【正文】 器件是高溫集成 UHF 無線電發(fā)送模塊。 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。 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。 RF 射頻芯片的通訊方式 射頻 (Radio Frequency，簡(jiǎn)稱 RF)技術(shù)是一種無線通信技術(shù)，其利用電磁波為載波來傳輸信息。因此，在傳輸部分的應(yīng)用、選型、設(shè)計(jì)時(shí)，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(duì)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(dòng)機(jī)和車輪轉(zhuǎn)動(dòng) 產(chǎn)生的強(qiáng)電磁干擾 。 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(jī)，單片機(jī)發(fā)送一使能信號(hào) ENABLE 給發(fā)射器。 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(dá)到監(jiān)視胎壓的目的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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。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。 3)復(fù)位開關(guān) 。接收機(jī)通過天線接收到信號(hào)后，首先置 RESET 引腳 (用于 設(shè)置 主從模式 )為一低電平，此時(shí)微控制器 為主機(jī)，通過 MOSI 線來設(shè)置作為從機(jī)的接收器內(nèi)的寄存器，設(shè)置好以后置 RESET 腳為高電平。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。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。 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）。最簡(jiǎn)單的天線是 1/4 波長單極印制天線。 圖 MC33493 引腳 (4)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。系統(tǒng)供電為 5V，通過電平轉(zhuǎn)換電路為發(fā)射芯片供電。MCU 串行輸入是從接收機(jī)的 MISO 線上接收 8 位數(shù)據(jù)并放入寄存器 R0 中；串行輸出是將 AT89C2051 單片機(jī)中 R0 寄存器的內(nèi)容傳送到接收機(jī)的 MOSI 線上；串行輸入／輸出將 AT89C2051 單片機(jī) R0 寄存器的內(nèi)容傳送到 MC33594的 MOSI 線上，同時(shí)從 MC33594 的 MISO 線上接收 8 位數(shù)據(jù)。當(dāng)接收機(jī)發(fā)現(xiàn)某個(gè) ID 匹配，它就修改狀態(tài)字節(jié)來指示輪胎的位置。發(fā)射程序流程如圖 所示。 TPMS發(fā)射機(jī)的生產(chǎn) 工藝 也要求很高，比如采用密封、灌膠等工藝，還要在生產(chǎn)過程中設(shè)計(jì)諸多的環(huán)境試驗(yàn)。 PCB 尺寸過大時(shí)，印制線條長，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也增加；過小，則散熱不好，且鄰近線條易受干擾。 (3)在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數(shù)。此外，盡量避免使用大面積銅箔，否則．長時(shí)間受熱時(shí)，易發(fā)生銅箔膨脹和脫落現(xiàn)象。如有可能，接地線應(yīng)在 23mm 以上。 注：電路板檢查應(yīng)重復(fù)兩三次。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成， 安 老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和 不懈的支持。應(yīng)用該系統(tǒng)能夠在一定程度上預(yù)防輪胎爆胎的發(fā)生，從而提高汽車高速行駛的安全性，具有很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 電路焊接完畢，酒精浸泡 10 分鐘左右，用刷子洗刷干凈，晾干。高頻電路宜采用多點(diǎn)串聯(lián)接地，地線應(yīng)短而租，高頻元件周圍盡量用柵格狀大面積地箔。當(dāng)然，只要允許，還是盡可能用寬線．尤其是電源線和地線。 (5)應(yīng)留出印制扳定位孔及固定支架所占用的位置。本設(shè)計(jì)采用雙層板，其簡(jiǎn)單制作工藝流程如下 : 雙層板印制板 :CAM 光繪 下料 CNC 鉆孔 電鍍 圖轉(zhuǎn)電鍍 蝕刻 中檢 網(wǎng)印阻焊圖形常用綠油 UV 固化 網(wǎng)印字符標(biāo)記圖形 UV 固化 熱風(fēng)整平 銑外形 電氣開短路測(cè)試 最終檢驗(yàn)包裝 包裝成品出廠。數(shù)據(jù)接收率是指接收機(jī)能否可靠地收到發(fā)射機(jī)發(fā)射的每一幀數(shù)據(jù)，不僅涉及接收機(jī)的靈敏度和發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率，還有一個(gè)重要的影響因素：當(dāng)發(fā)射機(jī)裝入輪胎而接收機(jī)放入車內(nèi)時(shí)，車體本身相當(dāng)于一個(gè)屏蔽盒，對(duì)信號(hào)的衰減相當(dāng)大，再加上多個(gè)發(fā)射機(jī)的數(shù)據(jù)沖突及 周圍環(huán)境的干擾等，導(dǎo)致系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接收率較低。 發(fā)射模塊發(fā)射程序流程 關(guān)閉中斷后，進(jìn)行電源檢測(cè)。設(shè)備 ID 長度為 32 位。至此模擬 1 位數(shù)據(jù)輸入輸出完成。發(fā)射芯片的 FSK 調(diào)制方式由與晶振串聯(lián)的下拉負(fù)載電容 C1 來實(shí)現(xiàn)。其片內(nèi)程序的電可擦寫特性，使得開發(fā)與試驗(yàn)比較容易。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。 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)的無線傳輸方式。雖然 WLAN 通過一個(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)上說它是一種代替電纜的技術(shù)。在輪胎爆胎預(yù)警系統(tǒng)中無線傳輸模塊在整個(gè)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(zhǔn)確與否，這就要求系統(tǒng)必須對(duì)無線傳輸模塊進(jìn)行認(rèn)真、細(xì)致的選擇。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。 2 輪胎氣壓監(jiān)測(cè)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(gè) 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(cè)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(jìn)行處理。 1． 1 課題的背景 據(jù)交警部門統(tǒng)計(jì)，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(gè)重要原因，其中輪胎爆胎由于其不可預(yù)測(cè)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。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。 4)輪胎壓力過低 (LOWTIRE)報(bào)警燈 。此后微控制器為從機(jī)，而接收器就變?yōu)橹鳈C(jī)。 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。它可用于室外、開放或封閉的室內(nèi)辦環(huán)境。圖 /接收電路基本結(jié)構(gòu)框圖。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(gè)部分組成。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(dá) 103dBm。其發(fā)射芯片 MC33493通過電平轉(zhuǎn)換芯片與單片機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳送。由 MOSI 引腳將接收到的數(shù) 據(jù)送入到單片機(jī)，這樣數(shù)據(jù)就可以在 PC 機(jī)上進(jìn)行顯示了。 ③ 壓力值。 圖 發(fā)射模塊發(fā)射程序流程 圖 接收模塊接收程序流程 接通電源后，接收機(jī)先后自行初始化和配置。發(fā)射機(jī)外殼的環(huán)境要求和基于對(duì)各種塑料材料的特性分析，采用尼龍、玻纖等合成材料設(shè)計(jì)發(fā)射機(jī)外殼，達(dá)到了抗振動(dòng)、抗沖擊、耐高低溫等設(shè)計(jì)要求；另外，對(duì)發(fā)射機(jī)的制作采用灌膠密封的方式，即使將發(fā)射機(jī)全部浸沒水中，也可以正常 發(fā)射數(shù)據(jù)。在確定PCB 尺寸后．再確定特殊元件的位置。一般電路應(yīng)盡可能使元器件平行排列。必須用大面積銅箔時(shí)，最好用柵格狀 .這樣有利于排除銅箔與基板間粘合劑受熱產(chǎn)生的 揮發(fā)性氣體。 (3)接地線構(gòu)成閉環(huán)路。 6 調(diào)試