【正文】 MC33594 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為射頻部分和控制部分，射頻信號(hào)通過(guò) LNA(低噪音放大器 )放大，進(jìn)入 I/Q Mrs (輸出 /輸入混頻器 )模塊后，經(jīng) IF Filter (中頻濾波器 )得到頻率為 300~500MHz 波長(zhǎng)的信號(hào)再經(jīng)放大、調(diào)制解調(diào)，最后通過(guò) SPI 總線(xiàn)與外圍微控制器相連接。 射頻部分由能消除鏡像干擾的混頻器、 660kHz 的中頻帶通濾波器、自動(dòng)增益控制級(jí)和 OOK/FSK 解調(diào)器組成；控制部分則包含有數(shù)據(jù)管理器、配置寄存器、串行接口、狀態(tài)控制器等。 微控制器可通過(guò)引腳 STROBE 選通 MC33594，也可讓 MC33594 內(nèi)部工作在等待 休眠循環(huán)模式下來(lái)降低功耗，在引腳 STROBE 上加高電平就能將處于休眠狀態(tài)的 MC33594 激活。當(dāng)接收電路工作在 315MHz 頻段時(shí)，應(yīng)選擇 晶振；工作在 434MHz 時(shí)，選 的晶振。圖 是胎壓接收顯示模塊 MC33594 的接收電路圖。 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 圖 MC33594 的接收電路 與發(fā)射電路相對(duì)應(yīng)的是，接收電路同樣工作在 434MHz 頻段， MC33594 的 50Ω匹配網(wǎng)絡(luò)由 L L L C C C C C7組成。這些參數(shù)將相應(yīng)的阻抗天線(xiàn)匹配到 MPXY8300功率放大器的輸出阻抗，從而提高天線(xiàn)的強(qiáng)度。 C C C C11 為濾波電路，降低噪聲，提高可靠性。 U2 為晶振，我們選用自由頻率段 為調(diào)制頻率，相應(yīng)的晶振值為24MHz。 射頻接收單元采用 MC33594,它是一個(gè) UHF 接收器。處理芯片采用 STC12C5416AD 芯片 ,顯示單元采用 LED 燈 來(lái)顯示。接收到的數(shù)據(jù)由 MC33594 按一定格式通過(guò) SPI 接口傳送到STC12C5416AD 中進(jìn)行處理 ,并通過(guò) LED 燈的點(diǎn)亮來(lái)對(duì)相應(yīng)輪胎進(jìn)行報(bào)警。 顯示及報(bào)警電路設(shè)計(jì) 顯示及報(bào)警電路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的信息顯示及聲光報(bào)警功能。電路由液晶顯示模塊、 I/O 擴(kuò)展芯片、 5個(gè)發(fā)光二極管 (LED)及蜂鳴片構(gòu)成，駕駛員可通過(guò)液晶顯示的信息獲知各輪胎的狀態(tài)，并通過(guò) LED 和蜂鳴片的報(bào)警提示獲知故障輪胎位置。圖 給出了主機(jī)模塊的系統(tǒng)顯示及報(bào)警電路。 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 圖 示及報(bào)警電路 顯示電路設(shè)計(jì) 采用的 LCD液晶顯示器是由長(zhǎng)沙太陽(yáng)人電子有限公司生產(chǎn) SMS0318B。它是一種被動(dòng)矩陣式的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)碼筆段型液晶顯示模塊，采用數(shù)碼筆段型液晶顯示器 (LCD)，可顯示 3 位數(shù)字 +20 組字符，寬電壓工作范圍，微功耗，簡(jiǎn)易 LED 點(diǎn)背光，與 MCU 單片機(jī)采用三線(xiàn)式串口連接，廣泛應(yīng)用于手持式儀器儀表 [22]。 它的主要技術(shù)參數(shù)：模塊工作電壓 ～ 背光、工作電壓為 +5V、工作電流 300uV、背光源工作電流： 20mA、顯示方式為半透半發(fā)射式正顯示 (藍(lán)色 )。它的工作電壓也為 +5V，同時(shí)具有功耗底等優(yōu)點(diǎn)是本設(shè)計(jì)的理想器件。該顯示模塊的地址映射表如表 。 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 表 LCDRAM D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 Z3 Z4 Z7 Z8 Z1 Z2 Z5 Z8 2 / / / / Z14 Z15 Z10 Z9 4 A1 B1 C1 H1 F1 G1 E1 D1 6 A2 B2 C2 H2 F2 G2 E2 D2 8 A3 B3 C3 Z17 F3 G3 E3 D3 報(bào)警電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的報(bào)警電路采用聲光報(bào)警方式來(lái)提示異常 的輪胎工作狀態(tài)，通過(guò)蜂鳴片、 4 個(gè)輪胎位置報(bào)警 LED 和 1個(gè)系統(tǒng)狀態(tài) LED 來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)報(bào)警功能。 由于 KX8 的 I/O口資源較少，在接收電路、串口通信、顯示電路的口資源占用后，僅剩下 PTB 端口的兩個(gè) I/O 口可供利用，但按系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，需要 5個(gè) LED 提示報(bào)警，為此需要可行的擴(kuò)展 I/O口設(shè)計(jì)。周立功公司的 PCF8574 是采用 2線(xiàn)制串行 I2C 總線(xiàn)協(xié)議的并行口擴(kuò)展電路，通過(guò)兩條雙向總線(xiàn)可使大多數(shù) MCU 實(shí)現(xiàn)一個(gè) 8位準(zhǔn)雙向口的遠(yuǎn)程 I/O 口擴(kuò)展。 PCF8574 消耗很低，且端口輸出鎖存具有大電流驅(qū)動(dòng)能力，可直接驅(qū)動(dòng) LED。工作電壓 ～ ，可與大多數(shù) MCU 兼容，符合系統(tǒng)主機(jī)電路的使用條件。 PCF8574 將 PTBPTB3 口通過(guò) 2線(xiàn)制的 I2C 協(xié)議擴(kuò)展為 8個(gè)可并行操作的 I/O 口，擴(kuò)展后的每個(gè) I/O 口都能直接驅(qū)動(dòng) LED。 在系統(tǒng)的 5 個(gè)報(bào)警 LED 中， 1～ 4 號(hào) LED 分別表示汽車(chē)左前、右前、左后和右后 4 個(gè)位置的輪胎： (1) LED 不亮，壓力信息正常，這也是 1～ 4 號(hào) LED 絕大多數(shù)時(shí)間所處的狀態(tài)。 (2) LED 閃爍，輪胎模塊需要服務(wù)：表示該輪胎內(nèi)的電池電壓不足；較長(zhǎng)時(shí)間未接收到該輪胎模塊發(fā)送的信息，可 能存在技術(shù)故障。 (3) LED 持續(xù)亮，接收的壓力數(shù)據(jù)表示該輪胎的當(dāng)前壓力高于或低于壓力門(mén)限值。如果需要的話(huà)，該門(mén)限值通過(guò)串行口可以很容易的改寫(xiě)。 5 號(hào) LED 指示系統(tǒng)總體狀態(tài)： (1) LED 閃爍 —— 在正常 (速度不快 )傳輸模式下收到一幀數(shù)據(jù)。 (2) LED 持續(xù)亮 —— 至少有一個(gè)輪胎模塊已進(jìn)入快速傳輸模式，這表示從輪胎內(nèi)測(cè)得的壓力值在過(guò)去的短時(shí)間內(nèi)改變幅度較大。通常意義下，這表示輪胎非正常的漏氣或者是 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 膨脹。 顯示模塊可通過(guò)程序控制驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷蜂鳴片，并能選擇 2KHz 和 4KHz 兩種振動(dòng)頻率，發(fā)出報(bào)警 聲音。具體的聲光報(bào)警電路硬件連接如前圖 所示。當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到輪胎的異常工作狀態(tài)時(shí)，通過(guò) LED 報(bào)警給出故障輪胎所在位置及故障類(lèi)別，同時(shí)顯示模塊顯示故障輪胎的當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)，并發(fā)出蜂鳴報(bào)警音，提醒駕駛員及時(shí)檢查輪胎故障原因，排除事故隱患。 主機(jī)模塊的軟件設(shè)計(jì) 不像輪胎模塊所處的封閉環(huán)境那樣惡劣，主機(jī)模塊沒(méi)有嚴(yán)格的耗能標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)論是電池的更換還是接入汽車(chē)電瓶的 12V 標(biāo)準(zhǔn)電壓，都比較容易對(duì)主機(jī)模塊提供持久可靠的工作電壓。主機(jī)模塊的監(jiān)控軟件要實(shí)現(xiàn)的主要功能是：對(duì)主機(jī)模塊的初始化； UHF 接收器的控制；對(duì)接收到的輪胎狀態(tài)信息進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理；數(shù)據(jù)顯示；執(zhí)行報(bào)警； RS232 通信，以及工作電壓監(jiān)控。 主機(jī)模塊主程序設(shè)計(jì) 在主機(jī)模塊上電 (電源打開(kāi) )后，核心微控制器 STC12C5416AD 先對(duì)自己進(jìn)行初始化，然后再對(duì)接收器 MC33594 進(jìn)行初始化配置。在確認(rèn) MC33594 配置有效并準(zhǔn)備就緒后，所有5 個(gè) LED 都閃爍一下，以告知駕駛員主機(jī)模塊準(zhǔn)備工作就緒，否則，顯示出錯(cuò)代碼。功能處理模塊包括：參數(shù)設(shè)定模塊、警報(bào)處理模塊、輪胎參數(shù)查詢(xún)模塊、 SPI 中斷處理模塊、定時(shí)中斷處理模塊五個(gè)模塊 [23]。主機(jī)模 塊主流程圖如圖 所示。 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 開(kāi) 始初 始 化 M C U初 始 化M C 3 3 5 9 4初 始 化 成 功顯 示 錯(cuò) 誤 代 碼S P I 中 斷輪 胎 參 數(shù) 處 理參 數(shù) 設(shè) 定 查 詢(xún) 處 理報(bào) 警 處 理Y 圖 參數(shù)設(shè)定模塊 通過(guò)設(shè)置按鈕按下的時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)判斷進(jìn)入一級(jí)編程模式還是二級(jí)編程模式。大于 2 秒小于 4秒，進(jìn)入一級(jí)編程模式，一級(jí)功能設(shè)置包括：冷胎壓力設(shè)置、低壓警告設(shè)置、壓力偏差提示設(shè)置、高溫報(bào)警設(shè)置、輪胎換位設(shè)置；大于 4 秒，進(jìn)入二級(jí)編程模式，二級(jí)功能設(shè)置包括：熱膨脹系數(shù)設(shè)置和偵測(cè)模式。參數(shù)設(shè)置模塊流程圖如圖 所示。 設(shè) 定 按 鍵 按 下 時(shí) 間 4 S ?進(jìn) 入 二 級(jí) 功 能設(shè) 置 2 S ?N進(jìn) 入 一 級(jí) 功 能 設(shè) 置Y進(jìn) 入 一 級(jí) 功 能 設(shè) 置N偵測(cè)模式熱膨脹系數(shù)設(shè)定低壓警告設(shè)置輪胎壓力設(shè)置壓力偏差提示設(shè)置高溫警報(bào)設(shè)置輪胎換位設(shè)置YNNYY 圖 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 報(bào)警處理模塊 該子模塊包括低壓報(bào)警、高壓報(bào)警、壓力偏差高于設(shè)定值、 快速漏氣報(bào)警、高溫報(bào)警等。警報(bào)處理模塊流程圖如圖 所示。 輪 胎 設(shè) 定 值是 否 有 鍵 按 下解 除 閃 動(dòng) 報(bào) 警 燈 亮胎 壓 值 是 否 正 常返 回高 溫 是 否 關(guān) 閉溫 度 高 于 設(shè) 定 值壓 力 偏 差 是 否 關(guān)閉壓 力 偏 差 高 于設(shè) 定 值顯 示 胎 壓 蜂 鳴 器 響警 報(bào) 燈 閃 動(dòng)返 回返 回YNNNNYNYYY 圖 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 5 總結(jié)與展望 幾個(gè)月的時(shí)間在導(dǎo)師認(rèn)真、細(xì)心的指導(dǎo)下 ,順利完成了論文工作。作者在搜集、查閱總結(jié)分析大量國(guó)內(nèi)外有關(guān)資料的基礎(chǔ)上 ,設(shè)計(jì)研究輪胎壓力與溫度監(jiān)控系統(tǒng)。本章將對(duì)作者的工作做一簡(jiǎn)要總結(jié) ,并提出今后進(jìn)一步的工作 ,最后講述作者在這次工作中的幾點(diǎn)心得和體會(huì)。 工作總結(jié) 本文以胎壓檢測(cè)系統(tǒng)為研究對(duì)象 ,分析了輪胎壓力和溫度對(duì)汽車(chē)安全性能的重要意義 ,并介紹了無(wú)線(xiàn)胎壓檢測(cè)系統(tǒng) 的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) ,針對(duì)無(wú)線(xiàn)胎壓檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了研究設(shè)計(jì)。 本文工作大致可以分為以下兩個(gè)階段 : (1)元器件選型及總體方案確定階段 :通過(guò)查閱大量的中、英文文獻(xiàn) ,了解了汽車(chē)輪胎壓力與溫度監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r、發(fā)展趨勢(shì)以及當(dāng)前的主流技術(shù)方案。同時(shí) ,對(duì)系統(tǒng)需要用到的幾種主要元器件 ,包括 :傳感器、射頻收發(fā)芯片、 MCU、電池等 ,進(jìn)行了大量的調(diào)查研究 ,并在充分了解各種元器件性能的基礎(chǔ)上 ,確定了系統(tǒng)總體方案。 (2)系統(tǒng)硬、軟件設(shè)計(jì)階段 :在硬件設(shè)計(jì)方面 ,詳細(xì)了解了系統(tǒng)主要芯片的功能 ,在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了 電路原理圖 ,并對(duì)電路設(shè)計(jì)時(shí)遇到的幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了初步的探討 。在軟件設(shè)計(jì)方面 ,在編寫(xiě)軟件程序時(shí) ,定義了系統(tǒng)通信協(xié)議。發(fā)射模塊軟件設(shè)計(jì)中主要考慮了節(jié)能問(wèn)題。接收模塊軟件設(shè)計(jì)中 ,重點(diǎn)考慮了數(shù)據(jù)接收可靠性問(wèn)題 ,設(shè)計(jì)中采用了多種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收的可靠性 ,如發(fā)射器發(fā)射多次數(shù)據(jù)、采用累加和校驗(yàn)、采用特殊前導(dǎo)碼、采用曼徹斯特編碼方式等。此外 ,還設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì) LCD 顯示報(bào)警功能。 綜上所述 ,本人完成了課題預(yù)定計(jì)劃的汽車(chē)輪胎壓力與溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。硬件方面 ,對(duì)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)、射頻電路設(shè)計(jì)都有了更深的認(rèn)識(shí) 。軟件方面 ,培養(yǎng)了 良好的編程習(xí)慣 ,加強(qiáng)了 C語(yǔ)言的編程能力。所有這些都為本人以后的學(xué)習(xí)、工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 展望 汽車(chē)輪胎壓力與溫度監(jiān)控系統(tǒng)是駕車(chē)者、乘車(chē)人的生命安全保障預(yù)警系統(tǒng) ,將是一個(gè)具有極強(qiáng)生命力的主題。汽車(chē)輪胎壓力與溫度監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)射模塊將向高度集成化、單一化、無(wú)線(xiàn)化和無(wú)源化方向發(fā)展。隨著胎壓檢測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)品市場(chǎng)對(duì) IC 高整合度和高可靠性的要求 ,在未來(lái)幾年內(nèi)將會(huì)開(kāi)發(fā)出包含射頻處理、發(fā)射、接收三合一的模塊 ,屆時(shí)胎壓檢測(cè)模塊只 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 由一個(gè)模塊和一個(gè)天線(xiàn)組成 ,客戶(hù)的二次設(shè)計(jì)變得十分簡(jiǎn)便。胎壓檢測(cè)系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展有可能會(huì)是智能輪胎 。 美國(guó)、歐洲已先后立法 ,要求在今后幾年內(nèi)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)全部安裝胎壓檢測(cè)系統(tǒng) ,因此 ,對(duì)胎壓檢測(cè)系統(tǒng)的需要量與日俱增 ,胎壓檢測(cè)系統(tǒng)的生產(chǎn)正在轉(zhuǎn)向中國(guó)。今后幾年內(nèi)中國(guó)必將成為胎壓檢測(cè)系統(tǒng)的生產(chǎn)大國(guó)。除此之外 ,中國(guó)正在成為全球最大的新興汽車(chē)市場(chǎng) ,中國(guó)汽車(chē)需求量和保有量出現(xiàn)了加速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。汽車(chē)安全產(chǎn)品將成為中國(guó)生機(jī)勃勃的新興市場(chǎng)熱點(diǎn)。 當(dāng)然由于時(shí)間緊迫 ,本系統(tǒng)有些地方還需要加以改進(jìn) ,具體表現(xiàn)在 : (1)可以采取更完善的節(jié)能方案 ,使電池的壽命更加長(zhǎng)久 ,或者采用發(fā)射系統(tǒng)無(wú)源化設(shè)計(jì)。 (2)系統(tǒng)的可靠 性需要反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn) ,然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)效果不斷進(jìn)行改進(jìn) 。但由于時(shí)間、資金等一些方而條件的制約 ,只進(jìn)行了理論研究 ,還沒(méi)有進(jìn)行任何動(dòng)態(tài)的實(shí)驗(yàn) ,因此實(shí)際的實(shí)驗(yàn)效果和性能還有待于進(jìn)一步的考證。 (3)輪胎壓力、溫度信息不僅是作為輪胎狀態(tài)信息而存在 ,還對(duì)汽車(chē)的行駛里程、行駛速度及舒適性等都有影響。因此 ,可將本系統(tǒng)集成進(jìn)汽車(chē)整車(chē)控制系統(tǒng)的電控單元 ,將檢測(cè)得到的輪胎壓力和溫度信息 ,通過(guò)當(dāng)前主流的汽車(chē)車(chē)身數(shù)據(jù)總線(xiàn) CAN 總線(xiàn)或 LIN 總線(xiàn)并入車(chē)載控制網(wǎng)絡(luò)中 ,實(shí)現(xiàn)中央集成的信息共享。把對(duì)輪胎實(shí)時(shí)檢測(cè)得到的信息作為汽車(chē)行駛的輔助參數(shù) ,可以對(duì)駕 駛操作給出科學(xué)合理的系統(tǒng)提示和輔助駕駛 ,以進(jìn)一步提高汽車(chē)行車(chē)的安全性。 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 參考文獻(xiàn) [1]桑永福 .淺析影響汽車(chē)輪胎爆胎的因素 [J].江蘇交通 ,(24):3637 [2]Burgess Jeff。Tire Pressure monitoring:An industry