【正文】 與傳感器SP12 一樣，采樣端部分的 PIC16F。此外，由于 PAOUT 是推挽輸出，所以應該在此引腳上拉一個電感，與 PAOUT 的輸出電容形成諧振電路，提供偏置，避免功率耦合。 表 6 頻率偏移 Table36 FrequencyDeviation Settings DEV2 DEV1 DEV0 頻率偏移 0 0 0 10kHz 0 0 1 20kHz 0 1 0 30kHz 0 1 1 40kHz 1 0 0 50kHz 1 0 1 60kHz 1 1 0 70kHz 1 1 1 80kHz 功率放大器 PA 是一種輸出電流脈沖的集電極開路輸出結構，它的輸出功率受負載阻抗大小的影響，因此在設計時可以通過負載阻抗來改變輸出功率的大小。頻率偏移設置如表 6 所示。 表 5 時鐘設置 Table35 Clock Divider Settings CLK0 CLK1 CLKOUT 0 0 邏輯 0 0 1 f/4 1 0 f/8 1 1 f/16 1479 內(nèi)置了一個頻率偏移器，通過對 DEV0、DEV DEV2 這三個引腳控制進行設置，可以產(chǎn)生不同的頻率偏移信號。同步脈沖的頻率由 CLK0 和 CLK1 兩個引腳設置，時鐘設置如表 5 所示，其中 f 是晶振的頻率。當芯片使能后，功率放大器 PAOUT 將會在 200μ s 內(nèi)進入穩(wěn)定工作狀態(tài)，之后可以進行數(shù)據(jù)的輸出。發(fā)射器的載波頻率通過得到，所以， PLL 只需要在引腳 XTAL1和 XTAL2之間接一個 100pF的負載電容，不需要其他外部元件，就可以得到 的載波信號。晶振振蕩器是一個串行振蕩電路，通 過與外部晶振連接，產(chǎn)生晶振脈沖。 1479 發(fā)射器實質上是一個鎖相環(huán)調諧的低功率超頻發(fā)射器，由微控制器通過 I/O 口來控制不同的工作模式。該芯片具有低電源電流（ ASK模式下為 ， FSK 模式下為 ）， 僅 200μ s 的啟動時間等優(yōu)點，休眠模式下僅為 。 TEST、 VSS、 NC、 DIGIN 引腳都需要接地，電源引腳 VDD 接到電源VCC 上面，然后在 VDD 和地之間接一電容，這樣電容可以起到濾波的作用，把電源中不穩(wěn)定的毛刺消除掉。從 WAKEUP 引腳與微控制器的中斷端口相連，起到每隔 6 輸出 一個脈沖信號給微控制器，喚醒微控制器，讓其采樣傳感器測量的數(shù)據(jù)。傳感器的工作電源接 ，可以和微控制器工作電壓一致。 在讀取壓力數(shù)據(jù)時需要注意的是，在控制字移入 SP12 的同時，上一條指令的響應字會在該時鐘周期內(nèi)移出，所以步驟 3 發(fā)送讀補償壓力數(shù)據(jù)指令的同時得到的響應是上條命令的響應字，要得到正確的壓力數(shù)據(jù)，必須要在下一個時鐘周期，即步驟 4 獲得，不然，將得到錯誤的數(shù)據(jù)。這些指令需要在指令字節(jié)之前，先對SP12 發(fā)送參數(shù)。所以每一對指令和響應都需要 2 個完整的時鐘移位周期?？刂浦噶钭趾晚憫敵鲎侄际?8 位的，響應輸出的內(nèi)容決定于上次輸入的指令。在 FSI 為“高”時，至少有一個錯誤狀態(tài)標志為被置為 1，這時應當停止采樣測量。在 NCS 變低且 SCLK 還沒有變高之前， SDO 上將會送出 FSI。如果在 NCS上升沿之前的時鐘脈沖個數(shù)不是， 8 或者 16 的時候，一個數(shù)字濾波器將會阻止對收到的指令進行操作。然后收到的指令將被譯碼從而決定數(shù)據(jù)的目標地址。在 NCS 的下降沿時， SCLK 引腳必須為“低”此后每一個時鐘的上升沿， SP12 的響應數(shù)據(jù)將會從 SDO 輸出（從低位到高位）。在 NCS 引腳為“高”時，所有在 SCLK 和 SDI 引腳上的信號都無效。 SP12 內(nèi)置了一個用于和單片機通訊的 SPI 串行接口。喚醒脈沖周期大約 6S（通過 WAKEUP 引腳輸出），復位脈沖周期大約 51 分鐘（通過 RESET 引腳輸出）。 SP12 可以提供兩路輸出，分別給單片機提供中斷或是喚醒信號，以使單片機在不工作的時候進入到睡眠狀態(tài)，來降低系統(tǒng)功耗。為了保證內(nèi)部的時鐘同步，在每一次采樣測量SP12 會對兩組時鐘進行比較 ，并按照 2MHz 的高頻時鐘來對低頻始終進行補償。 SP12 測量的電壓的精度是 ，實際電壓和 SP12 測得的值的關系 （ 5） SP12 有兩個振蕩器，其中低功率振蕩器的頻率為 ，用于內(nèi)部時鐘；另一個頻率為 2MHz，用于采樣和數(shù)據(jù)傳送。 SP12 測得的溫度 是存在著漂移的，所以內(nèi)部需要有一個溫度校正電路來提高溫度的精度，校正值 （ 2） （ 3） 式中，是校正值；是 SP12 測得的溫度值，是輪胎的實際溫度值。 SP12 傳感器測量壓力所需要的時間是 6ms，分辨率是 ，上面 提到的 100kPa450kPa 是 SP12 所能測到的絕對壓力范圍，它實際測量的值的范圍是 0350kPa，這反映在補償壓力數(shù)據(jù)中，一般來說，開發(fā)者只要讀取補償后壓力數(shù)據(jù)就可以了，因為它的補償精度是能夠達到實際應用的要求的。完成一次采樣過程。表 3 測量 Measuring range 指標 最小值 最大值 單位 壓力輸入范圍 N/A 1400 Pa 溫度范圍 40 150 ℃ 瞬時溫度 40 175 ℃ 電源電壓 V SP12 SP12 傳感器內(nèi)部有壓力檢測單元、電壓檢測單元、溫度檢測單元、加速度檢測單元、 A/D 轉換模塊、物理量校準模塊、 ID 生成單元、內(nèi)部振蕩器單元和數(shù)字接口。需要注意的是，如果傳感器長時間置于最大值和推薦工作環(huán)境之間，有可能會影響工作性能和可靠性，這就意味著在汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)中，當汽車輪胎的壓力和溫度過高或過低時，系統(tǒng)向駕駛人員給出參數(shù)和報警提示，那么駕駛人員就應該 采取相應措施，否則可能導致傳感器所測量的參數(shù)值會與實際值有較大的偏差。 SP12 是具有 14 引腳的 SOP 封裝。 WAKEUP 每 6 秒輸出一個脈沖信號， RESET 每隔約 5 分鐘輸出一個脈沖信號，所有信號都是低電平有效。 SP12 電路設計 SP12 傳感器的特點與性能 SP12 是一種壓電式壓力傳感器， 通過微機電系統(tǒng)（ MEMS）技術集成了壓力、溫度、加速度、電壓檢測電路，可以通過對它寫入命令字的方式來測量當前時刻的壓力、溫度、加速度、電壓的數(shù)值，并通過 SP12的 SPI 串行通信接口將各物理量的數(shù)值發(fā)送出去。硬件設計的第一步就是詳細了解所選芯片的結構和性能；然后在此基礎上，根據(jù)系統(tǒng)既定的性能指標與功能要求設計電路。本文后面的敘述中，將分系統(tǒng) 硬件設計與輪胎模塊的軟件設計兩大部分詳細的闡述了 TPMS 的設計及實現(xiàn)過程。 綜上所述，最終本 TPMS 方案選定的主要芯片如下： 傳感器： SP12（ Infineon 公司） 射頻芯片： 1479（發(fā)射）、 1471（接收） 微控制器： PIC16F636（發(fā)射）、 LPC2119（接收） 電池： ER34105 本章主要描述了 TPMS 的系統(tǒng)性能指標以及功能要求，提出一些系統(tǒng)設計所涉及的關鍵問題。 ABLE 公司設計的型號為 ER34105 電池，該電池性能指標如下： 空載電壓： ，負載電壓： 容量： 工作溫度： 40℃到 125℃ 保存時間： 10 年以 上 焊腳紐扣型，外殼加厚，可焊在 PCB 上，安裝更牢固，防振動性更好。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，而鋰亞電池能滿足 TPMS寬溫度范圍的要求。 LPC2119 內(nèi)部集成 2 個 CAN 控制器，適合以后系統(tǒng)的功能擴展，性能符合設計要求，并且性價比高，降低了系統(tǒng)的成本。獨特的加速結構使 32 位代碼能夠在最大時鐘速率下運行。 接收模塊的軟件設計要求嵌入系統(tǒng)，采用 ARM 微控制器 LPC2119。微芯的 PIC16F63X 內(nèi)置 2 個時鐘源 8M 和 31K，高達 8 種時鐘頻率。進入和退出低功耗模式以及快速處理數(shù)據(jù)的功能非常重要：，因為 CPU 會在等待時鐘穩(wěn)定下來期間浪費電流。微芯公司的超低功耗 PIC16F63X 系列產(chǎn)品在完全關閉器件上的包括 RAM 存儲在內(nèi)的所有功能，電流消耗僅 1nA（ WDT不使能），在 WDT 使能下僅 。射頻輸入靈敏度在 FSK 模式下為： 108dBm，因此十分適合系統(tǒng)的設計要求。 C 至 +125176。 1471 需要很少的外部元件，可以實現(xiàn)完整的無線射頻數(shù)字數(shù)據(jù)接收器，工作在 300MHz 至450MHz 頻段。 目前，射頻發(fā)射芯片主要制造商有： Atmel、 Infineon、 im 等，經(jīng)過對它們進行比較，如表 2 所示， 1479 在性能上最符合設計要求，并且價格較低，有較好的性價比，因此射頻發(fā)射芯片采用 in 公司的 1479。為了降低功 耗，我們希望射頻發(fā)射芯片工作的時間盡可能短。假定一個完整的數(shù)據(jù)幀是 100位，數(shù)據(jù)速度是 9Hz，每位約 。射頻發(fā)射芯片還要考慮待機功耗和晶振啟動時間。但發(fā)射功率不能超過 +10dBm，如果超過，整個產(chǎn)品和系統(tǒng)要接受無線電管制委員會管制。 無線收發(fā)芯片用于實現(xiàn)輪胎模塊和中央接收模塊之間的通信，其性 能關系到無線通信的可靠性。因此本系統(tǒng)決定采用有內(nèi)置加速度檢測功能的傳感器。 為了省電，發(fā)射器只有在必要的時候才發(fā)射數(shù)據(jù)，其余時間要處于休眠狀態(tài)，可以有很多判據(jù)來決定是否發(fā)射。表 1 SP12 和 MPXY8020 的性能比較 Table1 Performance parison between SP12 and MPXY8020 SP12 MPXY8020 單位 壓力 測量范圍 100～ 450 250～ 450 kPa 測量精度 kPa 測量時間 6 ms 溫度 測量范圍 40～ 125 40～ 125 ℃ 測量精度 1 ℃ 測量時間 ms 加速度 測量范圍 12～ 11 g 測量精度 g 測量時間 6 ms 電壓 測量范圍 ～ V 測量精度 V 測量時間 17 ms 功耗 待機電流 μ A 從上述分析可以看到兩者都能夠提供壓力、溫度和供電電壓的檢測，并帶數(shù)據(jù)接口。由于考慮到開發(fā)資源、成本以及設計的靈活性，選用獨立的芯片來開發(fā)本系統(tǒng)。由于該系列傳感器沒有加速度傳感，因此最好能外接一個加速度檢測開關來判斷汽車是否開動，在停車時少或不發(fā)送數(shù)據(jù)，以節(jié)省電能。 MPXY8020 還具有復位引腳，復位引腳作為一個輸出端子，此端子大約每 50 分鐘 向控制器發(fā)送一復位信號。該傳感器有 4 個操作模式：待機模式、測定氣壓模式、測定溫度式和輸出數(shù)據(jù)讀取模式。它可以和Motorola 的 RKE 系統(tǒng)結合成一個低成本高度綜合的系統(tǒng)。 MotorolaMPXY8020 傳感器： Motorola 公司的 MPXY8020 傳感器是一個 8 引腳的硅集成電容式壓力傳感器。 Infineon 的 SP12傳感器首先是采用了喚醒瞬態(tài)工作模式，當它工作在睡眠工作模式時其功耗僅 微安秒，二是在傳感器模塊中增加了加速度傳感器，利用其質量塊對運動的敏 感性，可以實現(xiàn)汽車啟動自動開機，才進入系統(tǒng)自檢，而如果檢測到加速度很小時（表示汽車沒有運動）讓系統(tǒng)進入睡眠狀態(tài)，大大地降低系統(tǒng)功耗 [35]。 測量可靠性方面：由于傳感器的工作環(huán)境比較惡劣，在不同溫度和不同信號供電電壓等情況下會出現(xiàn)漂移 ， SP12 設有補償功能，可以對壓力，加速度，溫度，供電電壓信號進行檢測和補償，準確提供不同型號輪胎在不同環(huán)境時的正確補償值，有效地保證了測量可靠性。為了便于 TPMS 接收器的識別，每個壓力傳感器都具有唯一的 ID。 SP12 是由 MEMS 壓力傳感器和半導體 SOC 電路，用 集成電路工藝做在一個封裝里的。 InfineonSP 系列傳感器： Infineon 面向汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)應用推出SP12/12T 傳感器。 NPX 只需配備簡單的外圍電路，就可以組成一個完整的模塊。在 4K 字節(jié)的定制 ROM 中，固化了特有的壓力、溫度和電壓測量、補償和校準程序，以及其它實用子程序，這都可以簡化編程的難度。 下面首先簡要的介紹目前幾種主要傳感器的性能與特點，然后再對它們進行比較并給出選擇方案。 能夠檢測電池電壓，低電壓時報警。 傳感器是直接式汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)中非常關鍵的器件，主要從以下幾個方面考慮： 滿足 40～ 125℃的使用溫度范圍要求。壓阻式壓力傳感器則是采用半導體電阻應變片組成惠斯頓電橋作為力電變化測量電路的，具有精度高，易于微型化和集成化等特點。目前主要有硅集成電容式壓力傳感器，如 Freescale 的MPXY80 MPXY8040，和硅壓阻式壓力傳感器，如 GE 的 NPXI、 NPXII 和 Infineon的 SP1 SP30。因此，下面將講述本系統(tǒng)方案中主要芯片的選型，選型時綜合考慮性能、價格、供貨等因素。但考慮到新安裝輪胎出現(xiàn)問題的概率非常小，而且從安裝完成到起車本來就可能有一段比較長的時間，所以這段時間的漏幀并不會對系統(tǒng)造成任何不利的影響。這可以通過設定接收到同一舊次數(shù)超過某預設值后即認為這個 ID 屬于本系統(tǒng)。 輪胎更換因為同類產(chǎn)品在出廠時就已經(jīng)設定好位置，所以 只需購買與欲替換輪胎相同位置的胎壓遙測模塊