【正文】 進(jìn)行充電，因此，可確保鋰電池始終處于可工作狀態(tài)。 從機(jī)電路整體設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體電路以nRF9E5為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于大部分功能模塊已集成到nRF9E5內(nèi)部，因此所需增加的外圍電路較少，外圍電路主要包括傳感器模塊、電源管理模塊、EPROM以及天線模塊。傳感器模塊和EEPROM通過nRF9E5的SPI接口進(jìn)行通信，當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí)，CPU自動(dòng)執(zhí)行ROM中的引導(dǎo)代碼，用戶程序通常是在引導(dǎo)區(qū)的引導(dǎo)下，從EEROM加載到1個(gè)4KB的RAM中進(jìn)行執(zhí)行的。通過不同的片選信號(hào)，可以區(qū)分不同的SPI器件。EPROM25AA320是由EECSN引腳片選，傳感器芯片MPXY8020A的S0、S1引腳與nRF9E5芯片的P0、Pl連接，用于控制傳感器的工作模式，RST引腳與P06連接，用于每隔52分鐘給系統(tǒng)一次復(fù)位信號(hào)，從而提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。SPI串行通信通過CLK、DATA和OUT引腳實(shí)現(xiàn)，CLK與SCK連接，DATA與MOSI連接，OUT與MISO連接； nRF9E5有四個(gè)AD轉(zhuǎn)換模擬輸入端口，其中AIN0用來檢測(cè)電池電壓狀態(tài)，ADC基準(zhǔn)電壓輸入端電壓精度要求較高，由電池端電壓經(jīng)過一個(gè)穩(wěn)壓二極管提供； nRF9E5的ANTI和ANTZ腳連接射頻天線，這兩個(gè)腳通過天線雙極的中心點(diǎn)連接到直流電源VDD_PA引腳；為了實(shí)現(xiàn)汽車移動(dòng)即開機(jī)，停止時(shí)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)功能，將慣性發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電信號(hào)引到P02引腳，將該引腳編程為GPIO上升沿喚醒功能，汽車移動(dòng)時(shí)由慣性發(fā)電機(jī)提供上升沿信號(hào)喚醒系統(tǒng)，當(dāng)P02引腳檢測(cè)不到高電平時(shí)則認(rèn)為汽車已經(jīng)停下來，系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)；為了得到精確的內(nèi)部偏置電壓，需接精度較高的電阻，在引腳IREF和地之間接一阻值為22K誤差為1%的電阻；為了濾除電路板上電源的高頻干擾，在電源和地之間增加去耦電容。 本章小結(jié)本章主要進(jìn)行輪胎檢測(cè)模塊的硬件設(shè)計(jì)，詳細(xì)的介紹了硬件系統(tǒng)的工作原理以及工作過程。比較詳細(xì)的介紹了主機(jī)和從機(jī)電路的硬件實(shí)現(xiàn)，從機(jī)主要包括無線通信模塊的設(shè)計(jì)、傳感器模塊的設(shè)計(jì)，然后給出了從機(jī)電路的整體設(shè)計(jì)原理圖。主機(jī)內(nèi)容包括中央處理器的選擇和設(shè)計(jì)，顯示/報(bào)警電路設(shè)計(jì)，給出中央處理器與各個(gè)模塊的互連原理圖，并且在結(jié)尾給出了數(shù)據(jù)處理單元的完整的原理圖。 第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)也分為TPMS主機(jī)系統(tǒng)和TPMS從機(jī)系統(tǒng)兩部分。在軟件設(shè)計(jì)中還是分為兩個(gè)部分來介紹。 TPMS主機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) TPMS主機(jī)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)也分為兩個(gè)部分：測(cè)量發(fā)送模塊軟件設(shè)計(jì)和接收顯示模塊軟件設(shè)計(jì)。除了通訊協(xié)議外，這兩個(gè)部分的軟件設(shè)計(jì)沒有直接的聯(lián)系。本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)的是接收顯示模塊的軟件的設(shè)計(jì)。軟件的設(shè)計(jì)語言采用匯編語言，主要進(jìn)行主機(jī)模塊的軟件的設(shè)計(jì)，包括顯示/報(bào)警電路的軟件設(shè)計(jì)，單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)。 LED報(bào)警子程序根據(jù)上一章的設(shè)計(jì)，LED報(bào)警系統(tǒng)的報(bào)警形式即是通過不同間隔的閃爍來提醒駕駛者汽車輪胎的壓力和溫度。在設(shè)計(jì)時(shí)，由于為了不使駕駛者對(duì)過多的LED燈閃爍而產(chǎn)生分辨不清，所以本設(shè)計(jì)就采用了兩個(gè)LED燈，一個(gè)用于壓力的報(bào)警，一個(gè)用于溫度的報(bào)警。通過LED的閃爍的不同間隔來顯示是所報(bào)警的值是高于最高值還是低于最低值。本設(shè)計(jì)采用兩個(gè)LED報(bào)警燈，分別與單片機(jī)的RB6和RB7口相連，在設(shè)計(jì)程序時(shí)，通過對(duì)LED燈閃爍的間隔時(shí)間不同來達(dá)到提醒駕駛者不同的危險(xiǎn)信號(hào)。與RB6相連的LED等稱為LED1，用于對(duì)壓力的報(bào)警；與RB7相連的LED燈稱為LED2，用于對(duì)溫度進(jìn)行報(bào)警。（1）LED1程序的流程圖LED1分為常亮、閃爍1s循環(huán)、閃爍3s循環(huán)程序都是子程序，在單片機(jī)確定需要報(bào)警時(shí)直接調(diào)用這些子程序即可實(shí)現(xiàn)報(bào)警。LED1常亮表示表示已長時(shí)間未收到來自輪胎模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)，懷疑是輪胎模塊出現(xiàn)故障。LED1閃爍間隔1s表示輪胎的壓力值低于低壓值。LED1閃爍間隔3s表示輪胎的壓力值高于高壓值。 常亮程序流程圖 1s循環(huán)程序流程圖 3s循環(huán)子程序 喇叭報(bào)警程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的喇叭報(bào)警是通過喇叭的響的時(shí)間長度來提醒駕駛者不同的危險(xiǎn)，其響的時(shí)間間隔與LED報(bào)警燈的閃爍時(shí)間間隔是相對(duì)應(yīng)的。喇叭的作用是配合LED燈的報(bào)警，在聲音上提醒駕駛者，這看樣在車輛行駛的過程中，駕駛者可以在沒看到LED燈報(bào)警和LCD顯示值就能過初步的判斷可能是由于什么原因而報(bào)警的。喇叭與單片機(jī)的RB5口相連，在程序設(shè)計(jì)時(shí)只需改變RB5輸出的高電平設(shè)置即可實(shí)現(xiàn)所要求的功能。喇叭長響表示已長時(shí)間未收到來自輪胎模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)，懷疑是輪胎模塊出了故障，包括壓力和溫度的數(shù)據(jù)。喇叭間隔1s響表示輪胎的壓力或溫度值低于低壓值或低溫值。喇叭間隔3s響表示輪胎的壓力或溫度值高于高壓值或高溫值。 LCD顯示程序的設(shè)計(jì)LCD是通過對(duì)輪胎壓力溫度的值進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示使駕駛者對(duì)喇叭和LED的報(bào)警進(jìn)行進(jìn)一步的判斷，從而對(duì)報(bào)警的原因做出準(zhǔn)確的判斷。LCD的八個(gè)數(shù)據(jù)口分別與RD0RD7相連，E端口與RC2相連，RS端口與RC4相連。 LCD接口信號(hào)說明編號(hào)符號(hào)引腳說明編號(hào)符號(hào)引腳說明1VSS電源地9D2Data I/O2VDD電源正極10D3Data I/O3VL液晶顯示偏壓信號(hào)11D4Data I/O4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端12D5Data I/O5R/W讀/寫選擇端13D6Data I/O6E使能信號(hào)14D7Data I/O7D0Data I/O15BLA背光源正極8D1Data I/O16BLK背光源負(fù)極 LCD顯示程序的設(shè)計(jì)包括主程序的設(shè)計(jì)、LCD模塊初始化子程序設(shè)計(jì)、寫指令子程序設(shè)計(jì)和寫數(shù)據(jù)子程序設(shè)計(jì)。（1）LCD模塊初始化子程序在進(jìn)行LCD顯示時(shí)，首先要進(jìn)行模塊的初始化，這樣可以使上一次操作不會(huì)影響到下一次的操作。（2）寫指令子程序。（3）寫數(shù)據(jù)子程序返回調(diào)用向LCD寫數(shù)據(jù)子程序?qū)⑺脺囟鹊闹邓徒oW。（4）LCD主程序. 初始化流程圖 寫指令子程序流程圖 寫數(shù)據(jù)子程序流程圖 LCD主程序流程圖 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)單片機(jī)PIC16F877的程序是主程序，通過單片機(jī)的程序控制實(shí)現(xiàn)各種功能的實(shí)現(xiàn)，這樣可以使不同的功能組合在一起。單片機(jī)先接受轉(zhuǎn)速傳感器的信號(hào)，對(duì)轉(zhuǎn)速傳感器發(fā)送來的數(shù)據(jù)與事先設(shè)定好的值進(jìn)行比較，如果所得到的值大于設(shè)定好的轉(zhuǎn)速值，單片機(jī)將給從機(jī)發(fā)送請(qǐng)求數(shù)據(jù)的申請(qǐng)，從機(jī)才開始工作，這樣可以節(jié)省能耗，使從機(jī)的壽命更加長。從機(jī)工作后將所檢測(cè)到的溫度壓力的值發(fā)送給主機(jī)，主機(jī)對(duì)所接收到的數(shù)據(jù)與所設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，如果在正常的范圍內(nèi)，則只給LCD信號(hào)進(jìn)行顯示，如果不在正常的范圍內(nèi)，則驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路，進(jìn)行聲音和光的報(bào)警提醒駕駛者。單片機(jī)的引腳和電路圖已在前面的章節(jié)中進(jìn)行了設(shè)計(jì)，所以在編程的時(shí)候就應(yīng)對(duì)應(yīng)與電路圖設(shè)定各個(gè)引腳應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能。： 單片機(jī)主要功能流程圖 TPMS從機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 在輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通信由無線傳輸來實(shí)現(xiàn)。要實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸，必須定義主機(jī)和從機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，以便在發(fā)送方和接收方之間達(dá)成一致。不同的系統(tǒng)需要根據(jù)應(yīng)用情況和硬件設(shè)備來設(shè)定數(shù)據(jù)幀的長短、數(shù)據(jù)位的定義、采用GFSK調(diào)制方式的曼徹斯特編碼，載波頻率為43MHz，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為100Kbps。曼徹斯特編碼以數(shù)字信號(hào)來描述就是:在每個(gè)比特周期，取值在周期中間點(diǎn)進(jìn)行高低電平間的轉(zhuǎn)換。一個(gè)數(shù)字0被描述為周期前一半為低電平，后一半是高電平；而數(shù)字1則是先高后低。通過GFSK調(diào)制后的有效傳輸帶寬比FSK調(diào)制后的帶寬更寬，數(shù)據(jù)在內(nèi)部進(jìn)行曼徹斯特編碼 (TX)和曼徹斯特解碼 (RX)。 系統(tǒng)在每包數(shù)據(jù)包發(fā)射之前都會(huì)自動(dòng)加前導(dǎo)碼，此前導(dǎo)碼是以位為順序編排的，nRF9E5前導(dǎo)碼是10位的。輪胎ID是用來確定發(fā)送數(shù)據(jù)幀的輪胎位置的，為使TPMS系統(tǒng)能唯一確定每個(gè)輪胎，使用32位的位長給每個(gè)輪胎確定編碼。電壓數(shù)據(jù)主要是關(guān)于輪胎模塊工作電壓及電池狀態(tài)的信息。CRC校驗(yàn)碼采用16位，nRF9E5的CRC校驗(yàn)碼是由硬件系統(tǒng)自動(dòng)加上去的。 從機(jī)模塊的壓力傳感器和溫度傳感器在長時(shí)間運(yùn)行后檢測(cè)的數(shù)值可能出現(xiàn)偏差，為此，需要給從機(jī)模塊設(shè)定一個(gè)校準(zhǔn)系數(shù)。每過一段時(shí)間，可用精準(zhǔn)的測(cè)量儀測(cè)量輪胎的壓力和溫度數(shù)據(jù)，再和TPMS系統(tǒng)測(cè)出的數(shù)值進(jìn)行比較，得出一個(gè)校準(zhǔn)系數(shù)，通過主機(jī)的鍵盤設(shè)置，將該校準(zhǔn)系數(shù)設(shè)置到從機(jī)模塊。 命令字有兩個(gè):一個(gè)是讀取壓力、溫度數(shù)據(jù)命令字，為OXFF；另一個(gè)是設(shè)置校準(zhǔn)系數(shù)命令字，為XOFD。nRF9E5接收到一個(gè)正確的數(shù)據(jù)包后，便解析命令字，根據(jù)命令字的類型選擇不同的操作。當(dāng)命令為讀取數(shù)據(jù)命令時(shí)，命令字后面兩個(gè)字節(jié)為空，表示要求從機(jī)模塊向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，從機(jī)模塊便把經(jīng)過濾波處理的壓力、溫度和電壓數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)；當(dāng)命令字為設(shè)置校準(zhǔn)系數(shù)命令時(shí)，命令字后面分別為壓力校準(zhǔn)系數(shù)和溫度校準(zhǔn)系數(shù)，從機(jī)模塊據(jù)此修改內(nèi)部的校準(zhǔn)系數(shù)。 RF通信軟件設(shè)計(jì) nRF9E5的工作模式nRF9E5內(nèi)部集成了nRF905射頻收發(fā)芯片，nRF905有兩種活動(dòng)RX/ Rx和ShockBurts Tx；節(jié)電模式為Standby和SPI編程。nRF9E5工作模式由TRX_CE和TX_NE的設(shè)置來確定。nRF905的不同操作必須服從嚴(yán)格遵守其時(shí)序關(guān)系，不同模式之間可以相互轉(zhuǎn)換。 nRF9E5 shockburst 模式nRF905采用Nordic公司的VLSIShockBurst技術(shù)，ShockBurst技術(shù)使nRF905能夠提供高速的數(shù)據(jù)傳輸而不需要昂貴的高速M(fèi)CU來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理/時(shí)鐘覆蓋。通過將與RF協(xié)議有關(guān)的高速信號(hào)處理放到芯片內(nèi)，nRF905提供給應(yīng)用的微控制器一個(gè)SPI接口，速率由微控制器自己設(shè)定的接口速度決定。nRF905通過ShockBurst工作模式，在RF以最大速率進(jìn)行連接時(shí)降低數(shù)字應(yīng)用部分的速度降低在應(yīng)用中的平均電流消耗。在ShockBurst RX模式中，地址匹配 (AM)和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒 (DR)信號(hào)通知MCU一個(gè)有效的地址和數(shù)據(jù)包已經(jīng)各自接收完成。在ShockBurst TX模式中nRF905自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼和CRC校驗(yàn)碼，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒 (DR)信號(hào)通知MCU數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)完成?？傊?，這意味著降低MCU的存儲(chǔ)器需求也就是說降低MCU成本，又同時(shí)縮短軟件開發(fā)時(shí)間。 ShockBurst TX模式。 (1) 當(dāng)微控器有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，將接收機(jī)的地址和有效數(shù)據(jù)通過SPI接口傳送給 nRF905，傳輸速率在通信協(xié)議和器件配制時(shí)確定； (2)MUC設(shè)置TRX_CE、TX_EN為高來激活nRF905ShockBurst傳輸: (3) nRF9E5 ShockBurst發(fā)送:無線系統(tǒng)自動(dòng)上電:數(shù)據(jù)打包 (加前導(dǎo)碼和CRC校驗(yàn)碼)；數(shù)據(jù)包發(fā)送 (GFSK曼切斯特編碼):傳送完成后數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好信號(hào)被置高電平；(4)如果AUTO_RETRAN被置為nRF905將連續(xù)的發(fā)送數(shù)據(jù)包直到TRX_CE被設(shè)置為低；(5)當(dāng)TRX_CE被設(shè)置為低，nRF905結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸，進(jìn)入待機(jī)模式。ShockBurst 工作模式確保一個(gè)數(shù)據(jù)包發(fā)送開始后，總是能夠完成，不管在發(fā)送過程TRX_CE、TX_EN如何被設(shè)置。只有在前一個(gè)數(shù)據(jù)包傳輸完畢，才能接收下一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)包。 nRF905發(fā)送流程圖 ShockBurst RX模式 接收流程如下：（1）通過設(shè)置TRX_CE高，TX_EN低來進(jìn)入ShockBurst RX模式；（2）650s以后，nRF905不斷檢測(cè)，等待接收數(shù)據(jù)；（3）當(dāng)nRF905發(fā)現(xiàn)和接收頻率相同的載波時(shí)，載波檢測(cè)引腳（CD）被置高；（4）當(dāng)nRF905接收到有效的地址時(shí)，地址匹配引腳（AM）被置高；（5）當(dāng)nRF905接收到有效的數(shù)據(jù)包（CRC校驗(yàn)正確）時(shí)，nRF905去掉前號(hào)碼、地址和CRC位，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒引腳（DR）被置高；（6）MCU設(shè)置TRX_CE為低，進(jìn)入待機(jī)模式；（7）MCU以合適的速率通過SPI接口讀出有效數(shù)據(jù)；（8）當(dāng)所有的有效數(shù)據(jù)被讀出后nRF905將AM和DR置低；（9）nRF905可以進(jìn)入TRX_CE、TX_EN的狀態(tài)改變，nRF905將立刻改變 模式并且數(shù)據(jù)包丟失。如果MCU已經(jīng)感覺到AM信號(hào)，MCU知道nRF905正在接收數(shù)據(jù)，可以決定時(shí)等待DR信號(hào)還是改變模式。 nRF905接收流程圖 所有無線收發(fā)器子系統(tǒng)的配置都是通過系統(tǒng)內(nèi)部SPI口完成的。連接電路包括7個(gè)寄存器，由SPI指令決定執(zhí)行哪個(gè)操作。 SPI是一個(gè)信號(hào)緩沖裝置。復(fù)用的3根數(shù)據(jù)線可以用于通用IO口、射頻收發(fā)器和AD轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)。SPI在硬件上不能產(chǎn)生任何片選信號(hào)。引導(dǎo)程序以EECSN作為EEPROM的片選信號(hào)。通用10口PO可以用于外部其它從SPI的選擇信號(hào)。 SPI接口由7個(gè)內(nèi)部寄存器組成，執(zhí)行寄存器的回讀模式來讀取寄存器的內(nèi)容，具體如下: 狀態(tài)寄存器 (StatusRegister):寄存器包含數(shù)據(jù)就緒(DR)和地址匹配(AM)狀態(tài)，ADC_End_Of_Convesion和ADC_Ready_Flag狀態(tài). ADC寄存器配置:寄存器包含ADC設(shè)置信息，比如分辨率控制，頻道選擇，連續(xù)或者單一轉(zhuǎn)換模式。 ADC數(shù)據(jù)一寄存器:寄存器包含AD轉(zhuǎn)換結(jié)果。 FR配置寄存器(FRofiguratino Register):寄存器包含無線收發(fā)器的頻率，輸出功率等配置信息。發(fā)送地址 (TX一Address):寄存器包含目標(biāo)地址。地址長度由配置寄存器設(shè)置。發(fā)送數(shù)據(jù) (Tx一Payload):寄存器包含發(fā)送的ShockBu