【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 行模式：調(diào)試模式(工廠(chǎng)診斷用)、初始化模式、睡眠模式（休眠）和測(cè)量模式。下面對(duì)4個(gè)運(yùn)行模式的功能進(jìn)行介紹： (1) 調(diào)試模式主要執(zhí)行產(chǎn)品出廠(chǎng)的一些內(nèi)部測(cè)試和診斷功能。具體包括傳感器測(cè)試和射頻測(cè)試兩部分。 (2) 初始化模式接收主機(jī)給定的ID碼和級(jí)別判定閥值。 (3) 睡眠模式以最低的功耗運(yùn)行，響應(yīng)系統(tǒng)的運(yùn)行要求。 (4) 測(cè)量模式測(cè)量模式主要完成以下功能： (1) 定時(shí)測(cè)量輪胎壓力、溫度； (2) 壓力在不同級(jí)別區(qū)域內(nèi)有報(bào)警時(shí)，同一個(gè)級(jí)別只上報(bào)一次； (3) 壓力無(wú)變化，固定間隔時(shí)間段上報(bào)一次壓力、溫度； (4) 保證系統(tǒng)可靠性，系統(tǒng)每隔一定時(shí)間復(fù)位一次； （5）不同級(jí)別報(bào)警同時(shí)出現(xiàn)，則以高溫、高壓、低壓級(jí)別的優(yōu)先級(jí)報(bào)警。3輪胎模塊設(shè)計(jì) 汽車(chē)輪胎壓力監(jiān)測(cè)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(jī)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(wú)線(xiàn)傳輸功能。主機(jī)模塊安置于汽車(chē)駕駛室內(nèi)，主要完成信息的無(wú)線(xiàn)接收、數(shù)據(jù)處理、聲光報(bào)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 所示。 在系統(tǒng)的工作運(yùn)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(jī)必須依靠無(wú)線(xiàn)方式來(lái)完成數(shù)據(jù)信息的傳輸，才能將輪胎的狀態(tài)信息實(shí)時(shí)地提供給駕駛員。因此，輪胎模塊與主機(jī)模塊之間的無(wú)線(xiàn)通信是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵，同時(shí)，這也是系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)之一。 輪胎模塊硬件設(shè)計(jì) 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(jì)中盡量減少芯片外圍器件的數(shù)量，設(shè)計(jì)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(mǎn)足系統(tǒng)要求。根據(jù)輪胎模塊實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能，可細(xì)分為核心微控制器、測(cè)量電路和發(fā)射電路3個(gè)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(cè)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。 圖 芯片介紹MPXY8300 是 Freescale 公司的20引腳集成芯片，它在一個(gè)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(shí)對(duì)輪胎的壓力和溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量和處理，并實(shí)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果的數(shù)字化輸出，以無(wú)線(xiàn)射頻的方式發(fā)射出去，該芯片具有 ～ 的寬范圍工作電壓，工作溫度為－40℃～＋125℃，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(gè)小器件，它對(duì)每個(gè)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(PCHIP)； (4)內(nèi)置Z軸和X軸加速傳感器(gCell)。MCU使用標(biāo)準(zhǔn)的串行外設(shè)接口(SPI)和RFX進(jìn)行接口連接，從而在RFX內(nèi)形成獨(dú)立的數(shù)據(jù)和地址總線(xiàn)結(jié)構(gòu)。PChip和 gCell均與MCU進(jìn)行接口連接。 MPXY8300 工作流程為了實(shí)現(xiàn)低功耗及20引腳的超小外形封裝(SOIC)，MPXY8300還進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(jì)。MPXY8300的20管腳SOIC封裝管腳輸出如圖 所示 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(hào)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(hào)輸出給ADC；(4)8位MCU自帶512B的RAM16KB的FLASH；(5)過(guò)溫保護(hù)；(6)供電電源電量測(cè)量；(7)電池低功耗設(shè)計(jì)；(8)內(nèi)置LFO驅(qū)動(dòng)的低功耗喚醒定時(shí)器和周期復(fù)位。 MPXY8300 傳感器工作模式 溫度通過(guò)ADC10通道1中內(nèi)置的△VB傳感器進(jìn)行溫度測(cè)量，采用固件子例程可以獲得溫度測(cè)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(gè)測(cè)量的輸出可以用作過(guò)溫關(guān)閉機(jī)制，在溫度非常高的情況下(可能對(duì)電池造成過(guò)度壓力)防止RF發(fā)射，節(jié)省電能。 電壓測(cè)量可以在內(nèi)部帶隙上進(jìn)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(cè)量電源電壓，ADC轉(zhuǎn)換器采用通道直接進(jìn)行電壓測(cè)量，因?yàn)閹秴⒖伎偸窃?ADC 轉(zhuǎn)換過(guò)程中加電，采用固件子例程可以獲得基于帶隙參考計(jì)算的VDD電壓測(cè)量值，這個(gè)子程序?qū)⒄_的位排序，獲得與電壓測(cè)量值，然后將其轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換函數(shù)。 加速度測(cè)量包含一個(gè)模擬接口(ACI)與加速度傳感單元連接。控制單元上的控制位運(yùn)行ACI給gCell 供電，獲得電壓，然后由ADC進(jìn)行轉(zhuǎn)換。gCell的信號(hào)調(diào)整先是電容到電壓的轉(zhuǎn)換(CV)，然后是交換式電容放大器。這個(gè)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、CV 轉(zhuǎn)換器、采樣保持器、緩沖和修正寄存器都在MCU上，gCell是單獨(dú)的硅器件，與 PChip，RFX 和 MCU分開(kāi)安裝在同一個(gè)封裝中[14]。如表 ，傳感器的幾種工作模式是通過(guò)引腳 BKGD的輸入電壓來(lái)選擇的。測(cè)量結(jié)果模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換是通過(guò)8級(jí)門(mén)限電平比較，采用連續(xù)逼近算法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。以電壓方式存儲(chǔ)測(cè)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 MPXY8300的工作模式S1S2工作模式工作電流串行數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器壓力測(cè)量系統(tǒng)溫度檢測(cè)系統(tǒng)A/D輸出比較LFO晶體00空閑/復(fù)位OFFOFFOFFON工作01壓力檢測(cè)OFFOFFOFFON復(fù)位10溫度檢測(cè)OFFONOFFON復(fù)位11數(shù)據(jù)輸出OFFOFFONON工作 發(fā)射電路是實(shí)現(xiàn)輪胎模塊與主機(jī)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(xiàn)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(jī)模塊的射頻接收器MC33594相對(duì)應(yīng)的射頻接收芯片進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通訊。MC33493內(nèi)部簡(jiǎn)化圖如圖 MC33493是一種 PLL 調(diào)諧的低功耗 UHF 發(fā)射器。通過(guò)幾個(gè)數(shù)字輸入針腳，微控制器可以控制不同的運(yùn)行模式，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(cè)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(guò)VCO后得到數(shù)據(jù)發(fā)射所需的輸出頻率[15]，準(zhǔn)確的發(fā)射輸出頻率可由式(31)得出： （式31）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(jìn)制加權(quán)值的十進(jìn)制；AFREQ控制位通過(guò)RFX復(fù)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(shí)鐘提供正確的分頻。對(duì)任何載波頻率來(lái)說(shuō)，所以所需外部晶振為 。CF控制位通過(guò)RFX復(fù)位清除。表32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315高電平434發(fā)射機(jī)MPXY8300的內(nèi)部集成模塊MC33493提供一個(gè)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(guò) Dx 信號(hào)給 MCU 的參考時(shí)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(guò) RFX 復(fù)位清零[16]；如表 所示，發(fā)射器為輸入數(shù)據(jù)提供的同步時(shí)鐘選擇的兩種模式。CKREF控制位輸入電平時(shí)鐘模式0時(shí)鐘信號(hào)禁用1時(shí)鐘連接到MCU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(xiàn)（Antenna）。圖 是射頻發(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(chēng)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(xiàn)性度等功能。天線(xiàn)是無(wú)線(xiàn)射頻通信系統(tǒng)中不可或缺的組成部分。無(wú)線(xiàn)通信是靠空間的電磁波來(lái)傳遞信息，而電磁波的產(chǎn)生和接收都必須由天線(xiàn)來(lái)完成。 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。 軟件設(shè)計(jì)分成兩個(gè)部分：發(fā)射模塊軟件設(shè)計(jì)和接收模塊軟件設(shè)計(jì)。除了通訊協(xié)議外，這兩個(gè)部分的軟件設(shè)計(jì)沒(méi)有直接的聯(lián)系。軟件設(shè)計(jì)語(yǔ)言采用C語(yǔ)言。本節(jié)主要介紹了使用語(yǔ)言編程的優(yōu)點(diǎn)，描述了系統(tǒng)兩個(gè)模塊之間的通訊協(xié)議，并對(duì)發(fā)射模塊的工作流程進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明。發(fā)射模塊的軟件設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)的采集、判斷、傳輸?shù)葞状蠊δ堋? C 語(yǔ)言是一種從匯編語(yǔ)言向高級(jí)語(yǔ)言過(guò)渡的語(yǔ)言，因此它既有某些匯編語(yǔ)言的影子，又有高級(jí)語(yǔ)言的特征。C 語(yǔ)言具有豐富的位操作運(yùn)算符，允許直接訪(fǎng)問(wèn)物理地址，能實(shí)現(xiàn)匯編語(yǔ)言的大部分功能。C 語(yǔ)言在大多數(shù)情況下其機(jī)器代碼生成效率和匯編語(yǔ)言相差不大，但可讀性和可移植性卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)匯編語(yǔ)言，而且 C 語(yǔ)言還可以嵌入?yún)R編來(lái)解決高時(shí)效性的代碼編寫(xiě)問(wèn)題。因此本系統(tǒng)編程語(yǔ)言選用 C 語(yǔ)言。無(wú)線(xiàn)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(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信時(shí),數(shù)據(jù)都是以數(shù)據(jù)幀的格式傳輸。在無(wú)線(xiàn)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(jìn)制字節(jié)方式,一種是十六進(jìn)制的ASCII方式。二進(jìn)制字節(jié)方式中,字節(jié)代表其本身,而十六進(jìn)制ASCII方式則是由兩個(gè)字節(jié)表示一個(gè)實(shí)際數(shù)據(jù)字節(jié),因此其效率只有二進(jìn)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(biāo)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(jìn)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(duì)于MC33594來(lái)說(shuō),一組報(bào)文包括報(bào)頭、ID、頭字以及數(shù)據(jù)。在使用前ID的值存儲(chǔ)在配置寄存器CRZ中。ID字像數(shù)據(jù)一樣發(fā)送。報(bào)頭可以按需放在ID前,或者頭字前,或者數(shù)據(jù)前面。報(bào)頭的內(nèi)容要確定,否則它可能會(huì)被MC33594當(dāng)成ID或者頭字。在FSK調(diào)制下,報(bào)頭可以是4個(gè)“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(bǔ)碼。數(shù)據(jù)是以EOM(endofmessage)字結(jié)尾,它由2個(gè)不歸零碼組成。如果在解碼中,MC33594收到的是頭字的補(bǔ)碼,則它解碼后輸出的數(shù)據(jù)也是以原數(shù)據(jù)的補(bǔ)碼形式出現(xiàn)的。 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(jiàn),MC33594的報(bào)頭,ID以及頭字統(tǒng)一用報(bào)頭表示,這樣報(bào)頭將是4個(gè)字節(jié)16位。數(shù)據(jù)是按幀發(fā)送的, 幀數(shù)據(jù)報(bào)頭設(shè)備ID壓力溫度狀態(tài)校驗(yàn)和結(jié)束字16位32位8位8位8位8位2位 報(bào)頭設(shè)置成0xFB86。由上面所述可知,MC33594的報(bào)頭占4位,可以設(shè)置“1111”。ID采用其默認(rèn)值“10111000”,該值存在CR2中,可以根據(jù)需要進(jìn)行改變。頭字是固定的4位“0110”。頭字是整幀數(shù)據(jù)報(bào)頭的最后部分,它不會(huì)被解碼。也就是說(shuō)MC33594輸出的數(shù)據(jù)從設(shè)備ID開(kāi)始。設(shè)備ID是32位長(zhǎng)。這個(gè)ID用于標(biāo)定產(chǎn)品信息。前16位保留用于以后擴(kuò)展,現(xiàn)在先設(shè)置為0xFF。后16位分別標(biāo)定產(chǎn)品信息和輪胎編號(hào)。輪胎編號(hào)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(huì)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(cè)量的壓力數(shù)值,它是個(gè)8位的值。溫度代表了傳感器測(cè)量的溫度數(shù)值,它也是個(gè)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(yàn)和是8位數(shù)據(jù),