汽车胎压监测系统的设计方案

汽车胎压监测系统的设计方案内容摘要：

件、硬件与 MCS51完全兼容。 其片内程序的电可擦写特性，使得开发与试验比较容易。 (3)无线射频发射芯片 MC33493 河北工业大学 2020 届毕业论文 10 摩托罗拉的 MC33493 器件是高温集成 UHF 无线电发送模块。 可进行OOK(OnOff Keying)或者 FSK(Frequency Shift Keying)两种调制方式。 该芯片采用 TSSOP14 封装，工作在 300～ 450 MHz 频段；具有 FSK 和 OOK调制和解调能力，抗干扰能力强，适合工业控制应用；采用 PLL 频率合成技术，频率稳定性好；具有较小的发射功率，最大发射功率达 ；数据速率可达 ／ s； ～ 低工作电压；功耗低，发射时电流 ，发射待机状态仅为 (工作温度在 125℃ )。 图 MC33493 引脚 (4)无线射频接收芯片 MC33594 摩托罗拉的 MC33594 器件是高温集成 UHF 超外差无线电接收模块。 该芯片采用 LQFP24 封装 ，工作频率在 300～ 450MHz 频段，电压在 ～ 范围内；接收灵敏度高达 103dBm。 芯片最大的特点是带有一串行外设接口SPI(Serial Peripheral Intelface)。 通过 SPI，它允许 CPU 与各种外围接口器件以串行方式进行 通信 ，交换信息。 SPI 接口使用四条线：串行时钟线 (SCK)，主机输入／从机输出数据线 MISO，主机输出／从机输入数据线 MOSI 和低电平有效的从机选择线 RESET。 河北工业大学 2020 届毕业论文 11 图 MC33594 引脚 图 无线发射接口电路 TPMS 系统中的无线接口电路硬件设计 TPMS 系统设计中较关键的一点是数据的传输部分。 整个数据传输部分由两部分组成：一是驾驶室中的无线接收部分，另外一部分是轮胎中的无线发射部分。 这两部分数据传输的准确性、稳定性，将是系统优 良性能的重要体现。 (1)无线发射接口电路设计 河北工业大学 2020 届毕业论文 12 无线发射电路由发射芯片 MC3349 AT89C2051 单片机和电平转换电路构成。 发射模块中，引脚 3(BAND 引脚 )接 3V 高电平，表示系统发射频率为434MHz，用于选择工作频率；引脚 14(MODE 引脚 )接高电平，表示系统选择FSK 调制模式。 FSK 调制方式定义为一个信号的两个不同的频移值分别表示数字高、低两种电平。 在这个系统中，低频移表示数字高电平，高频移表示数字低电平。 发射芯片的 FSK 调制方式由与晶振串联的下拉负载电容 C1 来实现。 与CFSK 引脚相连的有一内部 开关 ，用以选通下拉电容 C1。 当 DATA=O 时 (MODE引脚置高电平 )，开关关闭，此时输出高频移；当 DATA=1 时，开关接通，此时输出低频移，这就实现了 FSK 调制方式，也就是说，如果载波频率是 而且总的频偏是士 △ f(MHz)，则数字高电平表示为 △ f，数字低电平表示为 MHz+△ f。 由于 MC33493 工作电平最大为3V，而微 控制器 89C2051 工作电平最大为 5V，要实现连接就必须进行电平转换。 系统供电为 5V，通过电平转换电路为发射芯片供电。 其发射芯片 MC33493通过电平转换芯片与单片机相连，实现数据的双向传送。 它与 89C2051 单片机及接收机一起构成无线数据发射系统。 (2)无线接收接口电路设计 无线接收接口电路主要由接收芯片 MC33594与 AT89C2051单片机构成。 接收芯片 MC33594 通过 SPI 接接口与单片机 AT89C2051 的 I／ O 口相连。 该电路中，利用 AT89C2051 单片机的 I／ O 口模拟 SPI 接口，通过用软件控制的方式来进行数据的传送；利用并口 来模拟 SPI 的 SCK 输出端， 模拟 MCU 的数据输出端 (MOSI)， 模拟 SPI 的数据输入端 (MISO)， 模拟 SPI 的从机选择端 RESET。 在接收之前，首先置 RESET 引脚为低电平，使接收机变为从机，而单片机变为主机。 单片机通过 MOSI 信号线将单片机内的程序写入接收机的配置寄存器里对接收机进行配置，配置好后再置： RESET引脚为高电平。 此时单片机变为从机，而接收机变为主机，它产生时钟信号，同时数据由 RFIN 端接入，经低噪声放大器放大后送入混频器，使 其变换成中频。 在中频级，经变换的信号在送入解调器之前被放大和滤波。 河北工业大学 2020 届毕业论文 13 图 无线接收接口电路 为了与 MC33594 接收机所设定的 SPI 工作状态在逻辑时序上协调一致，要使串行时钟输出 的初始状态为 1，在选通 MC33594 后，置 为 O。 此时 AT89C2051 单片机输出 1 位 SCK 时钟，同时，使 MC33594 串行左移，从而输出 1 位数据至 AT89C2051 单片机的 (模拟 MCU 的 MISO 线 )，再置 为 1，使 AT89C2051 单片机从 输出 1 位数据 (先为高位 )至AT89C2051 单片 机。 至此模拟 1 位数据输入输出完成。 以后再置 为 0，模拟下一位的输入输出。 依此循环 8 次，可完成 1 次通过 SPI 传输 8 位数据的操作。 其程序包括 MCU 串行输入、串行输出和串行输入／输出 3 个子程序。 MCU 串行输入是从接收机的 MISO 线上接收 8 位数据并放入寄存器 R0 中；串行输出是将 AT89C2051 单片机中 R0 寄存器的内容传送到接收机的 MOSI 线上；串行输入／输出将 AT89C2051 单片机 R0 寄存器的内容传送到 MC33594的 MOSI 线上，同时从 MC33594 的 MISO 线上接收 8 位数据。 由 MOSI 引脚将接收到的数 据送入到单片机，这样数据就可以在 PC 机上进行显示了。 通信协议 河北工业大学 2020 届毕业论文 14 为了实现 4 个轮胎模块与中央接收模块进行 无线通信 的目的，发射机和接收机都需要按要求支持一个简单的通信协议。 数据以 9600bps 的速率传送，采用 FSK 调制时，其发射方必须采用曼彻斯特编码方式，只有这样的码型接收机才能够接收。 曼彻斯特编码就是一个数字信号值在每一个比特位周期内作高、低电平之间切换。 前半周期低电平后半周期高电平表示数字 O，而先高后低表示数字 1。 轮胎模块以数据包 (帧 )的形式发送数据，当轮胎模块中的 MCU 决定要发送数据 (由传感器采集到的温度、压力数据 )时，通过发送数据帧的前导位唤醒接收模块，随后发送数据帧，其数据帧格式如下： 前导位 设备 ID 压力值 温度值 状态值 校验和 停止位 16 32 8 8 8 8 2 ① 前导位。 前同步码的 度为 16 位位且总设置为 0xFB86。 这样处理有三个目的： ◇ 0xF(1111)—— Romeo2 至少需要 4 位的前同步码来唤醒它，并让它的内部电路稳定。 ◇ 0xB8(1100 1000)—— Rome02 中的寄存器 2 被 编程 为0xB8，这样使前同步码中的 0xB8 数据被验证并接通 数据管理器。 ◇ 0x6(0110)—— Romeo2 中报头被使能，它指示有实际的数据跟随 (以设备 ID 开始 )。 ② 设备 ID。 设备 ID 长度为 32 位。 当每一个 TPM 轮胎模块 MCU(RF2)被刷新，设备 ID 被编程地址为 0x7800～ 0x7803。 这个 lD 在实际中有很多用处，比如制造商的信息等；但是在这个演示模块中，它仅被用来专门表示辨认轮胎的信息，所以 ID 的 4 个字节在每一个数据帧接收后都要被检测。 如果 ID 不匹配，数据帧就会被忽略。 当接收机发现某个 ID 匹配，它就修改状态字节来指示轮胎的位置。 ③ 压力值。 压力数据占 8 位， 代表测量的轮胎压力值。 ④ 温度值。 温度数据占 8 位，代表被测量的轮胎温度值。 ⑤ 状态位。 状态位长度为 8 位，用以表示轮胎模块的电源电压的变化及对应轮胎 ID 匹配的位，目的是不需要接收机的 MCU 重复检查轮胎 ID。 ⑥ 校验和。 校验和长度为 8 位，它的内容取决于传输数据，主要是为了提高传输数据的可靠性。 ⑦ 停止位。 停止位的长度为 2 位，用来指示数据帧的结束。 河北工业大学 2020 届毕业论文 15 轮胎模块传输程序流程 因为轮胎模块要适应长期工作，考虑到轮胎运转的平衡等因素又不能选择大的电池，因此轮胎模块传输程序的算法选择不但要。