汽車胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案(編輯修改稿)
2024-12-13 18:59 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 件、硬件與 MCS51完全兼容。其片內(nèi)程序的電可擦寫(xiě)特性，使得開(kāi)發(fā)與試驗(yàn)比較容易。 (3)無(wú)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(wú)線電發(fā)送模塊?？蛇M(jìn)行OOK(OnOff Keying)或者 FSK(Frequency Shift Keying)兩種調(diào)制方式。該芯片采用 TSSOP14 封裝，工作在 300～ 450 MHz 頻段；具有 FSK 和 OOK調(diào)制和解調(diào)能力，抗干擾能力強(qiáng)，適合工業(yè)控制應(yīng)用；采用 PLL 頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性好；具有較小的發(fā)射功率，最大發(fā)射功率達(dá) ；數(shù)據(jù)速率可達(dá) ／ s； ～ 低工作電壓；功耗低，發(fā)射時(shí)電流 ，發(fā)射待機(jī)狀態(tài)僅為 (工作溫度在 125℃ )。 圖 MC33493 引腳 (4)無(wú)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(wú)線電接收模塊。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(dá) 103dBm。芯片最大的特點(diǎn)是帶有一串行外設(shè)接口SPI(Serial Peripheral Intelface)。通過(guò) SPI，它允許 CPU 與各種外圍接口器件以串行方式進(jìn)行 通信 ，交換信息。 SPI 接口使用四條線：串行時(shí)鐘線 (SCK)，主機(jī)輸入／從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線 MISO，主機(jī)輸出／從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線 MOSI 和低電平有效的從機(jī)選擇線 RESET。 河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 11 圖 MC33594 引腳 圖 無(wú)線發(fā)射接口電路 TPMS 系統(tǒng)中的無(wú)線接口電路硬件設(shè)計(jì) TPMS 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)。 (1)無(wú)線發(fā)射接口電路設(shè)計(jì) 河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 12 無(wú)線發(fā)射電路由發(fā)射芯片 MC3349 AT89C2051 單片機(jī)和電平轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。發(fā)射模塊中，引腳 3(BAND 引腳 )接 3V 高電平，表示系統(tǒng)發(fā)射頻率為434MHz，用于選擇工作頻率；引腳 14(MODE 引腳 )接高電平，表示系統(tǒng)選擇FSK 調(diào)制模式。 FSK 調(diào)制方式定義為一個(gè)信號(hào)的兩個(gè)不同的頻移值分別表示數(shù)字高、低兩種電平。在這個(gè)系統(tǒng)中，低頻移表示數(shù)字高電平，高頻移表示數(shù)字低電平。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(lái)實(shí)現(xiàn)。與CFSK 引腳相連的有一內(nèi)部 開(kāi)關(guān) ，用以選通下拉電容 C1。當(dāng) DATA=O 時(shí) (MODE引腳置高電平 )，開(kāi)關(guān)關(guān)閉，此時(shí)輸出高頻移；當(dāng) DATA=1 時(shí)，開(kāi)關(guān)接通，此時(shí)輸出低頻移，這就實(shí)現(xiàn)了 FSK 調(diào)制方式，也就是說(shuō)，如果載波頻率是 而且總的頻偏是士 △ f(MHz)，則數(shù)字高電平表示為 △ f，數(shù)字低電平表示為 MHz+△ f。由于 MC33493 工作電平最大為3V，而微 控制器 89C2051 工作電平最大為 5V，要實(shí)現(xiàn)連接就必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)供電為 5V，通過(guò)電平轉(zhuǎn)換電路為發(fā)射芯片供電。其發(fā)射芯片 MC33493通過(guò)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。它與 89C2051 單片機(jī)及接收機(jī)一起構(gòu)成無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)射系統(tǒng)。 (2)無(wú)線接收接口電路設(shè)計(jì) 無(wú)線接收接口電路主要由接收芯片 MC33594與 AT89C2051單片機(jī)構(gòu)成 。接收芯片 MC33594 通過(guò) SPI 接接口與單片機(jī) AT89C2051 的 I／ O 口相連。該電路中，利用 AT89C2051 單片機(jī)的 I／ O 口模擬 SPI 接口，通過(guò)用軟件控制的方式來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送；利用并口 來(lái)模擬 SPI 的 SCK 輸出端， 模擬 MCU 的數(shù)據(jù)輸出端 (MOSI)， 模擬 SPI 的數(shù)據(jù)輸入端 (MISO)， 模擬 SPI 的從機(jī)選擇端 RESET。在接收之前，首先置 RESET 引腳為低電平，使接收機(jī)變?yōu)閺臋C(jī)，而單片機(jī)變?yōu)橹鳈C(jī)。單片機(jī)通過(guò) MOSI 信號(hào)線將單片機(jī)內(nèi)的程序?qū)懭虢邮諜C(jī)的配置寄存器里對(duì)接收機(jī)進(jìn)行配置，配置好后再置： RESET引腳為高電平。此時(shí)單片機(jī)變?yōu)閺臋C(jī)，而接收機(jī)變?yōu)橹鳈C(jī)，它產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，同時(shí)數(shù)據(jù)由 RFIN 端接入，經(jīng)低噪聲放大器放大后送入混頻器，使 其變換成中頻。在中頻級(jí)，經(jīng)變換的信號(hào)在送入解調(diào)器之前被放大和濾波。 河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 13 圖 無(wú)線接收接口電路 為了與 MC33594 接收機(jī)所設(shè)定的 SPI 工作狀態(tài)在邏輯時(shí)序上協(xié)調(diào)一致，要使串行時(shí)鐘輸出 的初始狀態(tài)為 1，在選通 MC33594 后，置 為 O。此時(shí) AT89C2051 單片機(jī)輸出 1 位 SCK 時(shí)鐘，同時(shí)，使 MC33594 串行左移，從而輸出 1 位數(shù)據(jù)至 AT89C2051 單片機(jī)的 (模擬 MCU 的 MISO 線 )，再置 為 1，使 AT89C2051 單片機(jī)從 輸出 1 位數(shù)據(jù) (先為高位 )至AT89C2051 單片 機(jī)。至此模擬 1 位數(shù)據(jù)輸入輸出完成。以后再置 為 0，模擬下一位的輸入輸出。依此循環(huán) 8 次，可完成 1 次通過(guò) SPI 傳輸 8 位數(shù)據(jù)的操作。其程序包括 MCU 串行輸入、串行輸出和串行輸入／輸出 3 個(gè)子程序。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)。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。 通信協(xié)議 河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 14 為了實(shí)現(xiàn) 4 個(gè)輪胎模塊與中央接收模塊進(jìn)行 無(wú)線通信 的目的，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)都需要按要求支持一個(gè)簡(jiǎn)單的通信協(xié)議。數(shù)據(jù)以 9600bps 的速率傳送，采用 FSK 調(diào)制時(shí)，其發(fā)射方必須采用曼徹斯特編碼方式，只有這樣的碼型接收機(jī)才能夠接收。曼徹斯特編碼就是一個(gè)數(shù)字信號(hào)值在每一個(gè)比特位周期內(nèi)作高、低電平之間切換。前半周期低電平后半周期高電平表示數(shù)字 O，而先高后低表示數(shù)字 1。輪胎模塊以數(shù)據(jù)包 (幀 )的形式發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)輪胎模塊中的 MCU 決定要發(fā)送數(shù)據(jù) (由傳感器采集到的溫度、壓力數(shù)據(jù) )時(shí)，通過(guò)發(fā)送數(shù)據(jù)幀的前導(dǎo)位喚醒接收模塊，隨后發(fā)送數(shù)據(jù)幀，其數(shù)據(jù)幀格式如下： 前導(dǎo)位 設(shè)備 ID 壓力值 溫度值 狀態(tài)值 校驗(yàn)和 停止位 16 32 8 8 8 8 2 ① 前導(dǎo)位。前同步碼的 度為 16 位位且總設(shè)置為 0xFB86。這樣處理有三個(gè)目的： ◇ 0xF(1111)—— Romeo2 至少需要 4 位的前同步碼來(lái)喚醒它，并讓它的內(nèi)部電路穩(wěn)定。 ◇ 0xB8(1100 1000)—— Rome02 中的寄存器 2 被 編程 為0xB8，這樣使前同步碼中的 0xB8 數(shù)據(jù)被驗(yàn)證并接通 數(shù)據(jù)管理器。 ◇ 0x6(0110)—— Romeo2 中報(bào)頭被使能，它指示有實(shí)際的數(shù)據(jù)跟隨 (以設(shè)備 ID 開(kāi)始 )。 ② 設(shè)備 ID。設(shè)備 ID 長(zhǎng)度為 32 位。當(dāng)每一個(gè) TPM 輪胎模塊 MCU(RF2)被刷新，設(shè)備 ID 被編程地址為 0x7800～ 0x7803。這個(gè) lD 在實(shí)際中有很多用處，比如制造商的信息等；但是在這個(gè)演示模塊中，它僅被用來(lái)專門(mén)表示辨認(rèn)輪胎的信息，所以 ID 的 4 個(gè)字節(jié)在每一個(gè)數(shù)據(jù)幀接收后都要被檢測(cè)。如果 ID 不匹配，數(shù)據(jù)幀就會(huì)被忽略。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(lái)指示輪胎的位置。 ③ 壓力值。壓力數(shù)據(jù)占 8 位， 代表測(cè)量的輪胎壓力值。 ④ 溫度值。溫度數(shù)據(jù)占 8 位，代表被測(cè)量的輪胎溫度值。 ⑤ 狀態(tài)位。狀態(tài)位長(zhǎng)度為 8 位，用以表示輪胎模塊的電源電壓的變化及對(duì)應(yīng)輪胎 ID 匹配的位，目的是不需要接收機(jī)的 MCU 重復(fù)檢查輪胎 ID。 ⑥ 校驗(yàn)和。校驗(yàn)和長(zhǎng)度為 8 位，它的內(nèi)容取決于傳輸數(shù)據(jù)，主要是為了提高傳輸數(shù)據(jù)的可靠性。 ⑦ 停止位。停止位的長(zhǎng)度為 2 位，用來(lái)指示數(shù)據(jù)幀的結(jié)束。 河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 15 輪胎模塊傳輸程序流程 因?yàn)檩喬ツK要適應(yīng)長(zhǎng)期工作，考慮到輪胎運(yùn)轉(zhuǎn)的平衡等因素又不能選擇大的電池，因此輪胎模塊傳輸程序的算法選擇不但要
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