【正文】 采用外置編碼存儲器的 TPMS同樣由發(fā)射檢測模塊和接收顯示模塊組成，其特征在于在接收顯示模塊接插有插 入式編碼存儲器，每個發(fā)射檢測模塊均有一個固定的 ID 碼，與對應(yīng)編碼存儲器的 ID 碼一致。 天線接收近發(fā)射場式 該定位技術(shù)中央接收顯示模塊的接收天線有 4個，分別延伸到每個輪胎 20~30cm的近場內(nèi)，接收天線由數(shù)控微波開關(guān)控制。此外，這些按鍵在本來就儀表眾多的車上顯得十分繁瑣。 定編碼式 定編碼方式中，接收顯示模塊 MCU 中的 ID 碼與輪胎對應(yīng)定位關(guān)系信息在出廠時是固化的，在使用中不可更改。在設(shè)計的時候，根據(jù)調(diào)試等情況需要，增加了一個手動復(fù)位按鈕。 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 31 圖 411 USB接口電路圖 看門狗與存儲電路設(shè)計 看門狗電路主要實現(xiàn)對系統(tǒng)是否正常運行進(jìn)行監(jiān)控并在出現(xiàn)異常時進(jìn)行復(fù)位，其實現(xiàn)原理為：如果系統(tǒng)死機(jī)或者程序跑飛，則不能按時給看門狗芯片進(jìn)行“喂狗 操作，定時時間一到看門狗芯片就會給系統(tǒng)產(chǎn)生一個復(fù)位信號，使其重新正 常運行。 CH375 的 USB 主機(jī)方式支持常用的 USB 全速設(shè)備，外部控制器可以通過 CH375按照相應(yīng)的 USB協(xié)議與 USB設(shè)備通信。所以，通過 CAN總線， 把輪胎的這些信息與車載 ECU或者 ESP甚至是 ABS進(jìn)行共享交互，以達(dá)到更智能化的控制。 Z軸和 X軸獲取的加速度信號通過一條加速度信號鏈與內(nèi)部 ADC連接 (默認(rèn)通道 AD5)，所以每次只能進(jìn)行一個軸向的加速度測量，通過 ACIC寄存器中的 ZSEL位來進(jìn)行軸向的選擇 (該位置“ 1，則選擇 Z軸，否則選擇 X軸 )。注意，高速光耦兩邊必須使用獨立的電源和地平面，才能真正達(dá)到隔離的效果。此外， CAN總線的電平狀態(tài)使得當(dāng)通信系統(tǒng)出現(xiàn)多節(jié)點同時向總線發(fā)送數(shù)據(jù)時，不會導(dǎo)致總線短路，從而損壞節(jié)點。 另外，汽車電子的應(yīng)用環(huán)境具有一定的復(fù)雜性，車載電子設(shè)備的通信也成了比較關(guān)鍵的問題，德國 BOSCH在此前提下提出了基于汽車應(yīng)用的 CAN通信協(xié)議。 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 27 圖 45 主顯示界面 圖 46 具體數(shù)據(jù)顯示界面 圖 47 胎壓預(yù)警閥值、時間設(shè)定界面 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 28 圖 48 輪胎 ID設(shè)置界面 聯(lián)機(jī)通信單元設(shè)計 聯(lián)機(jī)通信主要實現(xiàn) TPMS 與其他車載或外部設(shè)備之間的信息共享問題，比如當(dāng)TPMS與車載 ECU通信，將輪胎的情況 (壓力大小、溫度高低、是否泄露氣等 )實時反 映給 ECU，而 ECU則根據(jù)此信息修改對汽車的驅(qū)使動作，達(dá)到更舒適、安全甚至省油的目的；當(dāng) TPMS與車載電控穩(wěn)定系統(tǒng) (Electronic Stability Program， ESP)或 ABS信息共享 。根據(jù)人機(jī)界面所顯示的內(nèi)容要求，選擇通用型帶漢字字庫圖形點陣式液晶顯示模塊 ， 北京青云科技公司提供的 LCM240*64(LED背光，有黃綠模式、藍(lán)模式、黑白模式可以選擇，每屏可以顯示 4行，每行 15個漢字 )，液晶與微控制器之間采用并行通信方式，微控制器通過 PTA0~PTA7和 PTB0～ PTB7完成對液晶顯示屏的操作，其中 PTA口作為控制線，PTB口作為數(shù)據(jù)線；綜合簡約和功能需要設(shè)置 5個按鍵 (上、下、左、右、確認(rèn) )，外加一個電源 按鈕 P，來完成系統(tǒng)的開關(guān)機(jī)、數(shù)據(jù)的輸入 (采用增減的方式 )、功能的選擇等。發(fā)送端利用 CRC算法計算出待發(fā)送數(shù)據(jù)的 CRC校驗碼，并附加在待發(fā)送數(shù)據(jù)的末尾，一起發(fā)送出去。差錯檢測方法一般有奇偶校驗、校驗和、循環(huán)冗余碼校驗 (Cyclical Redundancy Checking， CRC)幾種方法，比較各檢測方法如表 42所示。信道編碼就是為了提高通信的可靠性，通過加入特定的、有規(guī)律的冗余碼元來減少比特差錯率，以降低信息傳輸速率為代價，以有效性換取可靠性。 射頻信號在傳輸過程中，由于無線信道的傳輸特性不盡理想，本身固有的衰弱和時變特性以及無處不在的加性噪聲干擾，使得在接收端不可避免產(chǎn)生誤碼 干擾。 圖 44 電源管理原理圖 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 25 圖 44 中，為了使輸出電壓紋波較小，性能較好，輸出濾波電容 C4 可以選擇性能較好的鉭電容，根據(jù)需要容量可以選擇 4709F，而二極管 D1 則必須選用肖特基二極管。此外，由于設(shè)計有 CAN通信接口，為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采取 CAN 通信接口的光耦隔離措施，那么電源管理單元需要提供與微控制器系統(tǒng) 5VDC隔離的另外一路 5V直流電源。 RF接收單元具體原理圖如圖 43所示。通過 SPI接口可對超高頻 (UHF)接收器的數(shù)據(jù)解調(diào)類型、數(shù) 據(jù)率、 UHF 頻段、 ID控制字等進(jìn)行初始化編程，接收到的數(shù)據(jù)也可以在數(shù)據(jù)管理器工作時從 SPI端口輸出。 MC33594內(nèi)含 660kHz的中頻帶通濾波器、完整的壓控振蕩器、可消除鏡像的混頻器、曼徹斯特編碼時鐘再生電路以及完整的 SPI接口、在運行模式下電流消耗僅為 5mA，青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 23 睡眠模式電流消耗為 115μ A、數(shù)據(jù)傳輸 速率為 1~11Kb／ s、最快喚醒時間為 lms、 RF接收靈敏度可達(dá) 106dBm，可用于設(shè)計 315MHz／ 434MHz 的 OOK／ FSK 接收電路。 Freescale 還提供經(jīng)過優(yōu)化的 HC(S)08 微控制器專用CodeWarrior 集成開發(fā)環(huán)境 。按鍵設(shè)置主要完成功能選擇和預(yù)警閾值的設(shè)定。 由專門的 RF 接收芯片進(jìn)行 RF的接收、信號解調(diào)和初步處理，然后通過同步串行接口 SPI發(fā)送給控制處理微控制器。 圖 312 傳感囂模塊氣門嘴內(nèi)置安裝方式 本章小結(jié) 本章主要進(jìn)行輪胎檢測模塊的硬件設(shè)計，包括輪胎狀態(tài)的檢測、數(shù)據(jù)的初步處理和RF 發(fā)射，涉及到系統(tǒng)低功耗的處理措施和為了保證無線通信的可靠性，進(jìn)行了無線通信協(xié)議 (編碼方式、調(diào)制方式等 )、發(fā)射天線 (天線結(jié)構(gòu)和匹配網(wǎng)絡(luò) )的詳細(xì)設(shè)計。如圖 312，這種方式 由于要替代原廠的氣門嘴，整個模塊必須經(jīng)過輪胎部件的相關(guān)設(shè)計和生產(chǎn)認(rèn)證，手續(xù)比較繁雜，這是其一缺點，此外，這種安裝方式還要求能通過汽車行駛速度為 200km／ h時的離心力測試。 表 35 狀態(tài)位定義 TPMS 檢測發(fā)射模塊的安裝 一般的 TPMS包括 4個以上發(fā)射模塊 (一個輪胎里面安裝一個 )和 1個 TPMS接收模塊 (安裝在駕駛室 )。因此在無線通信中必須在數(shù)據(jù)包之前加上前導(dǎo)字節(jié)，其主要的作用在于：使接收機(jī)穩(wěn)定、便于帶串行外設(shè)接口 (Serial Peripheral Interface， SPI)的異步接收機(jī)準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)起始位。而需要幀同步 來 避免這種情況的發(fā)生。它不僅去除了 NRZ 信號中接近零頻率的分量，更時候遠(yuǎn)距離傳輸，而且增加時鐘 信息，具有良好的抗干擾能力和自同步能力。當(dāng) NRZ數(shù) 據(jù)總是“ 0”和“ 1交替變化時，曼徹斯特編碼信號的頻率是位率時鐘的一半 L／ 2 時，且與 NRZ 數(shù)據(jù)頻率相同，相位提前 90。本系統(tǒng)設(shè)計采用曼徹斯特編碼 (Manchester)形式 (MPXY83XX提供曼徹斯特編碼和二相編碼兩種方式 )，曼徹斯特編碼是一種超越傳統(tǒng)數(shù)字傳輸極限的編碼／解碼方法，其第一個優(yōu)點是它的同步性，解決了常規(guī)方法里沒有時鐘的缺點 。 也就是說在相同的誤碼率情況下， FSK較 ASK可節(jié)省 2倍信噪比，即在同樣信噪比下， FSK比ASK有更佳的性能 (即更低的誤碼率 )。數(shù)字調(diào)制也有調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相三種基本形式，并可以派生出多種其他形式。本文設(shè)計采用無線數(shù)字調(diào)制。 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 16 表 33匹配網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)計列表 表中所列匹配網(wǎng)絡(luò) Ll、 L2 和 C3 的值在采用小環(huán)天線是 可行的，如果采用外部天線(External Antenna)，即圖 35中與電阻 R1 相連接的天線，則匹配網(wǎng)絡(luò)必須相應(yīng)的修改。 圖 35匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計 目前，用于 TPMS 系統(tǒng)的發(fā)送器 IC 一般工作在 260～ 470MHz的 ISM 公共頻段，最典型的為 315MHz和 434MHz。實際的匹配網(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)的線性度等功能。 TPMS系統(tǒng)的發(fā)射模塊一般設(shè)計成矩形，據(jù)此，一般也將 TPMS系統(tǒng)發(fā)射天線設(shè)計成矩形。 天線的各種參數(shù)，包括天線方向圖、輸入阻抗、增益等都和頻率有關(guān)，天線的頻帶寬度是指其主要電氣指標(biāo)如駐波系數(shù)、增益、主瓣寬度、副瓣電平、極化特性、相位分布等均滿足設(shè)計要求時的頻率范圍。由于電場和磁場有恒定的對應(yīng)關(guān)系，故一般都以電場矢量空間的指向作為天線輻射電磁波的極化方向。當(dāng) VSWR=1時，系統(tǒng)完全匹配；當(dāng) VSWR≤ I． 5青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 13 時，系統(tǒng)匹配優(yōu)良；當(dāng) VSWR≤ 2時，系統(tǒng)匹配良好；當(dāng) VSWR≤ 3時，系統(tǒng)匹配程度尚可適用；當(dāng) VSWR≥ 3． 5 時，系統(tǒng)匹配差。可以表示為 (3)反射系數(shù)和駐波比。 和 為天線的輻射阻抗和損耗阻抗。作為一種參考天線，理想點源在天線分析中起著重要作用 )的輻射功率密度之比，即 式 32中， 是所討論天線的輻射功率； 是理想點源的輻射功率。接到發(fā)射機(jī)或接收機(jī)的天線，其輸入阻抗等效為發(fā)射機(jī)或接收機(jī)的負(fù)載。通常有如下一些指標(biāo)： (1)天線的輸入阻抗。有時為了提高小環(huán)天線效率，可采用多匝環(huán)及磁加載的辦法。 TPMS發(fā)射器的天線靠近氣門嘴，位于輪轂內(nèi)，因而在設(shè)計天線時必須考慮金屬輪轂和輪胎金屬絲網(wǎng)的屏蔽，以及車輪高速行駛時天線不斷變換方向、角度的影響?，F(xiàn)分別從這些方面來進(jìn)行輪胎檢青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 11 測模塊無線發(fā)射單元的具體設(shè)計。傳統(tǒng)的鋰電池在 40℃低溫時喪失電能，在 100℃高溫時會自動放電。 表 31 MCU停止模式比較 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 10 表中的 Optionally On是指在某些條件的具備或者使能的情況下，則可以啟動該選項中的資源， Periodically On指周期性開啟。低功耗具體措施如下： 1)MPXY83XX本身的高集成度和很低的待機(jī)功耗 (待機(jī)電流 A)； 2)時鐘頻率、晶振的啟動時間措施。 為了節(jié)省電能 (電池供電 )，檢測模塊只在特定的時間間隔內(nèi)，進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)采集、青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 9 分析以及 RF 發(fā)射，而大部分時間里處于低功耗的休眠狀 態(tài)，當(dāng)然，可以通過 PWU 時鐘或者 LF 兩種方式喚醒。具體實現(xiàn)原理圖如圖 31所示。其性能要求主要有檢測精度高、無線通信可靠、低功耗等。在本方案中， MPXY83XX完成對輪胎壓力和溫度的檢測 (包括系統(tǒng)電池電量和汽車加速度的檢測 )、檢測數(shù)據(jù)的初步處理、 ID發(fā)射，而處理監(jiān)控單元主要完成 RF青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 7