1、.PAGE ：.；汽車輪胎壓力和溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要在汽車高速行駛中，輪胎缺點(diǎn)是一切駕駛者最為擔(dān)憂和最難預(yù)防的，也是突發(fā)性交通事故發(fā)生的重要緣由。堅(jiān)持規(guī)范的壓力和溫度是防止爆胎的關(guān)鍵。輪胎壓力溫度監(jiān)視系統(tǒng)TPMS主要用于在汽車行駛時(shí)實(shí)時(shí)的對(duì)輪胎氣壓溫度進(jìn)展自動(dòng)監(jiān)測(cè)，對(duì)異常情況進(jìn)展報(bào)警，以保證行車平安，是駕車者、乘車人的生命平安保證預(yù)警系統(tǒng)。目前TPMS主要有兩種類型：間接式和直接式從丈量精度和實(shí)時(shí)性來(lái)說(shuō)直接式優(yōu)于間接式。TPMS系統(tǒng)主要有二個(gè)部分組成：安裝在汽車輪胎里的傳感器模塊和安裝在汽車駕駛臺(tái)上的系統(tǒng)主機(jī)。一個(gè)TPMS系統(tǒng)有4個(gè)傳感器模塊。系統(tǒng)主機(jī)向傳感器模塊發(fā)送鼓勵(lì)信號(hào)，傳感器模塊呼應(yīng)系

2、統(tǒng)主機(jī)發(fā)送回波信號(hào)，系統(tǒng)主機(jī)處置信號(hào)后把輪胎的壓力和溫度信息數(shù)據(jù)顯示在屏幕上，供駕駛者參考。假設(shè)輪胎的壓力或溫度出現(xiàn)異常，那么報(bào)警，提示駕駛者采取必要的措施；同時(shí)駕駛員可以根據(jù)實(shí)踐情況設(shè)定溫度和壓力報(bào)警上下限。關(guān)鍵詞：TPMS， 自動(dòng)監(jiān)測(cè), 傳感器, 主機(jī)系統(tǒng)Abstract High-speed driving in the car, tire failure was most worried about all the drivers and the most difficult to prevent, and it is important to sudden causes traffi

3、c accidents. Maintain the standard pressure and temperature are the key to prevent puncture. Tire pressure and temperature monitoring system (TPMS) is mainly used in the car driving on the tire pressure when the real-time automatic monitoring of temperature, warning of abnormal situations to ensure

4、traffic safety, is the drivers, passengers, protection of life and safety of early warning systems . Currently there are two types of TPMS: indirect and direct style. Accuracy and real-time from it. Direct is better than indirect. TPMS system has two main parts: the installation of sensors in the ca

5、r tires in the modules and installed in the car on the bridge of the system host. A TPMS system has four sensors modules. System of the host to send the excitation signal sensor module, sensor module sends echo response system host, the host processing system, signal the tire pressure and temperatur

6、e information and data displayed on the screen for the driver information. If the tire pressure or temperature, abnormal, then the alarm to alert the driver to take the necessary measures; while the driver can set the temperature and pressure of the actual situation of alarm limits. Keywords: TPMS ，

7、 automatic monitoring，sensor， Host system朗誦目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc294905672 摘要 PAGEREF _Toc294905672 h 1 HYPERLINK l _Toc294905673 第1章 引言 PAGEREF _Toc294905673 h 5 HYPERLINK l _Toc294905674 1.1課題背景 PAGEREF _Toc294905674 h 5 HYPERLINK l _Toc294905675 1.2 課題研討的意義 PAGEREF _Toc294905675 h 5

8、HYPERLINK l _Toc294905676 13 TPMS的歷史、現(xiàn)狀和開(kāi)展趨勢(shì) PAGEREF _Toc294905676 h 6 HYPERLINK l _Toc294905677 第2章 TPMS原理及分類 PAGEREF _Toc294905677 h 7 HYPERLINK l _Toc294905678 2.1 間接式TPMS系統(tǒng) PAGEREF _Toc294905678 h 7 HYPERLINK l _Toc294905679 22 直接式TPMS系統(tǒng) PAGEREF _Toc294905679 h 7 HYPERLINK l _Toc294905680 第3章 系統(tǒng)

9、設(shè)計(jì)要求 PAGEREF _Toc294905680 h 9 HYPERLINK l _Toc294905681 31 系統(tǒng)任務(wù)環(huán)境 PAGEREF _Toc294905681 h 9 HYPERLINK l _Toc294905682 3. 2 系統(tǒng)功能要求 PAGEREF _Toc294905682 h 9 HYPERLINK l _Toc294905683 33 系統(tǒng)技術(shù)要求 PAGEREF _Toc294905683 h 9 HYPERLINK l _Toc294905684 34 報(bào)警閥值設(shè)定 PAGEREF _Toc294905684 h 10 HYPERLINK l _Toc29

10、4905685 第4章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc294905685 h 11 HYPERLINK l _Toc294905686 41 聲外表波傳感器 PAGEREF _Toc294905686 h 11 HYPERLINK l _Toc294905687 4.1.1聲外表波傳感器引見(jiàn) PAGEREF _Toc294905687 h 11 HYPERLINK l _Toc294905688 4.1.2 諧振器型傳感器13 PAGEREF _Toc294905688 h 12 HYPERLINK l _Toc294905689 4.2 TPMS主機(jī)構(gòu)造 PAGEREF _Toc2949

11、05689 h 13 HYPERLINK l _Toc294905690 4.3 系統(tǒng)任務(wù)原理 PAGEREF _Toc294905690 h 14 HYPERLINK l _Toc294905691 4.4 主要器件的選擇 PAGEREF _Toc294905691 h 15 HYPERLINK l _Toc294905692 4.4.1處置器 PAGEREF _Toc294905692 h 15 HYPERLINK l _Toc294905693 4.4.2鼓勵(lì)源 PAGEREF _Toc294905693 h 15 HYPERLINK l _Toc294905694 4.5 系統(tǒng)電路原理

12、圖設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc294905694 h 15 HYPERLINK l _Toc294905695 4.6硬件系統(tǒng)中關(guān)鍵部分的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc294905695 h 16 HYPERLINK l _Toc294905696 4.6.1鼓勵(lì)信號(hào)的實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc294905696 h 16 HYPERLINK l _Toc294905697 4.6.2開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc294905697 h 18 HYPERLINK l _Toc294905698 4.6.3回波信號(hào)頻率采集 PAGEREF _Toc294905698 h 18 HYPE

13、RLINK l _Toc294905699 4.6.4 數(shù)據(jù)交融處置 PAGEREF _Toc294905699 h 19 HYPERLINK l _Toc294905700 4.6.5 天線與匹配網(wǎng)絡(luò) PAGEREF _Toc294905700 h 19 HYPERLINK l _Toc294905701 4.6.6 LCD顯示 PAGEREF _Toc294905701 h 20 HYPERLINK l _Toc294905702 4.7 MSP430模數(shù)轉(zhuǎn)換 PAGEREF _Toc294905702 h 21 HYPERLINK l _Toc294905703 4.8 系統(tǒng)任務(wù)流程 P

14、AGEREF _Toc294905703 h 23 HYPERLINK l _Toc294905704 終了語(yǔ) PAGEREF _Toc294905704 h 26 HYPERLINK l _Toc294905705 致謝 PAGEREF _Toc294905705 h 27 HYPERLINK l _Toc294905706 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc294905706 h 28 HYPERLINK l _Toc294905707 附錄 PAGEREF _Toc294905707 h 30第1章 引言1.1課題背景隨著汽車工業(yè)的飛速開(kāi)展，人們?cè)谙碛闷嚫咝П憷耐瑫r(shí)，交通事故率也在不

15、斷提高，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在高速公路上發(fā)生的交通事故有70-80是由于爆胎引起的。怎樣防止爆胎已成為平安駕駛的一個(gè)重要課題。據(jù)有關(guān)專家的分析，堅(jiān)持規(guī)范的車胎氣壓行駛和及時(shí)發(fā)現(xiàn)車胎漏氣是防止爆胎的關(guān)鍵。而TPMS系統(tǒng)無(wú)疑將是理想的工具TPMS主要用于在汽車行駛時(shí)對(duì)輪胎氣壓溫度進(jìn)展實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)1，及時(shí)發(fā)現(xiàn)車胎漏氣并發(fā)出警報(bào)，在事故發(fā)生前協(xié)助 駕駛者采取相應(yīng)措施，防止爆胎以減少或防止交通事故的發(fā)生，是駕駛者、乘車人及道路行人生命平安的保證預(yù)警系統(tǒng)2。TPMS是當(dāng)前汽車電子技術(shù)開(kāi)展的熱點(diǎn)，符合未來(lái)汽車智能平安及環(huán)保節(jié)能的開(kāi)展方向，將成為汽車必備的全駕駛配備之一；TPMS具有極佳的市場(chǎng)前景和宏大的潛在效益，它的廣

16、泛運(yùn)用將是一個(gè)永久的主題。1.2 課題研討的意義輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以帶來(lái)顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的社會(huì)效益包括兩方面：1)大大減少因交通事故引起的人身傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。輪胎平安對(duì)汽車平安行駛的影響極大，在輪胎出現(xiàn)缺點(diǎn)或異常時(shí)經(jīng)過(guò)輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)TPMS及時(shí)地對(duì)駕駛員進(jìn)展預(yù)警，可以提高輪胎的平安性能，進(jìn)而可以有效地降低汽車行駛，特別是高速行駛時(shí)發(fā)生交通事故的能夠性。2)減少因丟棄報(bào)廢輪胎和尾氣排放引起的環(huán)保問(wèn)題。據(jù)世界衛(wèi)生組織最新統(tǒng)計(jì)結(jié)果，目前全世界每天有超越500萬(wàn)條廢輪胎被丟棄。由于廢舊輪胎回收和處置上的困難，目前全球己有數(shù)以億萬(wàn)計(jì)的輪胎等待處置，成為了環(huán)保的一大頑疾。另外實(shí)

17、驗(yàn)證明，輪胎壓力和汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性有著親密的關(guān)系。行駛一樣的間隔 ，輪胎壓力過(guò)低時(shí)將要耗費(fèi)更多的燃油，同時(shí)也排放出更多的尾氣。經(jīng)過(guò)運(yùn)用輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及時(shí)的發(fā)現(xiàn)輪胎氣壓的異常，就可以有效的處理因輪胎壓力異常引起的輪胎過(guò)度磨損和燃油過(guò)度耗費(fèi)的問(wèn)題。隨著經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)和汽車整體價(jià)錢的下降，將會(huì)有越來(lái)越多的消費(fèi)者具有購(gòu)買汽車的才干和愿望。另一方面，隨著因輪胎壓力問(wèn)題引起的交通事故在一切交通事故中所占的比例的添加，越來(lái)越多的廠家開(kāi)場(chǎng)注重輪胎壓力與溫度監(jiān)測(cè)問(wèn)題，目前曾經(jīng)有國(guó)家出臺(tái)法律規(guī)定要求在汽車中配置輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在不久的未來(lái)，輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將會(huì)和ABS、平安氣囊一樣成為汽車的規(guī)范配置。宏大的需求將

18、會(huì)產(chǎn)生宏大的市場(chǎng)，許多與輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相關(guān)的企業(yè)將會(huì)出現(xiàn)，發(fā)明宏大的經(jīng)濟(jì)效益。13 TPMS的歷史、現(xiàn)狀和開(kāi)展趨勢(shì)輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)TPMS的概念出如今上世紀(jì)80年代，到90年代曾經(jīng)有部分歐洲的高檔轎車配備了用于丈量輪胎溫度和壓力的傳感器。到90年代末，輪胎壓力和溫度問(wèn)題開(kāi)場(chǎng)備受人們關(guān)注，這是由于當(dāng)時(shí)的一些汽車組織對(duì)1995年汽車事故的研討過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在1995年發(fā)生的致命的汽車交通事故中，有647次與汽車輪胎胎壓有關(guān)。美國(guó)雜志對(duì)766輛汽車的統(tǒng)計(jì)闡明，有723的汽車的輪胎胎壓缺乏。由此可見(jiàn)，一方面輪胎壓力和溫度對(duì)交通平安有重要影響；另一方面，短少一種可以方便的協(xié)助 汽車駕乘人員查看汽車輪胎壓

19、力和溫度情況的設(shè)備。所以，輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)場(chǎng)迅速開(kāi)展。最初的輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是間接式TPMS，它的最大優(yōu)點(diǎn)是不受壓力傳感器的限制。隨著傳感器技術(shù)的開(kāi)展，壓力傳感器產(chǎn)品曾經(jīng)可以滿足TPMS系統(tǒng)的要求，從此以后直接式TPMS開(kāi)場(chǎng)迅速開(kāi)展。在國(guó)際市場(chǎng)，2000年5月，直接式TPMS在美國(guó)上市；許多歐洲的汽車廠商也已將直接式TPMS配裝于本人的中高檔車型之中。國(guó)內(nèi)汽車制造巨頭也已開(kāi)場(chǎng)思索將TPMS作為原廠配備的規(guī)范配置。在已有的TPMS系統(tǒng)中，有直接式和間接式兩種類型。直接式TPMS系統(tǒng)首先需求傳感器實(shí)時(shí)丈量每一個(gè)輪胎中的壓力和溫度，然后利用無(wú)線通訊方式與TPMS主機(jī)進(jìn)展通訊，主機(jī)可以顯示各個(gè)輪胎的

20、氣壓和溫度信息，并且在輪胎氣壓過(guò)低、過(guò)高、有漏氣或輪胎內(nèi)溫度異常時(shí)發(fā)出聲音警報(bào)。間接式TPMS系統(tǒng)的根據(jù)是：當(dāng)行駛中的汽車的輪胎氣壓變化時(shí)，車身的分量會(huì)使輪胎直徑變化，輪速也會(huì)發(fā)生變化；此時(shí)經(jīng)過(guò)汽車ABS(自動(dòng)防抱死系統(tǒng))的輪速傳感器來(lái)比較輪胎之間的轉(zhuǎn)速差別，就可以到達(dá)監(jiān)視胎壓的目的。和直接式TPMS系統(tǒng)相比較，間接式TPMS系統(tǒng)相對(duì)廉價(jià)，曾經(jīng)配備了4輪ABS(每個(gè)輪胎配備1個(gè)輪速傳感器)的汽車只需對(duì)軟件進(jìn)展晉級(jí)即可運(yùn)用間接系統(tǒng)。但是，目前這類系統(tǒng)沒(méi)有直接系統(tǒng)準(zhǔn)確率高，而且無(wú)法監(jiān)測(cè)出多個(gè)輪胎同時(shí)低壓或高壓的情況，這些缺陷限制了間接式TPMS系統(tǒng)的開(kāi)展。另一方面，隨著傳感器技術(shù)的開(kāi)展，壓力傳感器

21、的本錢曾經(jīng)大幅度下降。由此可見(jiàn)，在未來(lái)的TPMS系統(tǒng)中，直接式TPMS系統(tǒng)必將占據(jù)主導(dǎo)位置3。第2章 TPMS原理及分類2.1 間接式TPMS系統(tǒng)間接式TPMS不需求另外安裝傳感器。它主要經(jīng)過(guò)建立輪胎壓力與車輪轉(zhuǎn)速或輪胎的周向改動(dòng)剛度的關(guān)系模型來(lái)間接求出輪胎壓力。目前主流間接式TPMS是借用ABS中的輪速傳感器來(lái)獲得4個(gè)輪胎的轉(zhuǎn)速。當(dāng)某個(gè)輪胎的氣壓下降時(shí)，滾動(dòng)半徑減小，車輪轉(zhuǎn)速相應(yīng)增大。系統(tǒng)經(jīng)過(guò)比較兩條對(duì)角線上車輪轉(zhuǎn)速的總和(右前和左后輪速的總和與左前和右后輪速的總和)來(lái)判別能否出現(xiàn)氣壓下降。這是由于在車輛恣意角度的轉(zhuǎn)向中，外側(cè)輪胎的轉(zhuǎn)速一定比內(nèi)側(cè)輪胎的轉(zhuǎn)速高。假設(shè)把其中某個(gè)車輪的輪速和另外3

22、個(gè)車輪的輪速分別比較，由于在轉(zhuǎn)彎或曲線行駛時(shí)，外側(cè)輪胎的轉(zhuǎn)速比內(nèi)側(cè)輪胎的高，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出錯(cuò)誤報(bào)警。目前主流間接式TPMS存在明顯的缺陷，這主要表如今：1)當(dāng)前間接式的TPMS系統(tǒng)必需比較處于對(duì)角線上的兩輪速度之和，不能比較前后兩車輪的速度。2)當(dāng)4個(gè)輪胎同樣胎壓缺乏時(shí)或者同一軸上兩輪，同一邊的兩輪同樣胎壓缺乏時(shí)，系統(tǒng)不可以監(jiān)測(cè)出來(lái)，而只能當(dāng)兩輪處于對(duì)角線上能監(jiān)測(cè)出來(lái)；當(dāng)速度超越100 kmh的情況時(shí)，系統(tǒng)就不可以正常任務(wù)了；只需在單個(gè)輪胎或?qū)蔷€上的兩個(gè)輪胎以及3個(gè)輪胎的氣壓低于其他輪胎氣壓的30以上，才干監(jiān)測(cè)到低壓景象。NHTSA在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用目前間接型TPMS的輪胎，在處于明顯低壓形狀

23、時(shí)，只需占調(diào)查總數(shù)的50發(fā)生了報(bào)警，而直接型TPMS都能發(fā)出報(bào)警。22 直接式TPMS系統(tǒng)直接式TPMS利用安裝在每一個(gè)輪胎里的壓力傳感器直接丈量輪胎內(nèi)氣壓，當(dāng)輪胎欠壓或者有滲漏時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警。它由多個(gè)發(fā)送端和一個(gè)接納端兩部分組成，如圖2 -l所示。發(fā)送端安裝在輪胎上，由溫度傳盛器、壓力傳感器、MCU、無(wú)線發(fā)射器和電池組成。MCU對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)展分析處置，控制射頻發(fā)射器向接納端發(fā)送數(shù)據(jù)。接納端安裝在駕駛室的面板上，由無(wú)線接納器、MCU、人機(jī)接口以及聲光報(bào)警安裝組成，擔(dān)任接納、顯示輪胎形狀信息，在輪胎形狀異常時(shí)發(fā)出警報(bào)，并提供系統(tǒng)設(shè)置功能。監(jiān)視器圖2-1 直接式TPMS表示圖直接式TPMS按照發(fā)

24、射端安裝位置的不同分為外置式和內(nèi)置式。外置式TPMS普通安裝在輪胎的氣門芯上，內(nèi)置式TPMS的發(fā)射端安裝在輪胎內(nèi)部，普通是輪毅上，也有將發(fā)射端在消費(fèi)輪胎時(shí)就埋入輪胎胎壁內(nèi)的。直接式TPMS按原理的不同又可以分為機(jī)械式TPMS、基于MEMS工藝傳感器芯片的自動(dòng)式TPMS、基于SAW技術(shù)和基于RFID技術(shù)的被動(dòng)式無(wú)源TPMS等。在此著重引見(jiàn)下基于SAW技術(shù)的無(wú)源TPMS。SAW是由英國(guó)物理學(xué)家瑞利在1885年發(fā)現(xiàn)的，即在彈性晶體外表能發(fā)出某種頻率的外表聲波，也稱為瑞利波。科學(xué)家們利用SAW研制出各種不同的SAW組件，可產(chǎn)生不同的頻率呼應(yīng)。SAW型傳感器4是在輪胎的外表嵌入薄石英片，經(jīng)過(guò)壓電效應(yīng)將壓

25、力信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的呼應(yīng)頻率信號(hào)，并在訊問(wèn)頻率的誘發(fā)下，前往相應(yīng)頻率，從而丈量行駛種汽車的壓力和溫度等參數(shù)。發(fā)射機(jī)發(fā)射RF信號(hào)給SAW。當(dāng)輪胎內(nèi)的壓力或者溫度變化時(shí)，SAW發(fā)射回來(lái)的高頻信號(hào)也相應(yīng)變化，天線接納到這些變化了的RF信號(hào)后，送入處置器，根據(jù)特定的算法就可以知道輪胎內(nèi)的壓力、溫度情況。由于SAW是無(wú)源器件5，所以無(wú)需電池，而且質(zhì)量較小，可在高溫等惡劣環(huán)境下任務(wù)。目前，基于SAW的產(chǎn)品還在研發(fā)階段。第3章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求TPMS系統(tǒng)由采樣發(fā)射模塊和接納主機(jī)構(gòu)成。采樣發(fā)射模塊安裝在輪胎內(nèi)，接納主機(jī)安裝在車廂內(nèi)。接納主機(jī)經(jīng)過(guò)鼓勵(lì)信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器的有效鼓勵(lì)，信號(hào)被傳感器的天線接納后，由IDT經(jīng)逆

26、壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換成SAW信號(hào)在基底外表傳播，SAW信號(hào)被反射器所反射反射信號(hào)再經(jīng)過(guò)IDT的壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并經(jīng)過(guò)與IDT相連的天線轉(zhuǎn)換為一系列RF脈沖回波信號(hào)。接納主機(jī)的解調(diào)電路將發(fā)射模塊發(fā)射出來(lái)的射頻信號(hào)放大解調(diào)后，將數(shù)字信號(hào)送給微控制單元。微控制單元做出相應(yīng)的處置，如更新當(dāng)前壓力值，聲光報(bào)警等，從而實(shí)現(xiàn)輪胎的壓力顯示和監(jiān)控。由傳感器、微控制單元、接納等主要芯片組成TPMS系統(tǒng)。31 系統(tǒng)任務(wù)環(huán)境輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是用于丈量輪胎壓力、溫度。它的發(fā)射部分被埋置于輪胎內(nèi)部，任務(wù)在輪胎封鎖的環(huán)境中6。故而輪胎的壓力信息傳送必需經(jīng)過(guò)無(wú)線通訊來(lái)處理。任務(wù)時(shí)輪胎處于高速旋轉(zhuǎn)的形狀，因此必需固定牢靠。此外

27、，目前汽車輪胎大部分為無(wú)內(nèi)胎輪胎，發(fā)射安裝可固定在輪轂上。當(dāng)發(fā)射部分隨著輪胎轉(zhuǎn)到背向主機(jī)時(shí)，由于金屬輪轂對(duì)信號(hào)有屏蔽作用，接納靈敏度將有所下降。3. 2 系統(tǒng)功能要求胎壓、溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)汽車輪胎的任務(wù)形狀，對(duì)輪胎壓力、溫度異常及時(shí)給予提示，并結(jié)合輪胎溫度對(duì)能夠出現(xiàn)的爆胎事故進(jìn)展預(yù)警。本課題研討的系統(tǒng)是被動(dòng)直接式輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)在汽車行駛形狀下經(jīng)過(guò)鼓勵(lì)信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器的有效鼓勵(lì)，傳感器模塊實(shí)時(shí)丈量輪胎壓力和溫度，將測(cè)得的形狀信息發(fā)送到安裝在駕駛室內(nèi)的系統(tǒng)主機(jī)，并經(jīng)過(guò)主機(jī)的液晶顯示器顯示各輪胎的當(dāng)前情況，讓駕駛員直觀了解各輪胎的實(shí)時(shí)形狀，出現(xiàn)異常那么發(fā)出報(bào)警信號(hào)。此外，在汽車輪

28、胎的運(yùn)用過(guò)程中，輪胎胎面會(huì)逐漸被磨耗。但由于各車輪受力不同，輪胎在路面的滑動(dòng)量不同，使汽車的前后輪、左右輪的磨損速度不同。為了延伸輪胎的運(yùn)用壽命，定期對(duì)輪胎進(jìn)展換位。輪胎的維護(hù)換位可以提高輪胎行駛里程、平衡胎體疲勞強(qiáng)度和磨損。因此，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)必需具有輪胎換位后的重新定位功能7?？偨Y(jié)該系統(tǒng)功能詳細(xì)如下：(1)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)個(gè)輪胎的壓力情況；(2)可設(shè)定各輪胎的壓力報(bào)警上下限；(3)當(dāng)某個(gè)輪胎的壓力過(guò)高、過(guò)低時(shí)，顯示該輪胎的ID、溫度和壓力，并發(fā)出報(bào)警；(4)輪胎保養(yǎng)換位后，各輪胎ID可重設(shè)；(5)可手動(dòng)讀取各輪胎當(dāng)前壓力值。33 系統(tǒng)技術(shù)要求輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的作用主要是防止在汽車高速行駛中輪胎氣壓過(guò)

29、低。發(fā)射系統(tǒng)處于輪胎的封鎖形狀中，系統(tǒng)體積要?。籗AW傳感器耦合的能量有限，故而要求功耗低。綜合起來(lái)，該產(chǎn)品的主要技術(shù)要求如下：(1)體積小，尤其是發(fā)射安裝的體積要盡能夠的小；(2)功耗低，尤其是發(fā)射安裝的功耗要盡能夠的低；(3)儀器的抗干擾和噪聲的效果要好；34 報(bào)警閥值設(shè)定汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)親密監(jiān)視輪胎內(nèi)部胎壓及溫度。當(dāng)胎壓高于或低于規(guī)范胎壓的20時(shí)就非常危險(xiǎn)應(yīng)予報(bào)警，同時(shí)根據(jù)高溫對(duì)輪胎性能的影響，得出當(dāng)胎溫高于85時(shí)應(yīng)給予報(bào)警。本文所設(shè)計(jì)的汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的低壓報(bào)警閥值為規(guī)范胎壓的85，高壓報(bào)警閥值為規(guī)范胎壓的120，高溫報(bào)警閥值為850C。第4章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)41 聲外表波傳感器4

30、.1.1聲外表波傳感器引見(jiàn)聲外表波器件是一種信號(hào)處置器件，包括延遲線、帶通濾波器、諧振器等。由于聲外表波的傳播速度通常只需電磁波傳播速度的十萬(wàn)分之一，所以聲外表波器件的尺寸比相應(yīng)電磁波器件的尺寸減小許多，如1km長(zhǎng)的微波傳輸線所得到的延遲，只需傳輸途徑為1cm的聲外表波延遲線即可實(shí)現(xiàn)。因此，壓電基片上叉指換能器的這一功能非常適宜電子模擬信號(hào)處置，能實(shí)現(xiàn)多種模擬信號(hào)處置功能。因此，聲外表波器件憑仗其高精度、高反復(fù)性、高穩(wěn)定性、體積小等優(yōu)點(diǎn)8，在雷達(dá)、通訊、遙測(cè)遙控和傳感器等領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用。SAW 傳感器910是SAW 器件的一個(gè)運(yùn)用分支，它出如今上世紀(jì)70 年代，起初，人們發(fā)現(xiàn)外界要素如溫度、

31、壓力、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、氣體和某些化學(xué)物質(zhì)，對(duì)聲外表波的傳播特性會(huì)呵斥影響，所以研討這些影響與外部要素之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。從而出現(xiàn)了各種運(yùn)用構(gòu)造，用于丈量各種化學(xué)、物理的被測(cè)參數(shù)。隨著微電子技術(shù)、集成電路技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和資料、微細(xì)加工技術(shù)的迅速開(kāi)展，聲外表波傳感器研討也蓬勃開(kāi)展起來(lái)。按任務(wù)方式的不同，SAW 傳感器可以分為如下兩種11：延遲線型調(diào)和振器型。延遲型主要采用編碼脈沖或掃頻信號(hào)方式鼓勵(lì)，而后者多采用沖激脈沖或間歇脈沖鼓勵(lì)。對(duì)于延遲型傳感器，當(dāng)外界被丈量發(fā)生變化時(shí)，經(jīng)過(guò)傳感器的信號(hào)時(shí)延或相位將發(fā)生變化，檢測(cè)該時(shí)延或相變，就能確定被丈量大小。諧振型聲外表波傳感器僅呼應(yīng)與諧振器固有頻率一樣或接近的

32、鼓勵(lì)信號(hào)，而固有頻率會(huì)根據(jù)外界被丈量變化而發(fā)生變化，所以可以利用諧振器良好的頻率選擇性直接丈量反映器件固有頻率的諧振頻率，確定被丈量大小。聲外表波技術(shù)有如下特點(diǎn)12：1聲外表波具有極低的傳播速度和極短的波長(zhǎng)，它們各自比相應(yīng)的電磁波的傳播速度和波長(zhǎng)小十萬(wàn)倍。在VHF 和UHF 頻段內(nèi)，電磁波器件的尺寸是與波長(zhǎng)相比較的。因此，在同一頻段上，聲外表波器件的尺寸比相應(yīng)得電磁波器件的尺寸減少了很多，分量也隨之大為減輕。2由于聲外表波系沿固體外表傳播，加上傳播速度極慢，這使得時(shí)變信號(hào)在給定瞬時(shí)可以完全呈如今晶體基片外表上。于是當(dāng)信號(hào)在器件的輸入和輸出端之間行進(jìn)時(shí)，就容易對(duì)信號(hào)進(jìn)展取樣和變換。這就給聲外表波

33、器件以極大的靈敏性，使它能以非常簡(jiǎn)單的方式去完成其他技術(shù)難以完成或完成起來(lái)過(guò)于繁重的各種功能。3由于聲外表波器件是在單晶資料上用半導(dǎo)體平面工藝制造的，所以它具有很好的一致性和反復(fù)性，易于大量消費(fèi)，而且當(dāng)運(yùn)用某些單晶資料和復(fù)合資料時(shí)，聲外表波器件具有極高的溫度穩(wěn)定性。4聲外表波器件的抗輻射才干強(qiáng)，動(dòng)態(tài)范圍很大，可達(dá)100dB。這是由于它利用的是晶體外表的彈性波而不涉及電子的遷移過(guò)程。4.1.2 諧振器型傳感器134.1.2.1 諧振器型傳感器的構(gòu)造諧振型聲外表波無(wú)源傳感器構(gòu)造如圖4-1所示，也是由壓電基板、叉指換能器(IDT)和左右的反射柵組成。不同的是在該構(gòu)造中，每一電極的間距是相等的，為L(zhǎng)，

34、左、右反射柵與IDT的間隔 均為d。其中聲反射鏡構(gòu)成一個(gè)聲學(xué)諧振腔，而IDT將鼓勵(lì)的能量引入和將諧振腔中能量輸出。D天線IDT壓電基片天線左右反射柵吸收資料圖4-1諧振型聲外表波傳感器構(gòu)造表示圖一個(gè)聲外表波諧振器的性能很大的程度由反射器的特性來(lái)決議。一個(gè)高效率的反射器通常由壓電電場(chǎng)短路的金屬指條或質(zhì)量負(fù)載絕緣指條構(gòu)成。由于傳播方向相反的聲外表波中質(zhì)點(diǎn)的程度和垂直位移相差2，所以不能同時(shí)滿足兩個(gè)相反傳播波的邊境條件，不能采用通常體波的單個(gè)分別的高效的反射鏡。而必需采用基于反射元陣列的聲外表波反射鏡，該反射器指條陣列分布不延續(xù)，引起許多小的反射，并使這些小的反射相關(guān)疊加，構(gòu)成全發(fā)射；或限制所發(fā)生反

35、射的帶寬，以便去掉與產(chǎn)生聲體波有關(guān)的頻率。目前，有幾種反射柵陣列方式，每一帶條寬和間隔間隔 皆為四分之一波長(zhǎng)。4.1.2.2 諧振器型傳感器的任務(wù)原理SAW諧振器用作無(wú)源無(wú)線傳感器的原理是：當(dāng)諧振器基片外表的壓力或周圍環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)它的諧振頻率發(fā)生相應(yīng)變化，因此諧振頻率的變化反映了溫度和壓力參數(shù)的變化，于是經(jīng)過(guò)檢測(cè)諧振器的諧振頻率的變化便可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力參數(shù)的檢測(cè)。當(dāng)作為敏感元件的諧振器遭到無(wú)線查詢信號(hào)的鼓勵(lì)時(shí)，查詢信號(hào)的能量經(jīng)逆壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換為SAW 的振動(dòng)能量，此時(shí)SAW作受迫振動(dòng)；當(dāng)鼓勵(lì)信號(hào)停頓后，SAW在受迫振動(dòng)后剩余能量的作用下作自在振動(dòng)，震動(dòng)頻率由于被丈量如溫度、壓力等的變化而

36、變化，自在振動(dòng)的SAW 信號(hào)再經(jīng)壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并被天線發(fā)射出去。本文基于聲外表波諧振型無(wú)源無(wú)線壓力溫度傳感器展開(kāi)設(shè)計(jì)。4.2 TPMS主機(jī)構(gòu)造TPMS主機(jī)14由發(fā)射機(jī)和接納機(jī)兩部分組成。發(fā)射機(jī)的義務(wù)是產(chǎn)生鼓勵(lì)信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)敏感單元的有效鼓勵(lì)；而接納機(jī)實(shí)現(xiàn)獲取傳感信息。發(fā)射機(jī)的構(gòu)成方案比較簡(jiǎn)單，其構(gòu)造框圖見(jiàn)以下圖。發(fā)射機(jī)的義務(wù)是發(fā)送查詢信號(hào)，其主要目的為功率和效率。鼓勵(lì)源放大器匹配網(wǎng)絡(luò)圖4-2發(fā)射機(jī)構(gòu)造框圖接納機(jī)的構(gòu)成常運(yùn)用二次變頻式和一次變頻式。一次變頻方式由于只需一個(gè)本振，因此電路簡(jiǎn)單，頻率穩(wěn)定度也較高，一次變頻式的構(gòu)成如圖4-3 所示。頻帶選擇濾波帶通濾波中頻放大放大器解調(diào)混頻帶通濾波W

37、n圖 4.3 一次變頻構(gòu)造為了便于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)，本系統(tǒng)在接納回路上采用一次變頻的構(gòu)成方式；接納機(jī)和發(fā)射機(jī)經(jīng)過(guò)寬帶匹配技術(shù)共用一根天線15，減少硬件本錢；經(jīng)過(guò)處置器來(lái)控制鼓勵(lì)源發(fā)射查詢信號(hào)；傳感器信號(hào)的處置采用硬件頻率丈量電路和CPU軟件編程相結(jié)合的實(shí)現(xiàn)方式16，用單片機(jī)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制17。詳細(xì)系統(tǒng)構(gòu)成如圖4-4所示。匹配網(wǎng)絡(luò)功放濾波SAW傳感器低通濾波處置器報(bào)警功放濾波LCD顯示鼓勵(lì)源混頻器開(kāi)關(guān)圖4-4 系統(tǒng)構(gòu)成框圖4.3 系統(tǒng)任務(wù)原理系統(tǒng)任務(wù)過(guò)程分為發(fā)射周期、接納周期和 CPU數(shù)據(jù)處置。在發(fā)射周期，由可調(diào)本征信號(hào)源產(chǎn)生高分辨率的控制信號(hào)，該控制信號(hào)作為高頻合成芯片的信號(hào)源輸入；然后經(jīng)

38、過(guò)高頻合成芯片的內(nèi)部倍頻電路得到準(zhǔn)確的鼓勵(lì)信號(hào)，輸出的鼓勵(lì)信號(hào)那么經(jīng)過(guò)濾波和放大后經(jīng)單刀雙擲開(kāi)關(guān)和匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入發(fā)射天線；天線輻射出去的電磁波被SAW傳感器的諧振器接納后，電磁波的能量經(jīng)逆壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換為SAW 的振動(dòng)能量，此時(shí)SAW作受迫振動(dòng)；當(dāng)鼓勵(lì)信號(hào)停頓后，SAW在受迫振動(dòng)后剩余能量的作用下作自在振動(dòng)，震動(dòng)頻率由于被丈量如溫度、壓力等的變化而變化，自在振動(dòng)的SAW信號(hào)再經(jīng)壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并被天線發(fā)射出去。在接納周期，發(fā)射信號(hào)與天線的通道由單刀雙擲開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，轉(zhuǎn)而接通回波信號(hào)與接納電路的信號(hào)通道。發(fā)射周期終了后，在壓電基片中的叉指電極不再遭到鼓勵(lì)信號(hào)的鼓勵(lì)，那么叉指電極和反射柵以本征頻率作自

39、在振動(dòng)，此時(shí)壓電基片中自在振動(dòng)的聲外表波的波速就是經(jīng)過(guò)溫度、壓力等調(diào)制后的傳播速度，所以此時(shí)的聲外表波攜帶有溫度、壓力的信息；該聲外表波在傳播的過(guò)程中經(jīng)壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)和與叉指換能器相連的天線輻射出去。該信號(hào)被接納電路的天線接納后，經(jīng)過(guò)放大后進(jìn)展混頻，實(shí)現(xiàn)下變頻，再經(jīng)過(guò)帶通濾波，進(jìn)入頻率丈量電路對(duì)該信號(hào)的頻率進(jìn)展丈量。丈量后的結(jié)果傳送給處置器，再進(jìn)展后續(xù)的數(shù)據(jù)處置。系統(tǒng)經(jīng)過(guò)處置器控制單個(gè)通道的丈量時(shí)間和各個(gè)通道的鼓勵(lì)信號(hào)的頻率輸出，利用以上的任務(wù)方式可以測(cè)得各個(gè)傳感器的回波信號(hào)的頻率。4.4 主要器件的選擇4.4.1處置器TI公司的MSP430系列單片機(jī)是一種超低功耗的

40、混合信號(hào)控制器18。它們具有16位RISC(精簡(jiǎn)指令集)構(gòu)造，有強(qiáng)大的處置才干，低電壓、超低功耗等優(yōu)點(diǎn)。在此選用MSP430F435，該芯片具有16KB的程序Flash，512B的數(shù)據(jù)RAM；8通道12位ADC;48個(gè)IO口;128160段LCD；16位WDT；8bit根本定時(shí)器；16位Timer_A(3個(gè)比較/捕獲存放器)；16位Timer_B(3個(gè)比較/捕獲存放器)；1個(gè)USART接口；比較器A；溫度傳感器；有100引腳PZ封裝。4.4.2鼓勵(lì)源本系統(tǒng)采用直接數(shù)字式頻率合成器DDS+鎖相環(huán)(PLL)的方式作為可調(diào)本征信號(hào)源。AD9854數(shù)字合成器是高集成度的器件，它采用先進(jìn)的DDS技術(shù)，片

41、內(nèi)整合了兩路高速、高性能正交D/A轉(zhuǎn)換器經(jīng)過(guò)數(shù)字化編程可以輸出I、Q兩路合成信號(hào)。在高穩(wěn)定度時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，AD9854將產(chǎn)生一高穩(wěn)定的頻率、相位、幅度可編程的正弦和余弦信號(hào)。以AD9854為中心，與雙通道頻率輸出的頻率合成芯片SI4133G19相結(jié)合可構(gòu)成可調(diào)信號(hào)源。4.5 系統(tǒng)電路原理圖設(shè)計(jì)基于聲外表波壓力溫度傳感器設(shè)計(jì)的電路框圖如下所示。MSP430F435處置器鍵盤LCD低通濾波AD9854數(shù)字合成器SI4133G射頻合成器ADL5330差分放大器T1ADL5353混頻器AD8362檢波器ADL5330差分放大器T2射頻開(kāi)關(guān)匹配網(wǎng)絡(luò)報(bào)警LM1117電壓調(diào)理器12v汽車電源接納主機(jī)SAW傳

42、感器圖4-5 系統(tǒng)構(gòu)成電路原理框圖詳細(xì)的電路見(jiàn)附圖。本系統(tǒng)通MSP430F435處置器控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。系統(tǒng)初始化之后，MSP430F435處置器經(jīng)過(guò)控制字使AD9854輸出高精度的本征信號(hào)，該本征信號(hào)作為高頻信號(hào)合成芯片SI4133G的參考頻率輸入；SI4133G 芯片內(nèi)部的倍頻電路根據(jù)頻率合成控制字合成射頻信號(hào)輸出，該射頻信號(hào)再經(jīng)過(guò)放大器以后，經(jīng)由射頻開(kāi)關(guān)的通道進(jìn)入天線并輻射出去。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的鼓勵(lì)信號(hào)輸出后，MSP430F435處置器在控制射頻開(kāi)關(guān)進(jìn)展通道轉(zhuǎn)換的同時(shí)，控制AD9854 和SI4133G 輸出一路與射頻信號(hào)相差約30MHz的射頻信號(hào)。該經(jīng)過(guò)放大器后進(jìn)入混頻器，在混頻器里與

43、等幅放大后的回波信號(hào)進(jìn)展下變頻，得到大約30MHz的低頻信號(hào)。該低頻信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波后進(jìn)入頻率丈量電路進(jìn)展頻率丈量。丈量結(jié)果輸入CPU，處置后的結(jié)果經(jīng)過(guò)LCD 進(jìn)展顯示，告知駕駛員。假設(shè)其中的一些參數(shù)要進(jìn)展調(diào)理，可以經(jīng)過(guò)鍵盤直接輸入。4.6硬件系統(tǒng)中關(guān)鍵部分的設(shè)計(jì)4.6.1鼓勵(lì)信號(hào)的實(shí)現(xiàn)由于所需檢測(cè)信號(hào)的頻率為未知量，對(duì)諧振器的鼓勵(lì)要在諧振器的呼應(yīng)頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)諧振器的鼓勵(lì)，而只需當(dāng)鼓勵(lì)頻率調(diào)和振器的諧振頻率相等時(shí)，傳感輸出的能量最強(qiáng)，而傳感間隔 又與信號(hào)能量的強(qiáng)弱有關(guān)，能量越強(qiáng)傳感間隔 越遠(yuǎn)。因此，在一樣的鼓勵(lì)信號(hào)輸出功率時(shí)，為了獲得最大的檢測(cè)間隔 ，采用對(duì)諧振器進(jìn)展諧振鼓勵(lì)的任務(wù)方式，而諧振

44、器的諧振頻率隨著被測(cè)參數(shù)的變化而改動(dòng)，因此，需求鼓勵(lì)信號(hào)可調(diào)，在此稱之為可調(diào)鼓勵(lì)信號(hào)源。為了精簡(jiǎn)系統(tǒng)，根據(jù)DDS直接數(shù)字合成原理20本文采用高性能直接數(shù)字頻率合成DDS芯片AD9854為中心，與雙通道頻率輸出的頻率合成芯片SI4133G相結(jié)合構(gòu)成可調(diào)信號(hào)源。AD9854主要由時(shí)鐘乘法器、頻率累加器、相位累加器、正弦轉(zhuǎn)換表、逆sinc 濾波器、數(shù)字幅度調(diào)制乘法器、編程存放器、頻率和相位控制字乘法器與調(diào)頻控制邏輯、DAC 變換、I/O 口緩沖器、比較器等組成。其主要特點(diǎn)包括：1高達(dá)300MHz 的內(nèi)部時(shí)鐘頻率內(nèi)含倍頻次數(shù)為420 以內(nèi)整數(shù)的可編程時(shí)鐘倍頻器，使得外部可只提供一個(gè)低頻參考時(shí)鐘；2內(nèi)含

45、12位DAC雙通道輸出；3雙48位可編程頻率存放器一路頻率控制字，一路步進(jìn)頻率控制字，頻率分辨率可達(dá)微赫茲；4雙14位可編程相位存放器；5雙12位可編程幅度控制存放器和鍵控可編程幅度漸變開(kāi)關(guān)功能。AD9854構(gòu)造框圖：4X20XREFCLK高速DDS內(nèi)核反SINC函數(shù)濾波12bitDAC頻率/相位存放器數(shù)據(jù)輸入存放器48bit控制字比較器IQ模擬輸入時(shí)鐘輸出參考時(shí)鐘主復(fù)位頻率刷新/存放器復(fù)位控制字/時(shí)鐘輸入串行輸入并行輸入圖4-6 AD9854 構(gòu)造圖SI4133G射頻頻率合成器主要由參考頻率放大器、除法器、相位檢測(cè)、帶通濾波器、壓控振蕩器和控制字存放器等組成。經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)目刂谱趾蛥⒖季д裥盘?hào)源

46、，由這兩個(gè)芯片可以產(chǎn)生所需求的任何頻率的高精度鼓勵(lì)信號(hào)源。圖4-7鼓勵(lì)信號(hào)源4.6.2開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)由于在一定的鼓勵(lì)條件下，諧振器的傳感輸出能量會(huì)隨著傳感間隔 的變化而發(fā)生變化，而在大多情況下回波信號(hào)為一瞬態(tài)弱信號(hào)，且鼓勵(lì)信號(hào)極易對(duì)回波信號(hào)構(gòu)成干擾，因此，為更好地獲取回波信號(hào)，減少鼓勵(lì)信號(hào)對(duì)回波信號(hào)的干擾，將鼓勵(lì)信號(hào)和回波信號(hào)在時(shí)間上分開(kāi)。為實(shí)現(xiàn)收發(fā)信號(hào)在時(shí)間上的分開(kāi)，可采用一個(gè)可控單刀雙擲開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)?？煽貑蔚峨p擲開(kāi)關(guān)的采用，可滿足系統(tǒng)共用一根天線時(shí)必需進(jìn)展有效的轉(zhuǎn)換和隔離的要求。對(duì)開(kāi)關(guān)要求其損耗要小，隔離度要高；而對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)展開(kāi)關(guān)控制時(shí)，其關(guān)鍵問(wèn)題在于在關(guān)斷形狀下其對(duì)高頻信號(hào)的隔離性能的高低。系統(tǒng)

47、采用一個(gè)以PIN管為重要元件的單刀雙擲開(kāi)關(guān)，其原理圖如圖4-8所示，由A1和A2兩個(gè)偏置電壓選擇高頻信號(hào)的傳輸途徑。當(dāng)A1為高電平A2為低電平常，D1、D3導(dǎo)通D2、D4截止，P3和P1構(gòu)成通路；當(dāng)A2為高電平A1為低電平常，D2、D4導(dǎo)通D1、D3截止，P3和P2構(gòu)成通路，P3作為公共端。圖4-8 射頻開(kāi)關(guān)原理圖4.6.3回波信號(hào)頻率采集在運(yùn)用聲外表波SAW諧振器作為傳感單元的無(wú)源、無(wú)線壓力溫度傳感器中，聲外表波信號(hào)是一個(gè)以諧振頻率振蕩的衰減信號(hào)21。它是一個(gè)瞬態(tài)弱信號(hào)，繼續(xù)時(shí)間短信噪比隨信號(hào)的衰減在不斷的下降。SAW諧振器的諧振頻率隨外界壓力溫度的改動(dòng)而改動(dòng)，對(duì)壓力溫度分辨率的要求就表達(dá)為

48、對(duì)頻率分辨率的要求。根據(jù)電子計(jì)數(shù)器間接測(cè)頻原理，以采樣時(shí)鐘為基準(zhǔn)對(duì)信號(hào)均勻采樣，用軟件的方法實(shí)現(xiàn)頻率丈量。在一定時(shí)間間隔內(nèi)計(jì)數(shù)器對(duì)周期信號(hào)的反復(fù)變化次數(shù)進(jìn)展計(jì)數(shù)。被測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波整形電路后變成方波信號(hào)，處置器經(jīng)過(guò)觸發(fā)脈沖控制定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間，計(jì)數(shù)器在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)對(duì)該脈沖計(jì)數(shù)。假設(shè)定時(shí)時(shí)間為T,計(jì)數(shù)器測(cè)得的次數(shù)為N，那么f的表達(dá)式為f=N/T4.6.4 數(shù)據(jù)交融處置本文中有壓力和溫度兩個(gè)檢測(cè)參數(shù)，需求進(jìn)展數(shù)據(jù)交融處置。雖然傳感器數(shù)據(jù)交融的運(yùn)用研討己相當(dāng)廣泛，但傳感器數(shù)據(jù)交融問(wèn)題至今未構(gòu)成根本的實(shí)際框架和有效的廣義交融模型和算法。數(shù)據(jù)交融常用的算法有如下幾種22：(1)加權(quán)平均法(2)卡爾曼濾波算

49、法(3)貝葉斯估計(jì)(4)D-S(Dempster-Shafter)證據(jù)實(shí)際(5)模糊邏輯(6)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)此外，其它數(shù)據(jù)交融方法還有質(zhì)量因數(shù)、專家系統(tǒng)、模板方法、聚分析、統(tǒng)計(jì)決策實(shí)際等等。通常運(yùn)用的方法依詳細(xì)的運(yùn)用而定，并且由于各種方法之間的互補(bǔ)性，運(yùn)用時(shí)經(jīng)常將兩種或兩種以上方法組合進(jìn)展數(shù)據(jù)交融。4.6.5 天線與匹配網(wǎng)絡(luò)4.6.51天線天線是決議輪胎壓力溫度檢測(cè)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵之一，由于系統(tǒng)任務(wù)于無(wú)源無(wú)線形狀，為實(shí)現(xiàn)有效的檢測(cè)，需求天線有足夠的接納和發(fā)射才干，即要求天線的效率較高。本文采用法向模螺旋天線23。天線設(shè)計(jì)所涉及的技術(shù)太過(guò)復(fù)雜，在此不作深究。4.6.52匹配網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中傳感器與天線匹配非常

50、重要。假設(shè)二者失配，呵斥的能量損耗非常大，直接影響到系統(tǒng)有效丈量間隔 和丈量精度。天線與傳感器作為一個(gè)電路系統(tǒng)，性能不僅取決于天線和傳感器本身特性，還與二者之間的有效耦合、匹配情況有關(guān)。在實(shí)踐運(yùn)用中最常采用的就是集總參數(shù)匹配網(wǎng)絡(luò)，它主要是由電抗元件構(gòu)成各種無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，具有體積小、設(shè)計(jì)靈敏，運(yùn)用方便的特點(diǎn)。本文采用集總參數(shù)匹配網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)寬帶匹配。其電路構(gòu)成如圖5.8所示。其中，T1為傳感器的等效電路模塊，T2 為天線的等效電路模塊，它們的阻抗特性可以經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀來(lái)獲取真實(shí)值。圖4-9 集總參數(shù)匹配網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成4.6.6 LCD顯示4.6.6.1 MSP430F435與LCD的銜接MSP430F435

51、的COMO，COM1，COM2和COM3分別與LCD的COM1，COM2，COM3和COM4相連，段碼引腳SOS39分別與LCD的S0一S39引腳相連。4.6.7.2 MSP430F435的LCD驅(qū)動(dòng)MSP430F435的液晶模塊的存放器有LCDCTL和LCDMx，LCDMx為液晶的顯示緩存器，從LCDMI-LCDMl6，總共可以驅(qū)動(dòng)128個(gè)段碼。LCDCTL控制存放器該存放器定義了對(duì)液晶的各種操作。它為字節(jié)構(gòu)造，位于字節(jié)地址空間，須運(yùn)用字節(jié)指令訪問(wèn)。01234567LCDONLCDLOWERLCDSONLCDMX0LCDMX1LCDP0LCDP1LCDP2表1 LCDCTLLCDPO，LCD

52、P1，LCDP2用于輸出段或端口信息的組合，LCDMX0 ，LCDMX1為選擇顯示方式，LCDSON為顯示開(kāi)和關(guān)，0為關(guān)，反之為開(kāi)。LCDLOWR為模擬電壓發(fā)生器的選擇位。LCDON為L(zhǎng)CD定時(shí)器的開(kāi)關(guān)，0為關(guān)，1為開(kāi)。MSP430F435液晶控制部分包括液晶控制存放器、液晶顯示緩存器、段輸出控制、公共端輸高控制、液晶模擬電壓多路器及時(shí)鐘發(fā)生器等。段輸出和公共端輸出將按照顯示緩存器的內(nèi)容送出相應(yīng)信號(hào)到液晶玻璃片；模擬電壓多路器將產(chǎn)生適宜的驅(qū)動(dòng)波形；控制存放囂定義對(duì)液晶的各種操作。4.7 MSP430模數(shù)轉(zhuǎn)換MSP430單片機(jī)ADC12是一個(gè)12位精度的A/D轉(zhuǎn)換模塊，具有高速，通用等特點(diǎn)24。

53、ADCl2運(yùn)用起來(lái)相當(dāng)靈敏方便，對(duì)它的操作運(yùn)用相關(guān)的控制存放器實(shí)現(xiàn)。該模塊的存放器很多，詳見(jiàn)下表：存放器存放器縮寫存放器含義轉(zhuǎn)換控制存放器ADC12CTL0轉(zhuǎn)換控制存放器0ADC12CTL1轉(zhuǎn)換控制存放器1中斷控制存放器ADC12IFG中斷標(biāo)志存放器ADC12IE中斷使能存放器ADC12IV中斷向量存放器存儲(chǔ)及其控制存放器ADC12MCTL0- ADC12MCT15存儲(chǔ)控制存放器0-15ADC12MEM0- ADC12MCT15存貯存放器0-15表2 ADCl2存放器ADCl2提供4種轉(zhuǎn)換方式，以方便設(shè)計(jì)者運(yùn)用：?jiǎn)瓮ǖ绬未无D(zhuǎn)換、序列通單次轉(zhuǎn)換、單通道多次轉(zhuǎn)換、序列通道多次轉(zhuǎn)換。以單通道多次轉(zhuǎn)換

54、為例編程序如下：TACLK=ACLK#incle #define Num_of_Pesults 512Int resultsNum_of_Pesults=0;Void ADC_Init(void);Void main(void)WDTCTL=WDTPW|WDTHOLD;/停頓看門狗ADC_Iint(); /初始化ADC12ADC12CTL0|=ENC; /ADC開(kāi)場(chǎng)轉(zhuǎn)換_BIS_SR(LPM0_bits); /進(jìn)入LPM0方式Void ADC_Init(void)P1DIR=0 xff; /設(shè)P1方向?yàn)檩敵鯬1OUT=0; /P1口輸出0P6SEL|=0 x01; /P6.0設(shè)為AD0輸入功能

55、ADC12CLT0=ADC12ON+SHT0_1+REF2_5V+REFON; /設(shè)置ADC12/內(nèi)核開(kāi)+采樣堅(jiān)持時(shí)間系數(shù)2+選擇內(nèi)部參考電壓+翻開(kāi)內(nèi)部參考電壓發(fā)生器ADC12CLT1=SHP+CONSEQ_2+SHS_1; /采樣觸發(fā)源采樣定時(shí)器，由采樣輸入信號(hào)ADC12CLK的上升沿觸發(fā)采樣定時(shí)器+采樣觸發(fā)源位Timer_A的輸出單元out1輸出的信號(hào)由CCR1定時(shí)器產(chǎn)生ADC12MCTL0=INCH_0+SREF_1; /選擇AD通道0+正參考電壓=Vref+,負(fù)參考電壓+AVssADC12IE=0 x0001; /開(kāi)中斷允許_ADC12IEFG.0TACCR0=1500; /延時(shí)，允許

56、有足夠時(shí)間用于整理TACCTL0|=0CCIE; /TA為比較方式TA與CCRO比較，TA開(kāi)中斷允許TACTL=TASSEL_1|MC_1; /TACLK=ACLK,定時(shí)器A為增計(jì)數(shù)方式任務(wù)_BIS_SR(LPM3_bits+GIF);/進(jìn)入LPM3方式，開(kāi)總中斷允許，等待延遲時(shí)間終了TACCTL0&=_CCIE; /封鎖CCR0捕獲比較存放器的中斷P2SEL|=BIT3; /設(shè)P2.3為TimerA out1輸出功能P2DIR|=0 x08; /設(shè)P2.3為輸出TACCR0=7; /初始化TACCR0,采樣時(shí)鐘源周期=CCR0+1TACCR1=4; /初始化TACCR1,用于產(chǎn)生一個(gè)Time

57、rA.out1信號(hào)給ADC12做采樣觸發(fā)信號(hào)源TACCTL1=OUTMOD_3; /CCR1捕獲比較存放器的OUT1輸出單元輸出為置位/復(fù)位方式TACTL=TACLR|MC_1|TASSEL_1; /定時(shí)器時(shí)鐘=ACLK,去除TA，增計(jì)數(shù)方式/Timer_A0CCR0中斷效力程序#pragma vector=TLMERA0_VECT0R_interrupt void ta0_isr(void) TACTL=0; /TA控制存放器清零 LPM3_EXIT; /在前往時(shí)退出LPM3方式/ADC12中斷效力程序#pragma vector=ADC_VECTOR_interrupt voidADC12

58、ISR(void) static unsingned int index=0; /靜態(tài)變量Resultsindex+=ADC12MEM0; /挪動(dòng)ADC結(jié)果往results數(shù)組If(index=512) /能否轉(zhuǎn)換了512次？ ADC12CTL0&=_ENC; /是，那么停頓轉(zhuǎn)換Index=0;P1OUT|=0 x01; /P1.0=1_BIS_SR(LPM3_bits); /進(jìn)入LPM3方式 4.8 系統(tǒng)任務(wù)流程圖4-11是整個(gè)系統(tǒng)任務(wù)流程，系統(tǒng)的初始化包括控制信號(hào)的產(chǎn)生、信號(hào)源初值的設(shè)定和系統(tǒng)任務(wù)的啟動(dòng)。任務(wù)流程的關(guān)鍵是經(jīng)過(guò)對(duì)回波信號(hào)的分析，由計(jì)算機(jī)發(fā)出指令調(diào)整鼓勵(lì)信號(hào)的頻率以實(shí)現(xiàn)對(duì)諧振器

59、的諧振鼓勵(lì)。開(kāi)場(chǎng)初始化發(fā)送鼓勵(lì)信號(hào)回波采集回波信號(hào)處置終了鼓勵(lì)信號(hào)調(diào)整聲光報(bào)警信號(hào)值送LCD顯示能否 諧振？能否超出報(bào)警閥值？YNYN圖4-11 系統(tǒng)任務(wù)流程系統(tǒng)上電初始化后就開(kāi)場(chǎng)丈量數(shù)據(jù)。輪胎模塊丈量部分流程圖如圖4-12所示。MCU發(fā)送丈量指令發(fā)送鼓勵(lì)脈沖延遲2ms接通接納回路接納回波信號(hào)終了丈量程序入口圖4-12 數(shù)據(jù)采集流程圖系統(tǒng)初始化完成后，就進(jìn)入顯示程序，顯示程序是個(gè)循環(huán)程序。顯示模塊的入口參數(shù)為各個(gè)輪胎的壓力、溫度數(shù)據(jù)。每個(gè)輪胎的丈量值按照對(duì)應(yīng)的輪胎位置在RAM指定單元中延續(xù)存放，如圖4-13a所示。每個(gè)輪胎的信息按照一樣的格式和順序在LCD上顯示。顯示流程圖如圖4-13b所示。左前輪胎壓力字節(jié)左前輪胎溫度字節(jié)右前輪胎壓力字節(jié)右前輪胎溫度字節(jié)左后輪胎壓力字節(jié)左后輪胎溫度字節(jié)右后輪胎壓力字節(jié)右后輪胎溫度字節(jié)程序入口顯示左前壓力和溫度值形狀 正常？調(diào)用延遲程序顯示右前壓力和溫度調(diào)用延遲程序NY圖4-13a 丈量值存放格式 圖4-13b