏度高達-103dBm。芯片最大的特點是帶有一串行外設接口SPI(Serial Peripheral Intelface)。通過SPI,它允許CPU與各種外圍接口器件以串行方式進行通信,交換信息。SPI接口使用四條線:串行時鐘線(SCK),主機輸入/從機輸出數據線MISO,主機輸出/從機輸入數據線MOSI和低電平有效的從機選擇線RESET。
TPMS系統設計中較關鍵的一點是數據的傳輸部分。整個數據傳輸部分由兩部分組成:一是駕駛室中的無線接收部分,另外一部分是輪胎中的無線發射部分。這兩部分數據傳輸的準確性、穩定性,將是系統優良性能的重要體現。
無線發射電路由發射芯片MC33493、AT89C2051單片機和電平轉換電路構成,如圖2所示。發射模塊中,引腳3(BAND引腳)接3V高電平,表示系統發射頻率為434MHz,用于選擇工作頻率;引腳 14(MODE引腳)接高電平,表示系統選擇FSK調制模式。FSK調制方式定義為一個信號的兩個不同的頻移值分別表示數字高、低兩種電平。在這個系統中,低頻移表示數字高電平,高頻移表示數字低電平。發射芯片的FSK調制方式由與晶振串聯的下拉負載電容C1來實現。與CFSK引腳相連的有一內部開關,用以選通下拉電容C1。當DATA=O時(MODE引腳置高電平),開關關閉,此時輸出高頻移;當DATA=1時,開關接通,此時輸出低頻移,這就實現了 FSK調制方式,也就是說,如果載波頻率是433.92MHz而且總的頻偏是士△f(MHz),則數字高電平表示為433.92MHz-△f,數字低電平表示為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,要實現連接就必須進行電平轉換。系統供電為5V,通過電平轉換電路為發射芯片供電。其發射芯片MC33493通過電平轉換芯片與單片機相連,實現數據的雙向傳送。它與89C2051單片機及接收機一起構成無線數據發射系統。
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