汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計.doc

寧夏理工學院畢業(yè)設(shè)計摘要 隨著社會經(jīng)濟和科學技術(shù)的發(fā)展,公路交通已經(jīng)成為關(guān)系國民經(jīng)濟命脈和社會、經(jīng)濟發(fā)展的重大系統(tǒng),但隨之而來的交通事故給人的生命安全和經(jīng)濟發(fā)展造成了重大損失。爆胎是引起交通事故的主要原因,保持標準的車胎氣壓行駛是防止爆胎的關(guān)鍵,胎壓檢測系統(tǒng)TPMS(Tire Pressure Monitoring System)是由此應(yīng)運而生的一項汽車安全防范系統(tǒng)。胎壓檢測系統(tǒng)主要用于汽車行駛過程中對汽車胎壓與溫度的實時檢測,當出現(xiàn)異常狀態(tài)時進行報警,從而保障駕乘者的行車安全。 本課題主要研究的是一種用于機動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線技術(shù)的輪胎壓力與溫度監(jiān)控系統(tǒng)的方案，設(shè)計綜合運用了檢測技術(shù)、單片機技術(shù)及無線通信技術(shù),其中發(fā)射模塊能實時檢測、處理輪胎的壓力和溫度參數(shù),并運用無線方式將處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇邮漳K;接收模塊能校驗數(shù)據(jù)并顯示結(jié)果,用以告知駕駛員各個輪胎的情況。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)計上通過將判斷功能置于發(fā)射模塊中,減小了系統(tǒng)的發(fā)射頻率,從而降低了能耗,保證了不會因為更換能源問題而頻繁的拆裝輪胎,提高了系統(tǒng)的實用性,因而具有廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞:輪胎；無線通信技；抗干擾；節(jié)能I Abstract Along with the development of social 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. Flat 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 the 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 presents 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, processing, 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 the 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 prospects. Key words: tire；wireless communication technology sensor； anti-jamming； save energyI 目錄摘要IAbstractII目錄III1 緒論11.1 研究背景11.2 輪胎壓力與溫度監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀21.3 輪胎壓力與溫度監(jiān)控系統(tǒng)研究意義31.4.2 論文的結(jié)構(gòu)安排42系統(tǒng)總體設(shè)計52.1 TPMS 系統(tǒng)分類及其工作原理52.1.1 間接式 TPMS52.1.2 直接式 TPMS52.1.3 間接式和直接式TPMS的比較與選擇62.2 直接式 TPMS 總體設(shè)計62.2.1 系統(tǒng)組成62.2.2 系統(tǒng)設(shè)計要求72.2.3系統(tǒng)功能要求82.3 系統(tǒng)硬件的總體設(shè)計82.3.1 輪胎模塊的總體設(shè)計92.3.2 主機模塊的硬件總體設(shè)計92.4 系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計93 輪胎模塊設(shè)計113.1 輪胎模塊硬件設(shè)計113.1.1 芯片介紹123.1.2 MPXY8300 傳感器工作模式133.1.3輪胎模塊電路設(shè)計143.2輪胎模塊軟件設(shè)計163.2.1編程工具的選用173.2.2通信協(xié)議173.2.3胎壓模塊軟件設(shè)計183.3天線設(shè)計194 主機模塊設(shè)計214.1主機模塊硬件設(shè)計214.1.1 核心微控制器 STC12C5416AD214.1.2 接收電路設(shè)計214.2顯示及報警電路設(shè)計234.2.1 顯示電路設(shè)計244.2.2 報警電路設(shè)計254.3主機模塊的軟件設(shè)計264.3.1主機模塊主程序設(shè)計264.3.2參數(shù)設(shè)定模塊274.3.3報警處理模塊285 總結(jié)與展望295.1工作總結(jié)295.2展望29參考文獻31致謝32附錄 控制系統(tǒng)C程序代碼33II 1 緒論 環(huán)保、節(jié)能、安全是當今汽車發(fā)展的三大主題，作為影響人民生命財產(chǎn)全和國家經(jīng)濟命脈的重要因素的汽車安全性是汽車設(shè)計過程首要考慮的問題，汽車輪胎氣壓保持正常值是車輛舒適性和行駛安全的保證。輪胎氣壓高于正常值時，與地面接觸面積減少，摩擦系數(shù)降低，便會導致車輛側(cè)滑、顛簸、爆胎，危及行駛安全；輪胎氣壓低于正常值，輪胎內(nèi)部就會開始分離、脫層、最后導致爆胎1，在低速狀態(tài)下行駛就會因輪胎變形過大而傷胎。因此，及時地了解和準確掌握輪胎的溫度、壓力狀況是避免爆胎，提高汽車安全行駛水平的有效途徑2。國外因立法較早，TPMS(Tire Pressure Monitoring System)成為標配，市場占有率高。中國國家標準管理委員會2008年發(fā)布的中國TPMS標準意見征求稿,標TPMS成為汽車的標準配件是必然的趨勢。 TPMS對汽車輪胎壓力、溫度的監(jiān)測技術(shù)主要有直接式和間接式兩種形式。直接式是利用安裝在輪胎里的智能傳感器來直接測量輪胎的氣壓、溫度、電池電壓，并通過無線調(diào)制發(fā)射到安裝在駕駛臺的監(jiān)視器上，監(jiān)視器隨時顯示輪胎的氣壓、溫度、電池電壓，當輪胎出現(xiàn)異常情況時，系統(tǒng)就會自動報警；間接式是借助防抱死制動系統(tǒng)(Antilock Braking System, ABS)的輪速傳感器來比較車輪轉(zhuǎn)速，從而估算兩個輪胎胎壓的差別，當某個輪胎胎壓低于預先設(shè)定的初始值時，向司機報警。目前在 TPMS 輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的研究中存在三個技術(shù)難點：低功耗實現(xiàn)、無線信號傳輸、射頻天線設(shè)計。 本課題進行直接式汽車輪胎壓力與溫度監(jiān)測系統(tǒng)的研究。針對該系統(tǒng)目前存在的技術(shù)難點，設(shè)計本文的系統(tǒng)方案，目的是實現(xiàn)一種可以實時監(jiān)測行駛車輛輪胎內(nèi)部氣壓、溫度的預警系統(tǒng)。1.1 研究背景 汽車在高速行駛過程中，輪胎故障是所有駕駛者最為擔心和最難預防的，也是突發(fā)性交通事故發(fā)生的重要原因。據(jù)統(tǒng)計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安全駕駛的一個重要課題。 輪胎監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）主要用于在車輛行駛時實時地對輪胎壓力和溫度進行自動監(jiān)測，對輪胎漏氣、低氣壓、高氣壓進行預警，以保障駕乘者行車安全，是駕駛員、乘車人的生命安全保障預警系統(tǒng)。 中國正在成為全球最大的新興汽車市場，中國汽車的需求量和保有量出現(xiàn)了加速增長的趨勢。因此，我國 TPMS 需求與日俱增，TPMS 的研究具有重要的社會意義和經(jīng)濟價值。為與世界先進國家保持同步，我國關(guān)于汽車安裝 TPMS 的法規(guī)也將會出臺。目前我們國內(nèi)已有很多家設(shè)計公司、生產(chǎn)廠家開始開發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)TPMS。因此一套安全、可靠、方便、成本低廉的輪胎監(jiān)測系統(tǒng)將有廣闊的應(yīng)用前景4。1.2 輪胎壓力與溫度監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀 目前市場上主流 TPMS 的實現(xiàn)方式是利用安裝在每一個輪胎內(nèi)部的輪胎監(jiān)測模塊來直接測量輪胎的壓力、溫度，并通過無線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送到安裝在駕駛室的中央控制模塊。中央控制模塊實時顯示每個輪胎的壓力、溫度，駕駛員可以直觀的了解各個輪胎的壓力、溫度等狀況，當輪胎壓力、溫度太低或者太高，系統(tǒng)會自動報警，提醒駕駛員，防止事故發(fā)生。TPMS 的性能主要取決于輪胎監(jiān)測模塊的實現(xiàn)方式。根據(jù)輪胎監(jiān)測模塊供電方式的不同，TPMS 可以分為有源 TPMS 和無源TPMS。 (1) 有源 TPMS，指 TPMS 的輪胎監(jiān)測模塊使用專用鋰電池供電。本課題研究的輪胎壓力與溫度監(jiān)控系統(tǒng)即是一種有源輪胎監(jiān)測系統(tǒng)。 有源 TPSM 的輪胎監(jiān)測模塊有以下幾個部分組成：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集成了壓力傳感器、溫度傳感器、數(shù)字信號處理單元和電源管理的片上系統(tǒng)。為了增強傳感器功能，不少傳感器還增加了加速度傳感器、電壓檢測、內(nèi)部時鐘、看門狗及其它功能的數(shù)字信號處理單元。 (2) 無源 TPMS，指TPMS的輪胎監(jiān)測模塊不使用電池供電。目前有兩個發(fā)展方向，一種是利用 RFID 讀頭端的發(fā)射功率為輪胎監(jiān)測模塊供電，另一種是利用汽車行駛中的機械能為輪胎監(jiān)測模塊供電。 射頻識別技術(shù)（RFID）是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，其基本原理是利用了射頻信號和空間耦合（近距離的電感耦合和遠距離的電磁耦合）傳輸特性，其中電感耦合的依據(jù)是電磁感應(yīng)定律，電磁耦合是以雷達原理為模型，發(fā)射出去的電磁波碰到目標后反射同時帶回目標信息，依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī)律。射頻識別系統(tǒng)一般由兩個部分組成，即標簽端（Tag）和讀頭端（Reader）。在無源TPMS 中，標簽端依附于輪胎監(jiān)測模塊，讀頭端依附于中央控制模塊5。1.3 輪胎壓力與溫度監(jiān)控系統(tǒng)研究意義 TPMS 系統(tǒng)在提高汽車行駛安全性，減少生命財產(chǎn)損失以及減少能耗等方面都具有非常重要的研究意義，其具體優(yōu)點體現(xiàn)在以下幾個方面6： (1)事前主動型安保 汽車現(xiàn)有安全措施，如 ABS、EDS、EPS、安全氣囊等，均是“事后被動”型安保，即在事故發(fā)生后才起到保護人身安全的作用。而 TPMS 屬于“事前主動”型安保，即在輪胎出現(xiàn)危險征兆時及時報警，駕駛員可采取措施，將事故消滅在萌芽狀態(tài)。 (2)延長輪胎使用壽命 統(tǒng)計表明：輪胎氣壓不足行駛，車輪氣壓比正常值下降 10%，輪胎壽命減少 15%。TMPS系統(tǒng)實時監(jiān)測每個輪胎的動態(tài)瞬時氣壓，當輪胎氣壓出現(xiàn)異常時能及時自動報警，從而減少車胎的損毀，延長輪胎使用壽命。 (3)減少燃油消耗，利于環(huán)保 實驗顯示，輪胎氣壓低于標準氣壓值 30%，油耗將上升 10%。如果輪胎氣壓過高，抓地力就會下降，輪胎磨損加快。油耗上升不僅增加車輛運行費用，而且增加廢氣排放，對環(huán)境的污染加大。車輛安裝了 TPMS 系統(tǒng)，就能及時發(fā)現(xiàn)車胎氣壓異常，有效避免上述現(xiàn)象的發(fā)生，不僅降低油耗，而且還可減輕對環(huán)境的污染。 (4)可避免車輛部件不正常的磨損若汽車在輪胎氣壓過高的狀態(tài)下行駛，日積月累對發(fā)動機底盤及懸掛系統(tǒng)將造成很大的傷害；如果輪胎氣壓不均勻，則會造成剎車跑偏，從而增加懸掛系統(tǒng)的磨損。安裝了TPMS 系統(tǒng)，便能有效避免上述現(xiàn)象的發(fā)生。1.4 本文研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)1.4.1 研究內(nèi)容 該系統(tǒng)實現(xiàn)的功能：將通過在輪胎內(nèi)部安裝的壓力和溫度傳感器，中央控制單元對輪胎內(nèi)部的溫度、壓力值進行采集、處理后通過無線通訊的方式將數(shù)據(jù)發(fā)送給駕駛室內(nèi)部的中央監(jiān)視器。中央監(jiān)視器對輪胎的數(shù)據(jù)進行分析，如果發(fā)現(xiàn)輪胎的狀態(tài)異常，則通過聲光報警提示駕駛員進行處理。針對上述系統(tǒng)功能，本課題的主要研究內(nèi)容如下：(1)分析直接式 TPMS 的工作原理，并深入分析了該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)、國內(nèi)外現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢。 (2) 綜合分析國內(nèi)汽車各方面綜合因素，設(shè)計系統(tǒng)的總體方案。 (3) 輪胎模塊硬件和軟件的設(shè)計。 (4) 主機模塊硬件和軟件的設(shè)計。1.4.2 論文的結(jié)構(gòu)安排 第一章：介紹汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的提出背景和研究意義，當前的技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀和未來的發(fā)展趨勢，給出本文的研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排。 第二章：介紹系統(tǒng)主要工作原理。在對系統(tǒng)方案的論證基礎(chǔ)上，確定系統(tǒng)的軟硬件技術(shù)性能要求和實施方案，確定系統(tǒng)的總體設(shè)計方案。 第三章：輪胎模塊硬件和軟件的設(shè)計。以 Freescale(前Motorola半導體部)的 MPXY8300系列傳感器、微處理器、發(fā)射芯片三件集成一體芯片為核心，構(gòu)建輪胎模塊；與主機模塊搭建實現(xiàn)系統(tǒng)對輪胎狀態(tài)信息的測量、無線傳輸、狀態(tài)監(jiān)控和異常報警。 第四章：主機模塊硬件和軟件的設(shè)計。主要介紹MPXY8300系列微控制器的基礎(chǔ)上，以接收芯片MC33594、微控制器 STC12C5416AD芯片為核心，構(gòu)建主機模塊；實現(xiàn)系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的測量、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換、無線射頻傳輸控制、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控和顯示報警等功能。 第五章：總結(jié)與展望。對本設(shè)計的總結(jié)與展望。2系統(tǒng)總體設(shè)計 汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)(TPMS)是一種采用無線傳輸技術(shù)，利用固定于汽車輪胎內(nèi)的微型無線傳感裝置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)的接收機中，以數(shù)字化的形式實時顯示輪胎壓力和溫度的相關(guān)數(shù)據(jù)，并在輪胎出現(xiàn)危險征兆時進行報警的汽車主動安全系統(tǒng)。主要功能是在汽車行駛時實時的對輪胎氣壓和溫度進行自動監(jiān)測，對輪胎快速漏氣、高低氣壓和高溫分級報警，從而達到預防爆胎、降低油耗的目的，以保障安全和經(jīng)濟行車。 針對在汽車惡劣的工作環(huán)境下，設(shè)計滿足國內(nèi)外TPMS 標準的技術(shù)指標(中國的標準高于國外標準)7，綜合目前市場存在的經(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)測系統(tǒng)。2.1 TPMS 系統(tǒng)分類及其工作原理 目前TPMS主要有兩種實現(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)(ABS)一起使用的。ABS 采用車輪轉(zhuǎn)速傳感器測量每個車輪的轉(zhuǎn)速。當一個輪胎的氣壓減小時，滾動半徑就減小，而車輪的旋轉(zhuǎn)速度就相應(yīng)地加快。間接式 TPMS 的檢測原理如圖 2.1 所示。圖2.1間接式TPMS檢測原理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)測模塊和安裝在汽車駕駛臺上的中央監(jiān)視器兩個部分組成。輪胎監(jiān)測模塊由壓力/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 接收器、MCU 以及 LCD、按鍵、報警模塊等組成。一般情況下，一輛轎車或面包車的 TPMS 系統(tǒng)有4或5個(包括備用胎)監(jiān)測模塊，一輛卡車有836個監(jiān)測模塊，本系統(tǒng)設(shè)計主要面向四輪輕型汽車的輪胎狀態(tài)監(jiān)測，其安裝位置示意圖如圖2.2 所示，固定在每個車輪中的壓力、溫度傳感器直接測量每個輪胎的氣壓和溫度，然后通過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)視器接收到輪胎監(jiān)測模塊發(fā)射的信號后進行分析，并將各個輪胎的壓力和溫度數(shù)據(jù)顯示在屏幕上，供駕駛者參考。如果胎壓或溫度出現(xiàn)異常，中央監(jiān)視器根據(jù)異常情況，發(fā)出報警信號，提醒駕駛者采取必要的措施。圖2.2直接式TPMS檢測原理2.1.3 間接式和直接式TPMS的比較與選擇 間接式TPMS的優(yōu)點是只要具備ABS系統(tǒng)，就可以增加TPMS的功能，另外所需的只是軟件，因此成本比較低。但是間接式 TPMS 有以下幾個主要缺點：無法同時監(jiān)測到同軸兩輪胎、同側(cè)兩輪胎以及四個輪胎全部漏氣的情況；不能對溫度進行測量；受速度影響較大，一般不能超過100km/h；輪胎重新安裝或者TPMS 復位后，TPMS傳感器標定比較麻煩。 相比于間接式TPMS，直接式TPMS具有很多優(yōu)點，如能在任意瞬時監(jiān)測4個輪胎內(nèi)的壓力和溫度大小，測量精度和準確度均高于間接式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)測模塊質(zhì)量較大，安裝在輪胎內(nèi)會打破原先的動平衡，而且成本比較高；在惡劣潮濕的環(huán)境下，電池會出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，使得系統(tǒng)使用年限縮短。而基于SAW的直接無源式 TPMS主要優(yōu)點是傳感器部分不需要電池供電，而且質(zhì)量較小，目前已經(jīng)開發(fā)出的實驗傳感器只有5g左右，同時可在高低溫等惡劣環(huán)境下工作，但是它需要將轉(zhuǎn)發(fā)器(Transponder)整合至輪胎中，這需要各輪胎制造商建立共同的標準才有可能實現(xiàn)8，因此，無源式TPMS短期內(nèi)還難以流行。2.2 直接式 TPMS 總體設(shè)計2.2.1 系統(tǒng)組成 本課題所要實現(xiàn)的TPMS為直接式電池供電的TPMS。TPMS主要由兩個模塊(見圖 2.3)組成：安裝在汽車每個輪胎內(nèi)部的輪胎模塊和安裝在汽車駕駛室中的主機模塊。輪胎模塊一般由傳感器、微控制器和射頻發(fā)射芯片組成，負責壓力和溫度數(shù)據(jù)采樣、處理和射頻發(fā)送。主機模塊一般由射頻接收芯片、微控制器、數(shù)據(jù)顯示屏和按鍵組成。負責壓力和溫度數(shù)據(jù)接收、顯示、報警和系統(tǒng)設(shè)置。輪胎模塊和主機模塊之間采用射頻無線通信。圖2.3TPMS模塊布局示意圖2.2.2 系統(tǒng)設(shè)計要求 由于現(xiàn)在汽車輪胎大多是沒有內(nèi)胎的子午胎，因此，將TPMS的輪胎監(jiān)測模塊安裝在輪轂上是十分方便和容易的。但是汽車在高速跑動時輪胎內(nèi)環(huán)境和溫度是十分惡劣的，壓力、溫度、濕度變化特別大，所以該模塊的設(shè)計要按汽車級的要求來選用元器件。而對于中央監(jiān)視器，由于其安裝在汽車車廂內(nèi)，環(huán)境溫度變化不大，電源可以使用汽車的12V24V電源，因此器件的選用只要是工業(yè)級即可，省電的要求也不高。輪胎監(jiān)測模塊設(shè)計的具體要求為：低功耗、介質(zhì)兼容性以及無線信號傳輸?shù)目煽啃浴?(1)低功耗 在TPMS實際使用過程中，不可能頻繁地拆卸輪胎來為監(jiān)測模塊更換電池，故需要做到輪胎監(jiān)測模塊與輪胎同壽命。本設(shè)計采用降低功耗的方法是利用擁有內(nèi)置加速度計的傳感器來檢測輪胎是靜止的還是運行的，只有當車輛運行時，系統(tǒng)才進行相應(yīng)的檢測和傳輸，當車輛處于停車狀態(tài)時，TPMS可以休眠或以很低的頻率運行以節(jié)省電量。一般的車輛在公路上行駛的平均時間大約占總使用時間的15%，即車輛處于停車狀態(tài)的時間比真正行駛的時間要長得多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 組件除了要盡可能的低功耗外，傳感器的介質(zhì)兼容性和可靠性對TPMS而言至關(guān)重要，如果沒有這些關(guān)鍵特性，整個系統(tǒng)的精確性和可靠性將成問題。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、磷酸鈉等接觸時所表現(xiàn)出來的不受干擾性。因為輪胎模塊是置于輪胎內(nèi)部的，所以電子組件面對的將是輪胎內(nèi)部的惡劣環(huán)境，包括40+125的寬工作溫度范圍以及潮濕、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，因為它的壓力進氣口必須與空氣接觸才能監(jiān)測周圍的壓力，而好的介質(zhì)兼容性可以確保傳感器能得到全面保護。 (3)無線信號傳輸?shù)目煽啃?TPMS需要著力解決的另一個關(guān)鍵技術(shù)是無線信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，特別是高速行駛時的信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性。由于高速行駛及工作環(huán)境比較惡劣，而且汽車內(nèi)電子產(chǎn)品豐富，信號會出現(xiàn)漂移及時有時無的情況；另外在使用手機、汽車音響等產(chǎn)品時，信號相互會有干擾，信號的穩(wěn)定性會受到影響，因此，屏蔽和抗干擾等問題就顯得尤為重要。RF發(fā)射/接收IC選用時一般需要較高的接收靈敏度，以提高TPMS的工作效率并降低整個系統(tǒng)的生產(chǎn)成本。第一代TPMS的發(fā)射器芯片設(shè)計運用的是ASK調(diào)制技術(shù)，通過SAW共振器產(chǎn)生合適的發(fā)射頻率，這樣的ASK系統(tǒng)非常便宜，但是載有發(fā)射器的車輪轉(zhuǎn)動會導致接收場強發(fā)生變化，為此，目前的TPMS在晶體振蕩器和PLL合成器的基礎(chǔ)上運用FSK調(diào)制方式來產(chǎn)生中心頻率和頻率牽引。在許多OEM應(yīng)用中，F(xiàn)SK即使在輪子高速運轉(zhuǎn)時都能提供可靠的RF通信。2.2.3系統(tǒng)功能要求 直接式TPMS系統(tǒng)需要實現(xiàn)的主要功能有： (1) 實時監(jiān)測每個輪胎的壓力、溫度、電壓情況； (2) 可設(shè)定每個輪胎的壓力報警上下限； (3) 當某個輪胎的壓力過高、過低時，顯示該輪胎的ID，溫度和壓力，并發(fā)出聲光報警；當某個輪胎內(nèi)部壓力急速下降，并發(fā)出快速漏氣報警； (4) 輪胎保養(yǎng)換位后，各輪胎ID可重設(shè)； (5) 可手動讀取各輪胎當前壓力值。2.3 系統(tǒng)硬件的總體設(shè)計輪胎壓力與溫度監(jiān)控系統(tǒng)是通過先進的傳感技術(shù)，在汽車行駛過程中，利用傳感器來直接測量輪胎的氣壓和溫度，并通過無線調(diào)制發(fā)射到駕駛室的控制臺上，駕駛者可以直觀地了解各個輪胎的氣壓和溫度狀況，并對輪胎漏氣、低氣壓和高溫進行自動報警，以保障行車安全。還可以延長輪胎的使用壽命，有效降低油耗，能保持最佳車輛性能。通過對TPMS方案設(shè)計分析，確定本文系統(tǒng)的總體設(shè)計方案如下文所述。2.3.1 輪胎模塊的總體設(shè)計 輪胎模塊實現(xiàn)系統(tǒng)的兩個主要功能：信號采集處理和信號發(fā)射。從壓力傳感器出來的信號，由微處理器完成采樣。然后由微處理器進行數(shù)據(jù)分析處理，再進行軟件編碼，將數(shù)據(jù)流送給射頻發(fā)射電路；信號經(jīng)過調(diào)制、編碼后發(fā)射給接收系統(tǒng)。輪胎模塊設(shè)計框圖如圖2.4。 圖2.4輪胎模塊設(shè)計框圖2.3.2 主機模塊的硬件總體設(shè)計 主機模塊包括解調(diào)電路、接收數(shù)據(jù)處理、聲光報警及人機接口四部分，如圖2.5所示。解調(diào)電路由輪胎發(fā)射出來的射頻信號放大解調(diào)后，將數(shù)字信號送給微處理器串行接口。微處理器再進行譯碼，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)的處理，如更新當前壓力值，聲光報警等。人機接口部分要包括LED指示，按鈕等。LED主要起指示輪胎位置和顯示當前安全狀況。按鈕則可以進行系統(tǒng)的功能讀取當前輪胎壓力大小。 圖2.5主機模塊設(shè)計框圖2.4 系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計 系統(tǒng)軟件的設(shè)計就是為了在硬件電路基礎(chǔ)上實現(xiàn)系統(tǒng)的應(yīng)用智能化，系統(tǒng)軟件設(shè)計的質(zhì)量直接關(guān)系到系統(tǒng)技術(shù)性能的好壞。在汽車輪胎爆胎預警系統(tǒng)的軟件設(shè)計中，必須要考慮到系統(tǒng)應(yīng)用的實際情況和具體技術(shù)性能要求，才能設(shè)計出符合現(xiàn)場要求的應(yīng)用系統(tǒng)。 汽車輪胎爆胎預警系統(tǒng)的軟件設(shè)計根據(jù)硬件模塊劃分，也分為輪胎模塊軟件設(shè)計和主機模塊軟件設(shè)計兩大部分，為了開發(fā)的便利，其中雙方涉及到數(shù)據(jù)無線收發(fā)功能的部分又可以合為無線收發(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，輪胎模塊的軟件需要具有 3 種主要功能：測量、處理數(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因此需要綜合考慮效率與時間，以得到高效率的算法，才能保證系統(tǒng)長期有效地可靠運行。主機模塊雖然沒有嚴格的耗能標準，但接收效率和監(jiān)控算法仍很重要，因為好的算法可以使主機模塊電池使用壽命更長11。 軟件總體分為4個運行模式：調(diào)試模式(工廠診斷用)、初始化模式、睡眠模式（休眠）和測量模式。下面對4個運行模式的功能進行介紹： (1) 調(diào)試模式主要執(zhí)行產(chǎn)品出廠的一些內(nèi)部測試和診斷功能。具體包括傳感器測試和射頻測試兩部分。 (2) 初始化模式接收主機給定的ID碼和級別判定閥值。 (3) 睡眠模式以最低的功耗運行，響應(yīng)系統(tǒng)的運行要求。 (4) 測量模式測量模式主要完成以下功能： (1) 定時測量輪胎壓力、溫度； (2) 壓力在不同級別區(qū)域內(nèi)有報警時，同一個級別只上報一次； (3) 壓力無變化，固定間隔時間段上報一次壓力、溫度； (4) 保證系統(tǒng)可靠性，系統(tǒng)每隔一定時間復位一次； （5）不同級別報警同時出現(xiàn)，則以高溫、高壓、低壓級別的優(yōu)先級報警。3輪胎模塊設(shè)計 汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的硬件電路按系統(tǒng)功能劃分，可分為輪胎模塊和主機模塊兩大部分。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)的初步處理以及信息的無線傳輸功能。主機模塊安置于汽車駕駛室內(nèi)，主要完成信息的無線接收、數(shù)據(jù)處理、聲光報警控制以及系統(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)的工作運行中，輪胎模塊始終處于封閉環(huán)境中，駕駛室內(nèi)的系統(tǒng)主機必須依靠無線方式來完成數(shù)據(jù)信息的傳輸，才能將輪胎的狀態(tài)信息實時地提供給駕駛員。因此，輪胎模塊與主機模塊之間的無線通信是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵，同時，這也是系統(tǒng)硬件設(shè)計工作的重點之一。3.1 輪胎模塊硬件設(shè)計 在不斷高速旋轉(zhuǎn)的輪胎內(nèi)部這樣的封閉工作環(huán)境中，要求輪胎模塊功耗低、體積小、重量輕。因此，在設(shè)計中盡量減少芯片外圍器件的數(shù)量，設(shè)計面積較小的輪胎模塊電路。三件合一高度集成芯片MPXY8300為輪胎模塊的核心部件，從功能、性能上都滿足系統(tǒng)要求。根據(jù)輪胎模塊實現(xiàn)的系統(tǒng)功能，可細分為核心微控制器、測量電路和發(fā)射電路3個部分。微控制器 MPXY8300為輪胎模塊的控制和數(shù)據(jù)處理核心單元，集成傳感器、微控制器、射頻發(fā)射模塊一起完成輪胎的壓力和溫度測量，數(shù)據(jù)處理及內(nèi)部自帶的射頻發(fā)射器與其匹配的外圍器件一起構(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 芯片介紹MPXY8300 是 Freescale 公司的20引腳集成芯片，它在一個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），能夠同時對輪胎的壓力和溫度數(shù)據(jù)進行測量和處理，并實現(xiàn)測量結(jié)果的數(shù)字化輸出，以無線射頻的方式發(fā)射出去，該芯片具有 2.1V3.6V 的寬范圍工作電壓，工作溫度為40125，功耗低，能夠在封閉的輪胎內(nèi)部可靠工作12。該器件包含以下四個小器件，它對每個小器件都使用了最佳的處理技術(shù)。(1) 內(nèi)置8位HCS08 微控制器(MCU)；(2) 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工作流程如圖3.3所示。MCU使用標準的串行外設(shè)接口(SPI)和RFX進行接口連接，從而在RFX內(nèi)形成獨立的數(shù)據(jù)和地址總線結(jié)構(gòu)。P-Chip和 g-Cell均與MCU進行接口連接。 圖3.3 MPXY8300 工作流程為了實現(xiàn)低功耗及20引腳的超小外形封裝(SOIC)，MPXY8300還進行了優(yōu)化設(shè)計，特別是其內(nèi)部自帶射頻發(fā)射器，非常適合應(yīng)用于本系統(tǒng)的設(shè)計。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軸加速度傳感器，信號輸出給ADC；(4)8位MCU自帶512B的RAM16KB的FLASH；(5)過溫保護；(6)供電電源電量測量；(7)電池低功耗設(shè)計；(8)內(nèi)置LFO驅(qū)動的低功耗喚醒定時器和周期復位。3.1.2 MPXY8300 傳感器工作模式 溫度通過ADC10通道1中內(nèi)置的VB傳感器進行溫度測量，采用固件子例程可以獲得溫度測量值，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)。這個測量的輸出可以用作過溫關(guān)閉機制，在溫度非常高的情況下(可能對電池造成過度壓力)防止RF發(fā)射，節(jié)省電能。 電壓測量可以在內(nèi)部帶隙上進行，估算VDD上的電源電壓；內(nèi)部帶隙提供內(nèi)部帶隙電壓參考的目的是測量電源電壓，ADC轉(zhuǎn)換器采用通道直接進行電壓測量，因為帶隙參考總是在 ADC 轉(zhuǎn)換過程中加電，采用固件子例程可以獲得基于帶隙參考計算的VDD電壓測量值，這個子程序?qū)⒄_的位排序，獲得與電壓測量值，然后將其轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換函數(shù)。 加速度測量包含一個模擬接口(ACI)與加速度傳感單元連接?？刂茊卧系目刂莆贿\行ACI給g-Cell 供電，獲得電壓，然后由ADC進行轉(zhuǎn)換。g-Cell的信號調(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。這個放大器有可調(diào)的偏移和增益修正(由修正寄存器設(shè)置)。超精密壓力傳感器、C-V 轉(zhuǎn)換器、采樣保持器、緩沖和修正寄存器都在MCU上，g-Cell是單獨的硅器件，與 P-Chip，RFX 和 MCU分開安裝在同一個封裝中14。如表 3.1，傳感器的幾種工作模式是通過引腳 BKGD的輸入電壓來選擇的。測量結(jié)果模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換是通過8級門限電平比較，采用連續(xù)逼近算法來實現(xiàn)的。以電壓方式存儲測量結(jié)果的采樣電容器，其電壓能保持到足夠完成一次8位的A/D轉(zhuǎn)換。表 3.1 MPXY8300的工作模式S1S2工作模式工作電流串行數(shù)據(jù)計數(shù)器壓力測量系統(tǒng)溫度檢測系統(tǒng)A/D輸出比較LFO晶體00空閑/復位OFFOFFOFFON工作01壓力檢測OFFOFFOFFON復位10溫度檢測OFFONOFFON復位11數(shù)據(jù)輸出OFFOFFONON工作3.1.3輪胎模塊電路設(shè)計 發(fā)射電路是實現(xiàn)輪胎模塊與主機模塊之間通信的硬件連接，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，與主機模塊的射頻接收器MC33594相對應(yīng)的射頻接收芯片進行無線通訊。MC33493內(nèi)部簡化圖如圖 3.5所示圖3.5MC33493內(nèi)部簡化圖MC33493是一種 PLL 調(diào)諧的低功耗 UHF 發(fā)射器。通過幾個數(shù)字輸入針腳，微控制器可以控制不同的運行模式，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完全集成了相位頻率監(jiān)測器和環(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，通過VCO后得到數(shù)據(jù)發(fā)射所需的輸出頻率15，準確的發(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二進制加權(quán)值的十進制；AFREQ控制位通過RFX復位清零。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 控制位選擇最佳VCO設(shè)置和為DX上提供給MCU的500kHz 參考時鐘提供正確的分頻。對任何載波頻率來說，還必須按如下表3.2選擇外部晶體，所以所需外部晶振為 22.0586MHz。CF控制位通過RFX復位清除。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）分頻比晶體振蕩器頻率（MHz）低電平31519.671316.0132高電平43419.671322.0586發(fā)射機MPXY8300的內(nèi)部集成模塊MC33493提供一個數(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 控制位控制通過 Dx 信號給 MCU 的參考時鐘的輸出；建議初始化RF傳輸之前清除CKREF位，以降低雜散噪聲；CKREF控制位通過 RFX 復位清零16；如表 3.3 所示，發(fā)射器為輸入數(shù)據(jù)提供的同步時鐘選擇的兩種模式。表3.3同步時鐘啟用信號CKREF控制位輸入電平時鐘模式0時鐘信號禁用1時鐘連接到MCU一個完整的發(fā)射/接收電路不僅僅只是UHF發(fā)射/接收器及其外圍器件的簡單連接，還要有適合數(shù)據(jù)發(fā)射/接收的匹配網(wǎng)絡(luò)(Matching Network)和天線（Antenna）。圖 3.6 是射頻發(fā)射/接收電路基本結(jié)構(gòu)框圖。圖3.6射頻發(fā)射/接收電路基本結(jié)構(gòu)框圖在射頻電路設(shè)計中，為實現(xiàn)最大功率傳輸，在源和負載之間以及各模塊之間插入一個無源網(wǎng)絡(luò)，通常這種無源網(wǎng)絡(luò)被稱為匹配網(wǎng)絡(luò)。實際的匹配網(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響應(yīng)的線性度等功能。天線是無線射頻通信系統(tǒng)中不可或缺的組成部分。無線通信是靠空間的電磁波來傳遞信息，而電磁波的產(chǎn)生和接收都必須由天線來完成。圖3.7 是具體的輪胎模塊發(fā)射電路圖，給出了超高頻(UHF)發(fā)射的外圍電路和匹配網(wǎng)絡(luò)的具體連接。 圖3.7輪胎模塊電路圖3.2輪胎模塊軟件設(shè)計 軟件設(shè)計分成兩個部分：發(fā)射模塊軟件設(shè)計和接收模塊軟件設(shè)計。除了通訊協(xié)議外，這兩個部分的軟件設(shè)計沒有直接的聯(lián)系。軟件設(shè)計語言采用C語言。本節(jié)主要介紹了使用語言編程的優(yōu)點，描述了系統(tǒng)兩個模塊之間的通訊協(xié)議，并對發(fā)射模塊的工作流程進行了詳細的說明。發(fā)射模塊的軟件設(shè)計包括數(shù)據(jù)的采集、判斷、傳輸?shù)葞状蠊δ堋?.2.1編程工具的選用 C 語言是一種從匯編語言向高級語言過渡的語言，因此它既有某些匯編語言的影子，又有高級語言的特征。C 語言具有豐富的位操作運算符，允許直接訪問物理地址，能實現(xiàn)匯編語言的大部分功能。C 語言在大多數(shù)情況下其機器代碼生成效率和匯編語言相差不大，但可讀性和可移植性卻遠遠超過匯編語言，而且 C 語言還可以嵌入?yún)R編來解決高時效性的代碼編寫問題。因此本系統(tǒng)編程語言選用 C 語言。3.2.2通信協(xié)議無線數(shù)據(jù)通信雙方之間的通信協(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)傳輸可靠性的重要因素之一。在本系統(tǒng)發(fā)射模塊和接收模塊之間進行無線通信時,數(shù)據(jù)都是以數(shù)據(jù)幀的格式傳輸。在無線數(shù)據(jù)傳輸中,數(shù)據(jù)幀中數(shù)據(jù)字節(jié)的表示方式一般有兩種,一種是二進制字節(jié)方式,一種是十六進制的ASCII方式。二進制字節(jié)方式中,字節(jié)代表其本身,而十六進制ASCII方式則是由兩個字節(jié)表示一個實際數(shù)據(jù)字節(jié),因此其效率只有二進制字節(jié)方式的一半,但采用ASCII方式可以避免數(shù)據(jù)字節(jié)與標志字節(jié)相混淆,因此可靠性比較高。在本系統(tǒng)中,采用的是十六進制ASCII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;對于MC33594來說,一組報文包括報頭、ID、頭字以及數(shù)據(jù)。在使用前ID的值存儲在配置寄存器CRZ中。ID字像數(shù)據(jù)一樣發(fā)送。報頭可以按需放在ID前,或者頭字前,或者數(shù)據(jù)前面。報頭的內(nèi)容要確定,否則它可能會被MC33594當成ID或者頭字。在FSK調(diào)制下,報頭可以是4個“1”或者“0”曼徹斯特編碼。頭字是固定的4位曼徹斯特碼0110或者它的補碼。數(shù)據(jù)是以EOM(end-of-message)字結(jié)尾,它由2個不歸零碼組成。如果在解碼中,MC33594收到的是頭字的補碼,則它解碼后輸出的數(shù)據(jù)也是以原數(shù)據(jù)的補碼形式出現(xiàn)的。如圖3.8所示數(shù)據(jù)幀完整信息示例。圖3.8 數(shù)據(jù)幀完整信息示例下面將描述系統(tǒng)的通訊協(xié)議。為了方便起見,MC33594的報頭,ID以及頭字統(tǒng)一用報頭表示,這樣報頭將是4個字節(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)報頭設(shè)備ID壓力溫度狀態(tài)校驗和結(jié)束字16位32位8位8位8位8位2位 報頭設(shè)置成0xFB86。由上面所述可知,MC33594的報頭占4位,可以設(shè)置“1111”;ID采用其默認值“10111000”,該值存在CR2中,可以根據(jù)需要進行改變;頭字是固定的4位“0110”。頭字是整幀數(shù)據(jù)報頭的最后部分,它不會被解碼。也就是說MC33594輸出的數(shù)據(jù)從設(shè)備ID開始。設(shè)備ID是32位長。這個ID用于標定產(chǎn)品信息。前16位保留用于以后擴展,現(xiàn)在先設(shè)置為0xFF;后16位分別標定產(chǎn)品信息和輪胎編號。輪胎編號占兩位。數(shù)據(jù)幀被接收后,MCU將檢查這些ID,如果m與設(shè)定不符,數(shù)據(jù)會被丟棄。ID符合后,數(shù)據(jù)被保存用于以后處理(顯示或者輸出)。壓力代表了由傳感器測量的壓力數(shù)值,它是個8位的值。溫度代表了傳感器測量的溫度數(shù)值,它也是個8位數(shù)值。8位數(shù)字狀態(tài)代表了發(fā)射模塊所處于的狀態(tài),這包括模塊的供電情況、傳輸方式等18。校驗和是8位數(shù)據(jù),它的存在可以減少發(fā)射模塊或者是接收模塊以及傳輸噪聲所引起的數(shù)據(jù)錯誤的幾率。它的值取決于前面的設(shè)備ID、壓力、溫度以及狀態(tài)位,它等于它們和的相反數(shù)。這樣,當MCU接收到數(shù)據(jù)并檢驗時,如果從設(shè)備ID開始到校驗和所有的數(shù)據(jù)相加結(jié)果為零,則說明數(shù)據(jù)傳輸正常。2位停止位是NRZ編碼,它的內(nèi)容沒有實際意義,也不會通過SPI總線傳出,它只是代表整幀數(shù)據(jù)的結(jié)尾。MC33594接收到這2位后自動停止接收數(shù)據(jù)。3.2.3胎壓模塊軟件設(shè)計軟件設(shè)計是胎壓檢測系統(tǒng)研究工作的重要組成部分。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)的串行通信和數(shù)據(jù)的分析、顯示、報警等都必須通過軟件功能來實現(xiàn)。因此,開發(fā)性能優(yōu)良、工作穩(wěn)定的應(yīng)用軟件是使整個系統(tǒng)能夠正常和可靠運行的前提基礎(chǔ)。系統(tǒng)中的四個發(fā)射模塊最終是安裝在車胎上的,而最影響發(fā)射模塊工作的是電源供電問題。因此為了減少功耗,系統(tǒng)采用定時中斷的方式對壓力、溫度數(shù)據(jù)進行采集,即只有在定時中斷到來時才采集數(shù)據(jù),在其他時間系統(tǒng)都處于空閑狀態(tài)。根據(jù)發(fā)射模塊的功能,可將發(fā)射模塊軟件設(shè)計分為數(shù)據(jù)采集設(shè)計和數(shù)據(jù)處理傳輸設(shè)計兩個階段。為避免多個發(fā)射模塊同時向接收模塊發(fā)送數(shù)據(jù)時造成數(shù)據(jù)沖突而丟失數(shù)據(jù),應(yīng)在每個隨機時間間隔內(nèi)發(fā)送多個數(shù)據(jù)幀,但這又將縮短電池的使用壽命,并增加了接收器軟件的復雜性。解決方法是每次發(fā)送2個數(shù)據(jù)幀,并且每隔3秒發(fā)送3-4個數(shù)據(jù)幀。胎壓模塊軟件的總設(shè)計流程圖如圖3.9所示:在數(shù)據(jù)采集階段,系統(tǒng)首先初始化,然后進入等待狀態(tài)。當定時中斷到來時,采集數(shù)據(jù),并比較決定是否發(fā)射壓力、溫度數(shù)據(jù)。a代表從采集數(shù)據(jù)子程序的返回入口,b代表當定時中斷到來時進入采集數(shù)據(jù)子程序入口,詳見后面的采集數(shù)。圖3.9輪胎模塊軟件的總設(shè)計流程圖 車輛啟動，MPXY8300中的加速度模塊相應(yīng)，當達到一定值時，喚醒溫度壓力監(jiān)測模塊。系統(tǒng)首先初始化 MPXY8300，測量溫度壓力值，判斷測量值是否在閥值范圍內(nèi)。如果正常，則進入設(shè)定的定時延時省電模式，直到延時設(shè)定時間到達，把相應(yīng)的溫度壓力等數(shù)據(jù)打包編碼，通過射頻調(diào)制，發(fā)送出去；如果溫度壓力值不正常，則直接打包異常數(shù)據(jù)并編碼，通過射頻調(diào)制，發(fā)送出去19。3.3天線設(shè)計 天線的基本功能是將發(fā)射機(或傳輸線)送來的高頻電流或(導波)能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊o線電波并傳送到空間；在接收端，則將空間傳來的無線電波能量轉(zhuǎn)變?yōu)橄蚪邮諜C傳送的高頻電流(或?qū)Р?能量。天線在無線傳輸中起到傳輸紐帶的作用，天線性能的好壞直接影響到無線通信的效果。 由于輪胎模塊要安置在輪胎內(nèi)進行參數(shù)監(jiān)測，限制了天線尺寸，因此設(shè)計性能良好的電小天線非常重要，本文采用法向模螺旋天線代替以前采用的短偶極子天線以提高效率。系統(tǒng)中發(fā)射器與小天線匹配非常重要，如果兩者失配，造成的能量損耗非常大，直接影響到發(fā)射模塊的有效發(fā)射距離。 胎壓監(jiān)測模塊是跟隨輪胎轉(zhuǎn)動的，為了盡量減少盲點，就需要電磁波在透過輪胎后的方向圖是全向的。而當天線輻射方向圖確定了以后，天線在空間固定某點的增益與天線輸入端匹配程度和天線輻射效率成簡單的正比關(guān)系。為了達到匹配，需要在輸入前端加匹配網(wǎng)絡(luò)，當匹配后，反射系數(shù) r 雖然會降到很低，反射功率減少，但是匹配網(wǎng)絡(luò)也消耗了一部分功率，這就相當于降低了天線總效