【正文】 2020 屆畢業(yè)論文 7 在中等衰減的建筑物中， RF 信號一般可穿透一至三堵墻。雖然 WLAN 通過一個公用的主干可以有效地連接龐大的人群，但藍牙技術(shù)面向的卻是移動設(shè)備間的小范圍連接，因而本質(zhì)上說它是一種代替電纜的技術(shù)。 藍牙技術(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 毫瓦的時候為 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 萬美元。造成信號衰減的原因是由于信號從發(fā)送端到接收端經(jīng)過的路徑不同造成的，當信號從發(fā)送端發(fā)出時一部分信號由一個路 徑到達接收端，而另一部分信號卻從另外一條路徑到達接收端，由于信號到達的相位不同所造成的信號的相互疊加和相互抵消就影響了天線接收的性能。但在輪胎高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下不會對系統(tǒng)的可靠性產(chǎn)生影響。在輪胎爆胎預(yù)警系統(tǒng)中無線傳輸模塊在整個系統(tǒng)中具有舉足輕重的作用，其性能的好壞直接決定了無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)某晒εc否、 數(shù)據(jù)的準確與否，這就要求系統(tǒng)必須對無線傳輸模塊進行認真、細致的選擇。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(yù)警能力。 系統(tǒng)設(shè)計的幾點考慮 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(yīng)工作在40～ +125℃ 溫度范圍。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。由河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 4 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 所示。此外還有延長輪胎使用壽命 ,節(jié)省燃油的功能。 河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 3 圖 前、后車輪轉(zhuǎn)速傳感器 當汽車行駛時 ,輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)接收 4 個車輪轉(zhuǎn)速傳感器的車輪轉(zhuǎn)速信號 ,進行綜合分析當某一個輪胎的氣壓太高或不足時 ,輪胎的直徑就會變大或變小 ,車輪的轉(zhuǎn)速也相應(yīng)產(chǎn)生變化監(jiān)測系統(tǒng)將車輪轉(zhuǎn)速的變化情況同預(yù)先儲存的標準值比較 ,就得出輪胎氣壓太高或不足 ,從點亮 LOW TIRE 報警燈。 3)復(fù)位開關(guān) 。 2 輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)的組成及工作原理 目前， 汽車胎壓監(jiān)視系統(tǒng)（ TPMS： Tire Pressure Monitoring System） 主要分為兩類 :一種是基于車輪速度的間接式 TPMS，它通過比較各個 車輪之間轉(zhuǎn)速的不同來間接判斷輪胎的氣壓狀態(tài)；而另一種是基于壓力傳感器的直接式 TPMS，這種系統(tǒng)通過在輪胎內(nèi)部直接安裝傳感器來測量輪胎內(nèi)部的溫度和壓力，然后通過無線的方式將數(shù)據(jù)發(fā)送到中央系統(tǒng)進行處理。 1． 2 研究趨勢 當今的汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)在實現(xiàn)方式都可以歸類為直接輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)和間接輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)。針對這一問題， 2020 年 7 月，美國國家公路交通安全管理局（ NHTSA）出臺相應(yīng)法案規(guī)定， 法案要求到 2020 年，所有在美國銷售的汽車都必須安裝輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)。而汽車胎壓監(jiān)視系統(tǒng)（ TPMS： Tire Pressure Monitoring System）毫無疑問將是理想的工具。 1． 1 課題的背景 據(jù)交警部門統(tǒng)計，輪胎爆胎、疲勞駕駛和超速行駛是造成高速公路交通事故的三個重要原因，其中輪胎爆胎由于其不可預(yù)測性和不可控制性而成為首要因素，在中國高速公路上發(fā)生的交通事故更有 70%是由輪胎爆胎引發(fā)的。 中國正進入家庭汽車的高速增長期，輪胎安全是汽車安全性能評價的重要指標，輪胎爆胎由于其不可預(yù)測性和不可控制而成為突發(fā)性交通事故發(fā)生的重要原因，造成巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡，極大地威脅著汽車的行駛安全。 恰當?shù)妮喬コ錃鈮毫κ潜ＷC汽車安全、平穩(wěn)行駛的關(guān)鍵因素。據(jù)統(tǒng)計，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。凡世通（ Firestone）輪胎的質(zhì)量問題，造成了超過千人的傷亡，此事引起了業(yè)界和美國政府的高度關(guān)注，普利斯通 /凡世通公司曾被迫一次收回 650 萬只輪胎。 并制定了輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)（ TPMS： Tire 河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 2 Pressure Monitoring System）的技術(shù)規(guī)范。通過技術(shù)和檢測模式的分析表明，間接測 量方法因測量精度低和在高速測量時存在盲區(qū)等弊端，這種方式將逐漸被淘汰。 2． 1 間接式 TPMS 間接式 TPMS是通過汽車 ABS系統(tǒng)的輪速傳感器來比較車輪之間的轉(zhuǎn)速差別 ,以達到監(jiān)視胎壓的目的。 4)輪胎壓力過低 (LOWTIRE)報警燈 。該類型系統(tǒng)的主要缺點是無法對兩個以上的輪胎同時缺氣的狀況和速度超過 100 公里 /小時的情況進行判斷。 TPMS 系統(tǒng)總體設(shè)計 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 LCD 組成。 圖 TPMS 系統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)框圖 圖 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。此后微控制器為從機，而接收器就變?yōu)橹鳈C。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。喚醒 TPMS 系統(tǒng)的接收部分，可以利用接收機的一個引腳 STROBE。因此，在傳輸部分的應(yīng)用、選型、設(shè)計時，系統(tǒng)依靠無線傳輸?shù)囊恍┗A(chǔ)理論做出選擇，在基于無線的輪胎爆胎預(yù)警系統(tǒng)中對系統(tǒng)性能具有較大影響的參數(shù)為 : 、輸出功率、連接網(wǎng)絡(luò)選擇、操作的頻率等； ，可靠傳輸?shù)木嚯x； 發(fā)動機和車輪轉(zhuǎn)動 產(chǎn)生的強電磁干擾 。 圖 輪胎模塊無線發(fā)射示意圖 無線傳輸?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。 無線傳輸方式的選擇 在短距離實用化的無線通訊系統(tǒng)中，目前主要有 3 種通訊方式 : 所謂藍牙 (Bluetooth)技術(shù)，實際上是一種短距離、低成本的無線連接技術(shù)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)語音和數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)拈_放性方案。 藍牙技術(shù)解決了小型移動設(shè)備間的無線互連問題。 RF 射頻芯片的通訊方式 射頻 (Radio Frequency，簡稱 RF)技術(shù)是一種無線通信技術(shù)，其利用電磁波為載波來傳輸信息。它可用于室外、開放或封閉的室內(nèi)辦環(huán)境。 紅外技術(shù) (Infrared Data Association 簡稱 IrDA)是一種短距離紅外線通訊技術(shù)，適合于低成本、跨平臺、點對點高速數(shù)據(jù)連接。相對簡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。 輪胎爆胎預(yù)警系統(tǒng) 設(shè)計中較關(guān)鍵的一點是數(shù)據(jù)的傳輸部分。圖 /接收電路基本結(jié)構(gòu)框圖。天線是無源器件，因此發(fā)射天線所輻射的功率不可能比來自發(fā)射機并進入天線的功率更大，實際上，由于損耗的存在，前者總是比后者要小。在許多應(yīng)用中，要考慮對天線的電磁能量的比吸收率（ SAR）都應(yīng)盡可能地小。 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。這種天線不僅易制作，而且可以通過高速長度來適應(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、 微控制器和無線射頻收發(fā)模塊幾個部分組成。 (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 89C205l，片內(nèi)含有2KB 的 Flash 程序 存儲器 和 128 B 的片內(nèi) RAM。當工作電壓在 3V 時， 電流 相當于 6V 工作時的1／ 4，空閑時為 1mA，掉電時僅為 20mA。 (3)無線射頻發(fā)射芯片 MC33493 河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 10 摩托羅拉的 MC33493 器件是高溫集成 UHF 無線電發(fā)送模塊。該芯片采用 LQFP24 封裝 ，工作頻率在 300～ 450MHz 頻段，電壓在 ～ 范圍內(nèi)；接收靈敏度高達 103dBm。 河