汽車胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案-文庫(kù)吧
2025-10-04 18:59 本頁(yè)面
【正文】 輪胎在汽車行駛過(guò)程中的高速旋轉(zhuǎn)和震動(dòng)，安置于輪胎內(nèi)部的輪胎模塊必須固定牢靠。當(dāng)發(fā)射電路隨著輪胎旋轉(zhuǎn)到遠(yuǎn)離主機(jī)位置（如圖 的位 置 2）時(shí)，由于金屬輪輞對(duì)信號(hào)的屏蔽作用，主機(jī)模塊接收靈敏度將會(huì)有所下降。但在輪胎高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的可靠性產(chǎn)生影響。 圖 輪胎模塊無(wú)線發(fā)射示意圖 無(wú)線傳輸?shù)囊恍┗靖拍? 接收端靈敏度 S:是指接收端在接收到的數(shù)據(jù)滿足誤碼率要求的前提下接收河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 6 數(shù)據(jù)所需的最小功率。 天線放大系數(shù) G:是指天線將輸出功率轉(zhuǎn)化為無(wú)線電能量的能力。 多路徑衰減 :是指由于信號(hào)到達(dá)接收天線的相位不同而引起的信號(hào)衰減。造成信號(hào)衰減的原因是由于信號(hào)從發(fā)送端到接收端經(jīng)過(guò)的路徑不同造成的，當(dāng)信號(hào)從發(fā)送端發(fā)出時(shí)一部分信號(hào)由一個(gè)路 徑到達(dá)接收端，而另一部分信號(hào)卻從另外一條路徑到達(dá)接收端，由于信號(hào)到達(dá)的相位不同所造成的信號(hào)的相互疊加和相互抵消就影響了天線接收的性能。 無(wú)線傳輸方式的選擇 在短距離實(shí)用化的無(wú)線通訊系統(tǒng)中，目前主要有 3 種通訊方式 : 所謂藍(lán)牙 (Bluetooth)技術(shù)，實(shí)際上是一種短距離、低成本的無(wú)線連接技術(shù)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)語(yǔ)音和數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)拈_放性方案。于 1998 年 5 月，由瑞典Ericsson、芬蘭 Nokia、日本 Toshiba、美國(guó) IBM 和 Intel 公司等五家著名廠商在聯(lián)合開展短程無(wú)線通 信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)時(shí)提出。這五家廠商還成立了藍(lán)牙特別興趣組 (Bluetooth SIC)，盡力使藍(lán)牙技術(shù)能夠成為未來(lái)的無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)。 藍(lán)牙技術(shù)的通訊頻率被定在 ISM 頻帶上，其作用半徑在發(fā)射功率為1 毫瓦的時(shí)候?yàn)?10 米，通信協(xié)議和堆棧復(fù)雜，需要專門設(shè)備開發(fā)，最便宜的儀器也要 58 萬(wàn)美元。 藍(lán)牙技術(shù)解決了小型移動(dòng)設(shè)備間的無(wú)線互連問(wèn)題。它的硬件市場(chǎng)非常廣闊，涵蓋了局域網(wǎng)絡(luò)中的各類數(shù)據(jù)及語(yǔ)音設(shè)備 (如計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話、小型個(gè)人數(shù)字助理等 )。該技術(shù)并不想成為另一種無(wú)線局域網(wǎng) (WLAN)技術(shù)，顯然后者在市場(chǎng) 上已經(jīng)出現(xiàn)了很多成品。雖然 WLAN 通過(guò)一個(gè)公用的主干可以有效地連接龐大的人群，但藍(lán)牙技術(shù)面向的卻是移動(dòng)設(shè)備間的小范圍連接，因而本質(zhì)上說(shuō)它是一種代替電纜的技術(shù)。 RF 射頻芯片的通訊方式 射頻 (Radio Frequency，簡(jiǎn)稱 RF)技術(shù)是一種無(wú)線通信技術(shù)，其利用電磁波為載波來(lái)傳輸信息。 RF 技術(shù)使用幾個(gè)特定頻率中的一個(gè)頻率傳輸數(shù)據(jù)，相鄰的WLAN 用不同頻率。其產(chǎn)品既可工作在 1819GHz 的特許頻帶，也可以在低功率的情況下工作于 ISM(Industrial/Scientific/Medical，工業(yè) /科學(xué) /醫(yī)學(xué) )頻段。河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 7 在中等衰減的建筑物中， RF 信號(hào)一般可穿透一至三堵墻。它可用于室外、開放或封閉的室內(nèi)辦環(huán)境。目前使用的射頻芯片大多工作在 433/868/915/2400MHz頻段， 的高頻段使服務(wù)器與終端之間的通訊速率可達(dá) 12Mbps，而且這個(gè)頻段由于干擾小，在絕大部分國(guó)家都不受無(wú)線管制。收發(fā)方式就是在 MCU 的控制下，通過(guò)一個(gè)工作于 ISM 頻段的無(wú)線收發(fā)芯片直接將數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)線傳輸?shù)囊环N無(wú)線通信方式。無(wú)線收發(fā)芯片采用移頻鍵控進(jìn)行調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。 紅外技術(shù) (Infrared Data Association 簡(jiǎn)稱 IrDA)是一種短距離紅外線通訊技術(shù)，適合于低成本、跨平臺(tái)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)高速數(shù)據(jù)連接。紅外通訊標(biāo)準(zhǔn)是目前通訊行業(yè)普遍支持的近距離無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范。盡管通信距離只有幾米，紅外光卻是有許多優(yōu)勢(shì)的通訊媒介。它的小型化和低成本，很適合應(yīng)用在手機(jī)、電子商務(wù)、數(shù)字照相機(jī)等便攜式產(chǎn)品中。相對(duì)簡(jiǎn)單的紅外連接使它能適應(yīng)不同的操作系統(tǒng)和大范圍的傳輸速率。紅外連接比有線連接更安全可靠，它避免了因線纜和連接器磨損和斷裂造成的檢修。 雖然 3 種通訊方式在通訊技術(shù)上都是采用的無(wú)線射頻技術(shù) ，但是藍(lán)牙技術(shù)和紅外技術(shù)并不是一種普通的 RF技術(shù)，它們與普通的 RF技術(shù)的區(qū)別如 附錄 C所示 。 在輪胎爆胎預(yù)警系統(tǒng)系統(tǒng)中，從傳輸?shù)木嚯x (需達(dá)到 10 米左右 )，從開發(fā)成本、周期及滿足本系統(tǒng)實(shí)際的需要考慮，系統(tǒng)選擇 RF 收發(fā)方式作為系統(tǒng)的無(wú)線傳輸方式。 輪胎爆胎預(yù)警系統(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)線接收部分，另外一部分是輪胎中的無(wú)線發(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)。 一個(gè)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(jiǎn)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 /接收電路基本結(jié)構(gòu)框圖。 河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 8 圖 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(jì)中，為實(shí)現(xiàn)最大功率傳輸，在源和負(fù)載之間以及各模塊之間插入一個(gè)無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，通常這種無(wú)源網(wǎng)絡(luò)被稱為匹配網(wǎng)絡(luò)。實(shí)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。 天線設(shè)計(jì) 天線是電磁波沿傳輸線路和在空間中進(jìn)行傳播的接口，在通信路徑中甚為重要的一部分。天線是無(wú)源器件，因此發(fā)射天線所輻射的功率不可能比來(lái)自發(fā)射機(jī)并進(jìn)入天線的功率更大，實(shí)際上，由于損耗的存在，前者總是比后者要小。天線是互易器件，就是說(shuō)，同一種設(shè)計(jì)既可以用作發(fā)射天線，也可以用作接收天線，性能都一樣地好，在無(wú)線通信中，通常是同一天線既用作發(fā)射，也用作接收。 （ 1） 天線設(shè)計(jì)考慮 （ 1）天線要與 RF 模塊連接，要解決阻抗匹配； （ 2）由于發(fā)射模塊是安裝在輪臺(tái)內(nèi)，因此要考慮運(yùn)動(dòng)對(duì)發(fā)射天線的影響； （ 3）要滿足小型化的需要。 （ 2） 外裝式天線與內(nèi)裝微帶天線的比較 許多無(wú)線通信設(shè)備要求采用的天線要 小而且要輕，且在主要的輻射方向上應(yīng)是準(zhǔn)全向的。在許多應(yīng)用中，要考慮對(duì)天線的電磁能量的比吸收率（ SAR）都應(yīng)盡可能地小。而且，人們總希望能將天線集成到通信設(shè)備的印制電路板上。 外裝式天線，如單極天線和螺旋天線目前廣泛應(yīng)用于通信設(shè)備。外裝式天線有許多缺點(diǎn)： （ 1）不能集成到印制電路板上，增加了設(shè)備的總尺寸； （ 2）易于折斷和彎曲，需小心維護(hù)； （ 3）天線比吸收率高且難于屏蔽，胎內(nèi)環(huán)境對(duì)天線的性能影響較大； 河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 9 （ 4）僅有一種極化特性，電氣性能較差； （ 5）外裝天線，尤其是螺旋天線還需要匹配電路，使成本和損耗都增加。 與外裝式天線相反，內(nèi)裝微帶天線可被集成到通信設(shè)備的印制電路板上。這種天線具有機(jī)械剛性，不易被損壞；它們被固定在通信設(shè)備內(nèi)部，不額外增加設(shè)備尺寸，且易采用屏蔽技術(shù)來(lái)屏蔽天線，使其 SAR 值非常小。 常規(guī)微帶天線并不滿足小尺寸、低費(fèi)用等特點(diǎn)，但通過(guò)對(duì)其許多參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化可減小天線尺寸、降低費(fèi)用、增寬帶寬，改善全向輻射特性，減小天線與電磁的相互影響。最簡(jiǎn)單的天線是 1/4 波長(zhǎng)單極印制天線。這種天線不僅易制作，而且可以通過(guò)高速長(zhǎng)度來(lái)適應(yīng)于不同的環(huán)境 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(wú)線射頻收發(fā)模塊幾個(gè)部分組成。 (1) TPMS 傳感器 TPMS 傳感器是一個(gè)集成了 半導(dǎo)體 壓力傳感器、溫度傳感器、數(shù)字信號(hào)處理單元和 電源 管理器的 SoC 模塊。為了強(qiáng)化胎壓檢測(cè)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(cè)、內(nèi)部時(shí)鐘、看門狗和帶 12 位 ADC、4KB Flash、 2KB ROM、 128B RAM、 128B EEPROM 及其他功能的 ASIC數(shù)字信號(hào)處理單元。這些功能單元使得 TPMS 傳感器不僅能實(shí)時(shí)檢測(cè)汽車開動(dòng)中的輪胎壓力和胎內(nèi)溫度的變化，而且還能實(shí)現(xiàn)汽車移動(dòng)即時(shí)開機(jī)、自動(dòng)喚醒和省電等功能。 (2)微控制器 這里微控制器采用 Atmel 公司推出的一種小型單片機(jī) 89C205l，片內(nèi)含有2KB 的 Flash 程序 存儲(chǔ)器 和 128 B 的片內(nèi) RAM。 89C2051 共 20 引腳。其中P1 口 8 腳，可以作為一般的準(zhǔn)雙向端口，在引腳的驅(qū)動(dòng)能力上，具有很強(qiáng)的下拉能力。工作電壓為 ～ 6V。當(dāng)工作電壓在 3V 時(shí)， 電流 相當(dāng)于 6V 工作時(shí)的1／ 4，空閑時(shí)為 1mA，掉電時(shí)僅為 20mA。這樣小的功耗很適合于電池供電的小型控制系統(tǒng)。主要特點(diǎn)為采用 Flash 存儲(chǔ)器技術(shù)，其軟
教學(xué)課件相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1