本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGEIV摘要隨著汽車的普及，汽車行駛安全愈來愈受到重視，而輪胎壓力異常是危及汽車行駛安全的重要因素之一。因此，實(shí)時(shí)監(jiān)測汽車輪胎壓力有著重要的意義。論文以此為背景，設(shè)計(jì)了直接式汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)。輪胎的壓力和溫度通過傳感器檢測，并通過無線數(shù)據(jù)傳輸方式將壓力信息傳輸至監(jiān)視終端，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測汽車輪胎壓力的功能，對(duì)汽車行駛安全起到了重要的作用。論文在需求分析的基礎(chǔ)上提出了總體設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用了檢測技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)及無線通信技術(shù)，其中發(fā)射模塊能實(shí)時(shí)檢測、處理輪胎的壓力和溫度參數(shù)，并運(yùn)用無線方式將處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇邮漳K。能校驗(yàn)數(shù)據(jù)并顯示結(jié)果，用以告知駕駛員各個(gè)輪胎的情況。系統(tǒng)硬件中央接收處理模塊和胎壓測量發(fā)射模塊兩部分組成。中央接收處理模塊以MC68HC908KX8微控制器；胎壓測量發(fā)射模塊由MPXY8020A傳感器及發(fā)射芯片MC68HC908RF2組成。軟件設(shè)計(jì)包括中央處理模塊和胎壓測量發(fā)射模塊。實(shí)現(xiàn)了無線數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收處理的功能。關(guān)鍵詞：胎壓監(jiān)視；MPXY8020A；MC33594；MC68HC908KX8；MC68HC908RF2；

AbstractWiththepopularizationofcars,moreattentionispaidoncars’security.Theabnormaltirepressureisthemainthreatenofvehicledrivingsafety.Therefore,thereal-timemonitoringoftirepressurehasasignificantmeaning.Basedonthefact,adirecttirepressuremonitoringsystemwasdesigned.Thetirepressureandtemperaturewasmeasuredbysensors,andtransportedtoterminalthroughthewirelessdatatransmission.Thesystemperformsareal-timemonitoringofthetirepressureandplaysanimportantroleincarsafety.Softwareandhardwaredesignwasproposedafterthedemandanalysis.Hardwarecircuitmainlyusessensordetectiontechnology,single-chiptechnologyandwirelesscommunicationtechnology,transmittermodulecandetect，dealwiththetirepressureandtemperatureparametersreal—time，andtransmitteddataprocessedtothereceivermoduleusethewayofwireless．Receivermodulecalibrationdataanddisplaytheresulttoinformthedriverofthesituationofalltires.Thehardwarewascomposedofcentralreceivingmoduleandtirepressuremeasurementtransmittingmodule.MC68HC908KX8microcontrollerexistedasthecoreofthecentralreceivingandprocessingmodule.Inaddition,thismodulehadanexpansionofwirelessreceivercircuit.ThetirepressuremeasuringtransmittermodulewasconstitutedofMPXY8020Keywords：TPMS;MPXY8020A;MC68HC908RF2;

目錄TOC\o"1-3"\f\h\z第1章緒論 11.1課題研究背景及意義 11.2TPMS發(fā)展情況 11.3論文主要工作 21.4論文組織結(jié)構(gòu) 3第2章胎壓監(jiān)視系統(tǒng)組成 42.1胎壓測量發(fā)射模塊 42.2中央接收處理模塊設(shè)計(jì) 5第3章胎壓監(jiān)視系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 63.1設(shè)計(jì)需求分析 63.2系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 63.3核心器件的選型 73.3.1胎壓傳感器選擇 73.3.2發(fā)射芯片選擇 73.3.3無線接收收芯片選擇 83.3.4中央接收處理模塊芯片選擇 83.4數(shù)據(jù)通信方式選擇 83.4.1曼徹斯特編碼 83.4.2FSK調(diào)制 83.4.3頻率選擇 93.4.4通信協(xié)議 93.5本章小結(jié) 10第4章胎壓監(jiān)視系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 114.1胎壓測量發(fā)射模塊硬件設(shè)計(jì) 114.1.1MPXY8020A的工作方式 114.1.2壓力和溫度的數(shù)據(jù)采集 124.1.3壓力和溫度的數(shù)據(jù)的補(bǔ)償轉(zhuǎn)換 134.1.4發(fā)射芯片及外圍控制電路 144.2中央處理模塊硬件設(shè)計(jì) 154.2.1MC33594的工作模式選擇 154.2.2MC33594與KX8的通信接口 154.2.3數(shù)據(jù)接收處理過程 154.2.4顯示報(bào)警單元電路設(shè)計(jì) 164.3本章小結(jié) 17第5章胎壓監(jiān)視系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 185.1胎壓測量發(fā)射模塊軟件設(shè)計(jì) 185.2中央接收處理模塊軟件設(shè)計(jì) 24第6章工作總結(jié)與展望 296.1工作總結(jié) 296.2展望 29參考文獻(xiàn) 31致謝 33附錄 34PAGE48緒論課題研究背景及意義輪胎是汽車的重要組成部分，其性能直接影響到汽車的安全行駛和車內(nèi)人員的人生安全。每年由于爆胎引起的交通事故在所有交通事故中占有很大比重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國高速公路上70%是由于爆胎引起的。而在美國，這一比例更高，達(dá)到了80%。美國汽車工程師協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)調(diào)查表明，美國每年有26萬起交通事故是由于輪胎氣壓低和滲漏引起的。正是基于這一事實(shí)，美國運(yùn)輸部（DOT）國家公路交通安全管理委員會(huì)（NHTSA）出臺(tái)了一項(xiàng)新法規(guī)。法規(guī)中規(guī)定2003年11月到2006年12月31日間，美國新出廠的輕型汽車將逐步引入輪胎監(jiān)視系統(tǒng)TPMS(TirePressureMonitorSystem)系統(tǒng)?？梢奣PMS系統(tǒng)的研究與投產(chǎn)勢在必行。汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)主要用于在汽車行駛過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測輪胎內(nèi)的壓力和溫度，對(duì)因輪胎漏氣而導(dǎo)致的氣壓異常進(jìn)行報(bào)警，以保障行駛安全。TPMS屬于事前主動(dòng)型安保范疇，不同于事后被動(dòng)型安保的安全氣囊和防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)，一旦輪胎出現(xiàn)故障的征兆，駕駛員就能根據(jù)警示采取相應(yīng)的措施，避免事故的發(fā)生。TPMS不僅能保障駕駛員的安全，還能減少因輪胎氣壓異常而產(chǎn)生的燃油消耗，避免車輛部件與輪胎不正常的磨損，從而延長輪胎的使用壽命。汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展至今，已與汽車安全氣囊、ABS成為汽車的三大安全系統(tǒng)，并被大眾所重視。本課題以此為背景，研究并設(shè)計(jì)一種直接式汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)，通過胎壓測量發(fā)射模塊測量和發(fā)送輪胎壓力、溫度等信息，利用中央接收處理模塊接收數(shù)據(jù)信一號(hào)并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，最終對(duì)胎壓低壓高壓警示，對(duì)保證駕駛員行車過程中的安全起到重要作用。TPMS發(fā)展情況TPMS發(fā)展至今，主要分為兩種類型:一種是間接式TPMS，這種系統(tǒng)通過汽車ABS的輪速傳感器來比較輪胎之間的輪速差別，來達(dá)到監(jiān)視的胎壓的目的。另一種是直接式TPMS這種系統(tǒng)利用安裝在輪胎里的壓力傳感器來直接測量輪胎的氣壓，并通過無線調(diào)制發(fā)射到安裝在駕駛臺(tái)的監(jiān)視器上，監(jiān)視器實(shí)時(shí)顯示輪胎氣壓，當(dāng)輪胎氣壓太低或有滲漏時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警。國外TPMS研究主要集中在北美、日木和歐洲地區(qū)，起步相對(duì)較一早，加土政策支持，己誕生了相對(duì)成熟的產(chǎn)品。國外主要的生產(chǎn)廠商有加拿大斯馬輪胎設(shè)備公司、固特異輪胎橡膠公司、米其林集團(tuán)公司、日本橫濱公司等川。到目前為止，國外己有許多車型都安裝了TPMS。1997年，通用汽車公司開始使用間接式TPMS;2000年5月，直接式TPMS在美國上市。許多歐洲的汽車廠商也己將直接式TPMS配裝于自己的中高檔車型之中。國內(nèi)方而，山于經(jīng)濟(jì)水平落后，安全觀念缺乏，且缺少政策支持，TPMS發(fā)展較國外相對(duì)滯后。但是著眼于TPMS的發(fā)展趨勢，國內(nèi)一些高校，例如吉林大學(xué)、浙江大學(xué)、鄭州大學(xué)等，己有學(xué)者對(duì)直接型TPMS進(jìn)行理論研究，提出了一系列方案。此外，國內(nèi)生產(chǎn)TPMS產(chǎn)品的企業(yè)也逐漸增多，但是，這些企業(yè)研發(fā)和生產(chǎn)水平低下，工藝相對(duì)落后，產(chǎn)品的功能、質(zhì)量與世界一流企業(yè)相比存在著明顯的差距。因此，迫切需要制定TPMS國家標(biāo)準(zhǔn)，加大政策支持力度，為國內(nèi)TPMS的發(fā)展提供強(qiáng)勁動(dòng)力，從而構(gòu)建更安全的交通環(huán)境。TPMS系統(tǒng)是一種主動(dòng)安全技術(shù)產(chǎn)品，它采用無線傳輸技術(shù)，通過胎壓檢測模塊和接收模塊，對(duì)行駛過程中的汽車輪胎氣壓和溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，對(duì)輪胎漏氣，低壓和溫度過高進(jìn)行報(bào)警，即在事故發(fā)生前進(jìn)行警報(bào)，提醒駕駛員采取措施，以防止爆胎事故的發(fā)生。TPMS系統(tǒng)將極大的提高汽車的安全性能，對(duì)減少交通事故能起到立竿見影的效果。同時(shí)還能夠達(dá)到延長輪胎壽命的功能。論文主要工作基于目前國內(nèi)外TPMS的發(fā)展?fàn)顩r，本文設(shè)計(jì)一種直接式的汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)(簡稱胎壓監(jiān)測系統(tǒng))，主要從硬件和軟件兩部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體內(nèi)容如下:(1)硬件設(shè)計(jì)給出了汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)總體方案，包括胎壓測量發(fā)射模塊的設(shè)計(jì)、中央接收處理模塊的設(shè)計(jì)。胎壓測量發(fā)射模塊采用胎壓傳感器來采集輪胎當(dāng)前的壓力、溫度，在芯片內(nèi)部編碼和調(diào)制后，通過無線方式把壓力溫度等信息發(fā)送給中央接收處理模塊。中央接收處理模塊由微控制器、無線接收芯片和報(bào)警單元構(gòu)成。(2)軟件設(shè)計(jì)在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，分別對(duì)胎壓測量發(fā)射模塊和中央接收處理模塊進(jìn)行程序編寫。胎壓測量發(fā)射模塊調(diào)用MPXY8020芯片的固件函數(shù)來編寫發(fā)送程序，程序?qū)崿F(xiàn)每隔一定時(shí)間更新并發(fā)送一幀胎壓信息數(shù)據(jù);中央接收處理模塊編寫了串口、SPI接口的初始化程序，MC33594的驅(qū)動(dòng)程序,KX8的初始化等程序。論文組織結(jié)構(gòu)本文共分五章，具體章節(jié)安排如下;第一章:緒論。介紹課題的研究背景及意義，TPMS發(fā)展?fàn)顩r，并給出淪文的要設(shè)計(jì)內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)。第二章:胎壓監(jiān)視系統(tǒng)組成。對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了闡述，并分別對(duì)胎壓測量發(fā)射模塊和中央處理接收模塊進(jìn)行了簡單分析。第三章:胎壓監(jiān)視系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，介紹TPMS總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，詳細(xì)闡述核心器件的選型，并確定了系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的編碼方式、調(diào)制方法、通信協(xié)議以及頻率選擇。第四章:胎壓監(jiān)視系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。對(duì)胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的兩個(gè)模塊分別闡述述了硬件設(shè)計(jì)。第五章:胎壓監(jiān)視系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。按照兩個(gè)模塊所要實(shí)現(xiàn)的功能分別介紹了軟件總體流程，并設(shè)計(jì)胎壓測量發(fā)射模塊的發(fā)送程序、MC33594的驅(qū)動(dòng)程序、中央接收處理模塊的數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)處理程序和報(bào)警顯示的程序。第六章:工作總結(jié)與展望。胎壓監(jiān)視系統(tǒng)組成根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，系統(tǒng)的整體框圖如以下：發(fā)射芯片發(fā)射芯片傳感器傳感器傳感器發(fā)射芯片發(fā)射芯片發(fā)射芯片接收芯片主控制器LED報(bào)警顯示傳感器圖2.1TPMS整體框圖胎壓監(jiān)視系統(tǒng)由置于輪胎內(nèi)的胎壓測量發(fā)射模塊和安裝汽車駕駛臺(tái)上的中央接受處理模塊組成。胎壓測量發(fā)射模塊每檢測一次壓力，都會(huì)判斷此輪胎是否出現(xiàn)異常情況，如果判斷出現(xiàn)異常情況，則形成一幀數(shù)據(jù)并進(jìn)行發(fā)射。中央接收處理模塊判斷是否接收到完整的數(shù)據(jù)幀，如準(zhǔn)確無誤，則點(diǎn)亮和輪胎對(duì)應(yīng)的LED指示燈。胎壓測量發(fā)射模塊胎壓測量發(fā)射模塊包括傳感器單元、微處理器和射頻單元組成。傳感器單元包括定時(shí)采集輪胎內(nèi)的眼里和溫度數(shù)據(jù)。微處理器和射頻單元集成在同一芯片內(nèi)。微處理器讀取來自傳感器的數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理并通過射頻單元發(fā)射出去。胎壓測量發(fā)射模塊的框圖如下所示：射頻單元微處理器

射頻單元微處理器

傳感器圖2.2胎壓測量發(fā)射模塊框圖中央接收處理模塊設(shè)計(jì)中央接收處理模塊完成信號(hào)的接收、校驗(yàn)和處理，并通過LED燈報(bào)警顯示。中央接收處理模塊的框圖如下：顯示報(bào)警信號(hào)處理信號(hào)接收顯示報(bào)警信號(hào)處理信號(hào)接收?qǐng)D2.3中央接收處理模塊框圖信號(hào)接收電路將由輪胎發(fā)射出來的信號(hào)通過解調(diào)后，將數(shù)字信號(hào)送給微處理器串行接口。微處理器再進(jìn)行譯碼，從數(shù)據(jù)流中提取各輪胎號(hào)、壓力值和溫度值，然后做出相應(yīng)的處理。顯示報(bào)警部分主要包括LED指示燈。胎壓監(jiān)視系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)需求分析TPMS作為汽車上應(yīng)用的產(chǎn)品，關(guān)系到安全問題，在設(shè)計(jì)之初，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行以下的需求分析。TPMS測量輪胎壓力，最終目的是讓駕駛員了解胎壓狀況，因此，系統(tǒng)需要由兩個(gè)模塊組成:用于測量汽車輪胎壓力的模塊(胎壓測量發(fā)射模塊)和告知駕駛員胎壓信息的模塊(中央接收處理模塊)。TPMS在工作環(huán)境適應(yīng)方面要求比較嚴(yán)格，特別是胎壓測量發(fā)射模塊，在任何天氣且高速運(yùn)行的狀態(tài)下，都應(yīng)能正常工作，且可以適應(yīng)較寬的溫度范圍。此外，胎壓測量發(fā)射模塊要裝在輪胎上，體積不能過大，太大會(huì)給輪胎安裝、拆卸造成很大的困難。此外，胎壓測量發(fā)射模塊的重量要輕，否則會(huì)對(duì)輪胎的動(dòng)態(tài)平衡產(chǎn)生影響。TPMS以無線方式通信，要考慮信號(hào)可靠性問題。胎壓監(jiān)視模塊安裝在輪胎上，且有多個(gè)，發(fā)射信號(hào)容易受到干擾和造成沖突。中央接收處理模塊放入車內(nèi)，車體相當(dāng)于一個(gè)屏蔽盒，會(huì)減弱信一號(hào)。選擇合理的器件并正確設(shè)計(jì)無線收發(fā)電路，對(duì)保證信號(hào)傳輸可靠性至關(guān)重要。綜上所述，TPMS的設(shè)計(jì)要求包括以下兒個(gè)方面:l)壓力測量范圍:100KPa一450KPa。高壓報(bào)警:>330KPa;低壓報(bào)警:<234KPa;2)溫度測量范圍:-40℃～+3)胎壓測量發(fā)射模塊設(shè)計(jì)要小型化;4)無線接收處理模塊接收靈敏度高，能有效接收無線信號(hào);5)具有低壓，高壓和高溫警示功能。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的直接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)，由胎壓測量發(fā)射模塊和中央接收處理模塊組成。中央接收處理模塊安裝在駕駛室內(nèi)，方便駕駛員觀察當(dāng)前汽車輪胎壓力信息。四個(gè)胎壓監(jiān)視安裝在輪胎之中。該模塊由傳感器、發(fā)射芯片和外圍電路。測量輪胎壓力和溫度并將ID號(hào)、壓力、溫度等信息幀組裝后經(jīng)曼徹斯特編碼送到發(fā)射芯片，由發(fā)射芯片調(diào)制后發(fā)送到中央處理模塊。中央處理模塊由主控制器，接收芯片構(gòu)成，該模塊通過無線接收芯片接收數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳送到主控制器，主控制器處理后進(jìn)行報(bào)警顯示。核心器件的選型胎壓傳感器選擇本系統(tǒng)選用MPXY8020A，它是基于MEMS技術(shù)集成的傳感器，主要包括硅集成電容式的壓力檢測單元、溫度檢測單元和接口電路(帶喚醒特征)。壓力檢測范圍為0-637Kpa，溫度檢測范圍為-40℃到+125℃。因?yàn)榘l(fā)射模塊的體積要盡可能的小，功耗要盡可能的低，而MPXY8020A所有單元都集成在一個(gè)芯片里，有利于減輕傳感器的體積，以及傳感器的能量損耗，從而減輕整個(gè)發(fā)射模塊體積和降低整個(gè)發(fā)射模塊的功耗，所以它非常適合于胎壓檢測系統(tǒng)。發(fā)射芯片選擇MC68HC908RF2微控制器是摩托羅拉公司生產(chǎn)的一款低成本、高性能的8位微控制器單元(MCU),它是M68HC08家族中的成員之一,采用了增強(qiáng)型M68HC08中心處理單(CPU08),適用于多種模式、存儲(chǔ)尺寸和類型。這款MCU產(chǎn)品經(jīng)過優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了低功耗運(yùn)行,采用小型的32針腳小外形四方扁平封裝(LQFP),該封裝由兩部分組成,第一部分是2KBFlashHC08MCU(部件編號(hào)MC68HC908RK2);第二部分是射頻轉(zhuǎn)發(fā)器(部件編號(hào)MC33493),在自由空間中能將數(shù)據(jù)傳輸幾百米,適用于汽車胎壓監(jiān)測系統(tǒng)。MC68HC908RF2的主要特性如下:(1)高性能的M68HC08體系結(jié)構(gòu)。(2)完全向上兼容M6508、M146805和M68HC05系列的對(duì)象代碼。(3)在3.3V供電時(shí)的最大內(nèi)部總線頻率為4MHz。(4)2KB的片上FLASH存儲(chǔ)器,128B的片上RAM。(5)16位的2通道定時(shí)器接口模塊(TIM)。(6)12個(gè)通用I/O口,帶鍵盤喚醒功能的6位鍵盤中斷。(7)1個(gè)內(nèi)置的高頻發(fā)射模塊UHF(MC33493模塊)。(8)較寬的工作溫度范圍:-40°C～+125°C。無線接收收芯片選擇無線接收芯片，從屬于中央接收處理模塊，用來接收和發(fā)送無線信號(hào)。因此，發(fā)射功率和接收靈敏度是進(jìn)行無線收發(fā)器芯片選擇的依據(jù)。論文選擇MC33594，它是高度集成的UHF接收器，MC33594具有接收并解調(diào)OOK或FSK調(diào)制的Manchester(曼徹斯特編碼)數(shù)據(jù)的功能,同時(shí)通過其SPI總線接口可與主控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換;若采用FSK調(diào)制,MC33594可支持?jǐn)?shù)據(jù)管理器—Manchester數(shù)據(jù)解碼器,如果有匹配的天線,其靈敏度可以達(dá)到-103dBm。調(diào)制的曼徹斯特編碼數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸性能非常好，且價(jià)格低廉。中央接收處理模塊芯片選擇中央處理模塊的主控制器的選擇與TPMS系統(tǒng)無關(guān)，只要帶有SPI總線接口，就可以接收和處理MC33594按順序發(fā)送來的數(shù)據(jù)?？梢赃x擇MC68HC908KX8。摩托羅拉的MC68HC908系列，它是一種高性能的8位單片機(jī)系列，具有速度快、功能強(qiáng)、功耗低、價(jià)格低等特點(diǎn)并且自帶看門狗復(fù)位，非法指令碼檢測復(fù)位和非法地址檢測復(fù)位等系統(tǒng)保護(hù)特性。中央處理模塊的MCU選用MC68HC908KX8(簡稱KX8)，它是摩托羅拉專為車用設(shè)計(jì)的MCU系列中的一種，具有高性能、低價(jià)位的特點(diǎn)。數(shù)據(jù)通信方式選擇曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼，也叫做相位編碼，是一個(gè)同步時(shí)鐘編碼技術(shù)，具有自同步能力和良好的抗干擾性能。曼徹斯特編碼將每一位數(shù)據(jù)分成兩個(gè)相等的間隔，前半位傳輸?shù)氖菍?shí)際數(shù)據(jù)，后半位傳輸?shù)氖菍?shí)際數(shù)據(jù)的補(bǔ)碼，有利于接收端提取同步信號(hào)。曼徹斯特編碼編碼以數(shù)字信號(hào)描述就是：在每個(gè)比特周期，取值在周期中間點(diǎn)進(jìn)行高低電平變換。數(shù)字0被描述為前半個(gè)周期為低電平，后半個(gè)周期為高電平。數(shù)字1被描述為前半個(gè)周期為高電平，后半個(gè)周期為低電平。FSK調(diào)制MPXY8020A和MC33594支持兩種數(shù)字信號(hào)調(diào)制方式:二進(jìn)制啟閉鍵控調(diào)制(OOKOn—OffKeying)和移頻鍵控調(diào)制(FSK:OOK調(diào)制是振幅鍵控ASK調(diào)制的一個(gè)特例，ASK調(diào)制的載波幅度隨著調(diào)制信號(hào)而變化，把一個(gè)幅度取為0，另一個(gè)幅度取為非0，就是OOK調(diào)制。FSK調(diào)制是載波頻率隨數(shù)字信號(hào)而變化的一種調(diào)制方式，利用基帶數(shù)字信號(hào)離散取值特點(diǎn)去鍵控載波頻率以傳遞信息的一種數(shù)字調(diào)制技術(shù)。FSK調(diào)制的主要優(yōu)點(diǎn)是:實(shí)現(xiàn)起來較容易，抗噪聲與抗衰減的性能較好，在中低速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用。論文設(shè)汁的TPMS，在433.92MHz頻率上進(jìn)行通信，選用FSK調(diào)制方式。頻率選擇在眾多無線通訊頻段中，由于ISM屬于公共頻段，使用者無需申請(qǐng)頻段許可證，這給用戶帶來很多方便，因此當(dāng)今很多無線傳輸所使用的操作頻段都是出于ISM頻段的頻率。而對(duì)采用無線技術(shù)的應(yīng)用來講，通常采用ISM頻段中LPRD頻段作為操作頻率，此頻段有兩個(gè)工作頻段范圍，分別為：433.05MHz-434.790MHz和868MHz-870MHz。在本系統(tǒng)中所設(shè)置的工作頻率為433.92MHz。通信協(xié)議無線數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)雙方的通信協(xié)議是數(shù)據(jù)幀的的構(gòu)成方式，通信協(xié)議的合理性是影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃缘闹匾蛩刂?。本系統(tǒng)的無線通信的數(shù)據(jù)都是以數(shù)據(jù)幀的格式進(jìn)行傳輸?shù)?。在無線傳輸中，數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)字節(jié)一般有兩種表示方式，一種是二進(jìn)制字節(jié)方式，一種是十六進(jìn)制ASCII方式。二進(jìn)制字節(jié)方式中，字節(jié)代表其本身，而十六進(jìn)制的ASCII方式則是有兩個(gè)字節(jié)表示一個(gè)實(shí)際字節(jié)，因此其效率只有二進(jìn)制字節(jié)方式的一半，但采用ASCII方式可以避免實(shí)際字節(jié)與標(biāo)志字節(jié)相混淆，因此可靠性比較高。本系統(tǒng)采用十六進(jìn)制ASCII方式。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率為9600bps，可以由軟件進(jìn)行設(shè)定；對(duì)于MC33594來說，一組報(bào)文包括報(bào)頭、ID、頭字及數(shù)據(jù)。在使用前ID的值存儲(chǔ)在配置存儲(chǔ)器CR2中。ID字像數(shù)據(jù)一樣進(jìn)行發(fā)送。報(bào)頭可以按需放在ID字之前，或者頭字前，或者數(shù)據(jù)前面。報(bào)頭的數(shù)據(jù)內(nèi)容要確定，否則它可能被MC33594當(dāng)成ID或者頭字。在FSK調(diào)制下，報(bào)頭可以是4個(gè)“1”或者“0”的曼徹斯特編碼。頭字是固定的4位曼徹斯特碼0110或者它的補(bǔ)碼。數(shù)據(jù)是以EOM字結(jié)尾，它由兩個(gè)不歸零碼組成。如果在解碼中，MC33594收到的是頭字的補(bǔ)碼，則它解碼后輸出的數(shù)據(jù)也是原數(shù)據(jù)的補(bǔ)碼形式出現(xiàn)的。下面描述系統(tǒng)的通信協(xié)議。為了方便起見，MC33594的報(bào)頭，頭字和ID統(tǒng)一用報(bào)頭進(jìn)行表示。這樣報(bào)頭將是4個(gè)字節(jié)16位。數(shù)據(jù)是按幀發(fā)送的，每幀數(shù)據(jù)組成由下表所示：表2.1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)報(bào)頭設(shè)備ID壓力溫度狀態(tài)校驗(yàn)和結(jié)束字16位32位8位8位8位8位2位報(bào)頭設(shè)置為0xFB86,由上述可知，MC33594的報(bào)頭占4位，可以設(shè)置為“1111”；ID采用默認(rèn)值“10111000”,該值存在于CR2中；可以根據(jù)需要進(jìn)行改變；頭字是固定的4位“0110”。頭字是數(shù)據(jù)幀報(bào)頭的最后部分，它不會(huì)被解碼。也就是說MC33594輸出的數(shù)據(jù)是從設(shè)備ID開始的。設(shè)備ID是32位長，這個(gè)ID用來標(biāo)定產(chǎn)品信息。前十六位保留用于以后進(jìn)行擴(kuò)展，現(xiàn)在先設(shè)置為0XFF,后十六位分別標(biāo)定產(chǎn)品信息和輪胎編號(hào)。輪胎編號(hào)占兩位。數(shù)據(jù)幀接收后，MCU將檢查這些ID,如果ID與設(shè)定不符，數(shù)據(jù)會(huì)被丟棄。ID相符后，數(shù)據(jù)被保存用于以后處理。壓力代表了由傳感器測量到的壓力數(shù)值，它是個(gè)8位的值。溫度代表了傳感器測量到得溫度數(shù)值，它也是個(gè)8位數(shù)值。8位數(shù)字狀態(tài)代表了發(fā)射模塊所處于的狀態(tài)，這包括模塊的供電情況、傳輸方式等。校驗(yàn)和是8位數(shù)據(jù)，它的存在可以減少發(fā)射模塊或者是接收模塊以及傳輸噪聲所引起的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的幾率。它的值取決于前面的設(shè)備ID、壓力、溫度以及狀態(tài)位，它等于它們和的相反數(shù)。這樣，當(dāng)MCU接收到數(shù)據(jù)并檢驗(yàn)時(shí)，如果從設(shè)備ID開始到校驗(yàn)和所有的數(shù)據(jù)相加結(jié)果為零，則說明數(shù)據(jù)傳輸正常。2位停止位是NRZ編碼，它的內(nèi)容沒有實(shí)際意義，也不會(huì)通過SPI總線傳出，它只是代表整幀數(shù)據(jù)的結(jié)尾。MC33594接收到這2位后自動(dòng)停止接收數(shù)據(jù)。本章小結(jié)本章為胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)需求分析后，給出了系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)核心器件進(jìn)行選型，最終確定MPXY8020A為胎壓傳感器,MC68HC908RF2芯片為發(fā)射芯片。MC33594為中央處理模塊的無線收發(fā)芯片以及主控制器MC68HC908KX8。最后簡單的討論了系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信中的所用的曼徹斯特編碼、FSK調(diào)制、頻率選擇和通信協(xié)議。胎壓監(jiān)視系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)胎壓測量發(fā)射模塊硬件設(shè)計(jì)MPXY8020A的工作方式MPXY8020A內(nèi)部集成了壓力和溫度傳感器、SPI串行數(shù)據(jù)接口、DAC數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、模擬值比較電路、待機(jī)喚醒電路等。它具有檢測0kPa～637kPa壓力和-40℃～125℃溫度的能力。該器件有8個(gè)引腳表4.1MPXY8020A各引腳功能引腳號(hào)名稱功能方向1S1/Vpp方式選擇輸入2VDD電源正極電源3VSS電源地電源4OUT比較器或喚醒輸出輸出5RSTBMCU復(fù)位輸出6DATA數(shù)據(jù)輸入7CLK數(shù)據(jù)時(shí)鐘輸入8S0方式選擇輸入其中DATA、CLK引腳用于外接MCU的串行數(shù)據(jù)輸入,即SPI接口;OUT引腳具有雙重功能,當(dāng)處于測量方式時(shí),OUT端是比較器輸出,用于檢測逐次逼近的結(jié)果;RST為復(fù)位引腳;VDD、VSS是正負(fù)電源;S1、S0引腳用于控制其操作模式,通過S1、S0的組合可以有以下4種工作方式:(1)待機(jī)工作方式(S1=0,S0=0)在待機(jī)工作方式下,MPXY8020A內(nèi)部處于最低的功耗狀態(tài),只為低頻振蕩器、SPI、DAR、喚醒脈沖和復(fù)位脈沖分配器電路供電。(2)壓力測量方式(S1=0,S0=1)在壓力測量方式下,器件內(nèi)的多路開關(guān)連接到MPXY8020A的采樣電容。初始化這種方式以后,考慮開關(guān)電路的穩(wěn)定,至少應(yīng)在500μs以后才能執(zhí)行讀數(shù)據(jù)程序。(3)溫度測量方式(S1=1,S0=0)在溫度測量方式下,器件內(nèi)的多路開關(guān)連接到MPXY8020A的采樣電容。讀數(shù)方式與壓力測量方式基本相同。(4)讀數(shù)據(jù)方式(S1=1,S0=1)由于器件沒有直接數(shù)據(jù)輸出功能,必須借助外接的MCU完成測量數(shù)據(jù)輸出的任務(wù)。在讀數(shù)據(jù)方式下,MCU初始化MPXY8020A為測量壓力、溫度工作方式之后,利用SPI串行接口,通過逐次逼近程序,將預(yù)測值串行送入MPXY8020A的內(nèi)部DAC,同時(shí)檢測MPXY8020A的OUT引腳狀態(tài),得到逼近的8bit的壓力/溫度值。MPXY8020A與MCU的接口電路如4圖4.1MPXY8020A與RF2接收電路壓力和溫度的數(shù)據(jù)采集MPXY8020A檢測壓力和溫度的方法有逐次逼近法和報(bào)警值檢查法，本設(shè)計(jì)采用逐次逼近法。方法是MCU反復(fù)給出參考值，由MPXY8020壓力的采集過程分兩步完成：電容傳感器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，電壓信號(hào)經(jīng)放大器傳給電壓比較器，并進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償。MCU通過MPXY8020A按照本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求：當(dāng)輪胎壓力P>330kPa或者P<234kPa的時(shí)候、溫度T>70℃時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，即330和234為對(duì)應(yīng)的超壓和低壓報(bào)警閾值，70℃為對(duì)應(yīng)的超溫報(bào)警閾值。壓力和溫度的數(shù)據(jù)的補(bǔ)償轉(zhuǎn)換壓力的補(bǔ)償轉(zhuǎn)換MPXY8020A測量的壓力范圍在0-600kP=2.5×OUTPUT±壓力誤差OUTPUT為測量得到的值，P為轉(zhuǎn)換后的壓力值，單位為kPa.下表列出了在250-450KPa壓力區(qū)間下的誤差值。當(dāng)溫度低于2.5V或者溫度過高過低時(shí)，所測的誤差比較大。為了減小誤差，MPXY8020A表4.2壓力誤差（±kPa）：250kPa﹤P﹤450kPaT[℃]\VDD[V]3.03.33.6-4040.040.025.025.025.030.0-2032.525.015.015.015.020.02530.025.010.010.010.015.07030.025.015.010035.025.010.07.57.515.012040.040.025.025.025.030.012562.560.035.035.035.035.0所以，當(dāng)P取330，誤差取10時(shí)，對(duì)應(yīng)的OUTPUT值為128，當(dāng)P取234，誤差取10時(shí)，對(duì)應(yīng)的OUTPUT值為94。溫度的補(bǔ)償轉(zhuǎn)換溫度采樣值可以轉(zhuǎn)換為實(shí)際溫度值，下表為溫度采樣值與實(shí)際溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系表。當(dāng)采樣溫度小于-40℃對(duì)應(yīng)的值時(shí)，按0.8℃/位的變化率進(jìn)行計(jì)算。溫度采樣值小于25℃的采樣值時(shí)，以25℃進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)槠涑霈F(xiàn)上限的幾率更大，這樣得出的結(jié)果的誤差要小一些。當(dāng)采樣溫度值大于25℃對(duì)應(yīng)的采樣值時(shí)，以下限基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)橄孪蕹霈F(xiàn)的幾率更大。比如采樣值小于25℃時(shí)，則以25℃為基準(zhǔn)，采樣值介于25℃對(duì)應(yīng)的采樣值和75℃對(duì)應(yīng)的采樣值之間，則以25℃為基準(zhǔn)。所以當(dāng)溫度>70℃時(shí)，OUTPUT的溫度報(bào)警值為154。表4.3溫度采樣值與實(shí)際溫度關(guān)系表測量溫度值/℃最小采樣值典型采樣值最大采樣值-40364249-20525764259710210770154163172100203214225120240252255125249255255發(fā)射芯片及外圍控制電路如圖3-2所示，RF2有12個(gè)I/O口，由PTA和PTB2部分組成，其中PTA包含8個(gè)端口，而PTB包含4個(gè)端口。單片機(jī)通過PTAl-PTA5這5個(gè)端口與傳感器連接，完成數(shù)據(jù)的傳輸，同時(shí)可以通過4個(gè)數(shù)據(jù)輸入引腳ENABLE、DATA、BAND和MODE來控制發(fā)射電路的操作模式。引腳MODE作用為模式選擇，高電平選擇FSK調(diào)制方式，低電平選擇OOK調(diào)制方式；此處將PTA7置為高電平，并將MODE與PTA7相連選擇調(diào)制方式為FSK。圖4.2發(fā)射芯片及外圍控制電路中央處理模塊硬件設(shè)計(jì)中央處理模塊由接收芯片和主控制器構(gòu)成。接收芯片選擇MC33594，該芯片負(fù)責(zé)對(duì)無線信號(hào)解調(diào)和和解碼，并通過SPI接口將所得數(shù)據(jù)傳送給主控制器。MC33594的工作模式選擇如下表所示，MC33594上電復(fù)位后有三種不同工作模式。停止模式可以降低系統(tǒng)功耗。配置模式下通過SPI總線，MCU可以讀寫MC33594內(nèi)部配置寄存器。運(yùn)行模式下，接收啟動(dòng)，它要么等待一組射頻報(bào)文，要么正在接收。在任何時(shí)間，只要在RESETB引腳上加一個(gè)低電平，MC33594都會(huì)進(jìn)入配置模式?；蛘咧灰谝_STROBE上加高電平就能將處于休眠狀態(tài)的MC33594激活。與發(fā)射電路相對(duì)應(yīng)，接收電路工作在433.92MHz頻段，如圖3-3所示，XTAL1，XTAL2引腳連接外部晶振Y1，產(chǎn)生433.92MHz的無線頻率，C10可以在XTAL1和XTAL2之間提供一個(gè)小的直流電流，這可以增加晶振的穩(wěn)定性。表4.4MC33594工作模式RESETBSTROBE工作模式10停止模式0n/a配置模式1n/a運(yùn)行模式MC33594與KX8的通信接口MC33594與KX8之間的通信一般通過SPI進(jìn)行，通過SPI接口可對(duì)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(shí)從SPI端口輸出。其SPI接口通過以下三個(gè)輸入輸出引腳來實(shí)現(xiàn)操作：串行時(shí)鐘引腳SCLK、串行數(shù)據(jù)主機(jī)輸出/從機(jī)輸入引腳MOSI、串行數(shù)據(jù)主機(jī)輸入/從機(jī)輸出引腳MISO。數(shù)據(jù)接收處理過程射頻接收電路如4-3圖所示。在啟動(dòng)接收數(shù)據(jù)之前，先置引腳RESETB為低電平KX8為主機(jī)，MC33594芯片為從機(jī)。KX8通過MOSI引腳將單片機(jī)、內(nèi)的程序?qū)懭隡C33594的配置寄存器里對(duì)其進(jìn)行配置。配置完成后再置RESETB引腳為高電平，此時(shí)KX8為從機(jī)，MC33594為主機(jī)，產(chǎn)生串行時(shí)鐘信號(hào)，同時(shí)無線數(shù)據(jù)由RFIN引腳接收，經(jīng)低噪音放大器(LNA)放大后送入混頻器(Mixers)，使其變?yōu)橹蓄l。在中頻段，經(jīng)變換的信號(hào)在送入解調(diào)器之前被放大和濾波。最后通過SPI串行通信，將測得的各物理量的原始數(shù)據(jù)送給KX8。KX8通過軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后送往顯示單元報(bào)警。圖4.3MC33594與KX8連接電路圖顯示報(bào)警單元電路設(shè)計(jì)MC33594接收到數(shù)據(jù)后通過SPI總線傳送給MCU,由MCU處理后送往LED，通過LED燈點(diǎn)亮來進(jìn)行報(bào)警。其報(bào)警電路如4-4所示，其中FL為在前輪，RL為后左輪，RR為后右輪，F(xiàn)R為前右輪。他們分別由KX8的PTB0-PTB3引腳來決定。圖4.4報(bào)警電路本章小結(jié)本章分別對(duì)胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的胎壓測量發(fā)射模塊和中央接收處理模塊進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)。胎壓測量發(fā)射模塊硬件設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)介紹了MPXY8020A和發(fā)射芯片的設(shè)計(jì);中央接收處理模塊硬件設(shè)計(jì)中，從微控制器、無線收發(fā)器件和報(bào)警顯示三方面來闡述硬件設(shè)計(jì)過程。胎壓監(jiān)視系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)胎壓測量發(fā)射模塊軟件設(shè)計(jì)發(fā)射模塊軟件的總設(shè)計(jì)流程圖如下圖所示：在數(shù)據(jù)采集階段，系統(tǒng)首先初始化，然后進(jìn)入等待狀態(tài)。當(dāng)定時(shí)中斷到來時(shí)，采集數(shù)據(jù)，并比較決定是否發(fā)射壓力、溫度數(shù)據(jù)。a代表從采集數(shù)據(jù)子程序的返回入口，b代表當(dāng)定時(shí)中斷到來時(shí)進(jìn)入采集數(shù)據(jù)子程序入口，詳見后面的采集數(shù)據(jù)子程序。開始開始初始化a啟動(dòng)定時(shí)器進(jìn)入睡眠狀態(tài)定時(shí)中斷到來bN圖5.1測量發(fā)射模塊總體軟件流程圖初始化RF2用于設(shè)置傳感器和RF2的功能，主要包括設(shè)置內(nèi)部時(shí)鐘頻率、設(shè)置定時(shí)中斷和調(diào)制模式。其部分代碼如下：**************************初始化RF2*****************************voidInit_ICG(void)∥內(nèi)部時(shí)鐘設(shè)置{ICGCR=0x08；//傳感器時(shí)鐘選自內(nèi)部ICGMR=0xlA；//時(shí)鐘頻率設(shè)置為307k*1A/4=2MHz}voidInit-Timer(void)//定時(shí)器中斷設(shè)置{TSC_TSTOP=1；TSC_TOIE=1；//開定時(shí)中斷TSC_TRST=I；TMODH=0x00；//設(shè)置定時(shí)器波特率為9600b/sTMODL=0xb9；TSC_PS2=0；//設(shè)置定時(shí)器頻率為時(shí)鐘的頻率TSC_PSl=0；TSC_PS0=0；}voidInitPLL(void)//RF2器調(diào)制方式設(shè)置{PTA_PTA4=0；/發(fā)射器始終選自外部PTA_PTA7=1；//調(diào)制方式為FSKPTB_PTB0=1；//載波頻率為433．92MHZPTB_PTBl=l；//啟動(dòng)發(fā)射)voidInit_ID(void)//初始化輪胎ID碼{intb[41={0x00，0x01，0x02，0x03}；}在用逐次逼近法檢測壓力和溫度時(shí)，首先通過MCU對(duì)傳感器賦予一個(gè)中心閾值，本模塊中將此中心閾值設(shè)置為小型車的輪胎標(biāo)準(zhǔn)壓力值275kPa所對(duì)應(yīng)的傳感器中的值。中心閾值為106，對(duì)應(yīng)的8位閾值為0x6A，當(dāng)P取330時(shí)，對(duì)應(yīng)的上限閾值為128，對(duì)應(yīng)的8位閾值為0x80，當(dāng)P取234時(shí)，對(duì)應(yīng)的下限閾值為94，對(duì)應(yīng)的8位閾值為0x5E。其次用第一次檢測的壓力數(shù)據(jù)和中心閾值相比較，若大于中心閾值，則OUT引腳輸出高電平，然后再對(duì)傳感器賦予上限閾值，若第二次檢測的壓力數(shù)據(jù)大于上限閾值，則調(diào)用發(fā)射程序，若第二次檢測的壓力數(shù)據(jù)小于上限閾值，則再次對(duì)傳感器賦予上限閾值，并和第三次檢測的壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，若大于上限閾值，則調(diào)用發(fā)射程序，若小于上限閾值則返回空閑狀態(tài)。對(duì)于壓力值低于中心閾值的情況，其程序類似于壓力值高于中心閾值的情況。溫度的測量類似于壓力的測量。其軟件流程圖如下：圖5.2采集數(shù)據(jù)軟件流程圖逐次逼近法采集數(shù)據(jù)軟件設(shè)計(jì)流程圖上圖所示，當(dāng)定時(shí)中斷到來，系統(tǒng)采集并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)極大值。其部分代碼如下：***************************采集壓力數(shù)據(jù)*************************interruptlvoidsuccessive(){write_to_DAR(0x6a)；//寫入中心閾值if(PTA_PTA3==1){Write_to_DAR(0x80)；//寫入上限閾值if(PTA_PTA3==1)measure()；//啟動(dòng)發(fā)射程序else{PTA_PTA1=0：PTA_PTA2=0；}∥進(jìn)入空閑狀態(tài)}else{writetoDAR(0x5E)；//寫入下限閾值if(PTA-PTA3==0)measure()；//啟動(dòng)發(fā)射程序else{PTA_PTAl=0；PTA_PTA2=0；}//進(jìn)入空閑狀態(tài)}}**************************寫DAR*********************************voidwrite_to_DAR(unsignedintvalue){unsignedinttemp；PTA_PTA4=0；bit2=128；for(i-0；i<8；i++){temp=value&bit2；bit2=bit2／2；if(carry==01PTA_PTA5=0；elsePTA_PTA5=1；PTA_PTA4=1；PTA_PTA4=0;}}***********************測量壓力溫度值*****************************voidmeasure(){PTA_PTA2=0；delay(20)；PTA_PTA1=l；PTA_PTA=1;∥測壓adtrans();YL=SAR;N采集壓力值存入YLPTA_PTA2=0：PTA_PTA1=1；delay(10)；PTA_PTA2=1；PTA_PTA1=1;//測溫adtrans()；WDSAR；//H采集壓力值存入WDPTA_PTA2=0;PTA_PTA1=0;compute();}數(shù)據(jù)處理用于將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)封裝成幀，并采用曼徹斯特編碼發(fā)射，其部分代碼如下：***********************數(shù)據(jù)傳輸處理*********************************voidcompute(void)//數(shù)據(jù)封裝{status=128*LVISRLVIOUT+64*LVISR_LOWV+16*fff;//狀態(tài)位check=0xFB^0x86^ID^YL^WD^status;//檢驗(yàn)位aa[10]={0xFB，0x86，ID，YL，WD，status，check};//數(shù)據(jù)幀Threshold_check();//報(bào)警門限判斷}*************************報(bào)警值判斷*********************************voidThreshold_check(void){intrftrans_num=2，rftrans_num2=4;//先發(fā)射2幀，啟動(dòng)定時(shí)器再發(fā)射4幀if(YL>128||YL<94||WD>154);//*判斷壓力，溫度值是否超過上限和壓力值是否超過下限值*//while(rftrans_num){rftransmit();//發(fā)射2幀數(shù)據(jù)rftrans_num--；};Delay3s();//延時(shí)3秒定時(shí)發(fā)射，每次發(fā)射4幀while(rftrans_num2){rftransmit();//*發(fā)射4幀數(shù)據(jù)*/rftrans_num2--；}}voidrftransmit(void){PTB_PTBl=1；for(jj=0;jj<10;jj++);//數(shù)據(jù)幀包括l0個(gè)字節(jié){bit2=128;for(i=0；i<8；i++)//每個(gè)字節(jié)8位{2=aa[jj]&bit2；if(z==0)PTB_PTB2=0；elsePTB_PTB2=1；bit2/=2；f=2；TSC_TOIE=1；//開定時(shí)中斷while(fl=0)//等待定時(shí)中斷{}}}PTB_PTB1=0；}interrupt5voidTIM_OV_ISR(void)//實(shí)現(xiàn)曼徹斯特編碼{TSC_TOF&=~TSC_TOF；TSC_TSTOP=1；TMODH=0x00；//重設(shè)波特率TMODL=0xb9；if(f==2){PTB_PTB2=!PTB_PTB2；//第一次到達(dá)定時(shí)中斷時(shí)，將數(shù)據(jù)取反TSC_TSTOP=0；}f=f-1；}中央接收處理模塊軟件設(shè)計(jì)接收模塊的軟件設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)幀的接收、判斷及處理等幾大功能。接收模塊初始化完畢后，進(jìn)入等待狀態(tài)。若檢測到有信號(hào)到來時(shí)，處理器首先判斷是否接收到完整的數(shù)據(jù)幀，然后校驗(yàn)ID碼，如準(zhǔn)確無誤，則顯示對(duì)應(yīng)輪胎的LED指示燈，否則返回到等待狀態(tài)。接收軟件的設(shè)計(jì)中采用中斷接收循環(huán)處理的接收模式，這樣可提高信號(hào)的接收率。另外在對(duì)傳輸數(shù)據(jù)中采用判斷校驗(yàn)和方法，可使系統(tǒng)的誤碼率大為降低。接收模塊的軟件設(shè)計(jì)總流程圖5-3圖所示。a代表從數(shù)據(jù)幀接收處理子程序完成后的返回入口，b代表當(dāng)發(fā)射信號(hào)到來時(shí)進(jìn)入子程序的入口，數(shù)據(jù)幀接收處理子程序流程圖詳見圖5-4。初始化處理器KX8主要用于選取時(shí)鐘信號(hào)，設(shè)置定時(shí)器中斷。其部分代碼如下：*************************初始化處理器KX8************************voidInit_COP(void)//時(shí)鐘信號(hào)設(shè)置{COPCTL=0x00；CONFIGl=0xlb;CONFIG2=0x28；//選取外部晶振為時(shí)鐘信號(hào)}voidInt_Timer(void);//定時(shí)器中斷設(shè)置{TSC=0x70；TMODH=0x13；//設(shè)置定時(shí)器波特率為9600b/sTMODL=0x33；}**************************初始化MC33594****************************voidWrite_33594(void){a[0]=0x77；//設(shè)置解調(diào)頻率為433．92MHz，解調(diào)方式為FSKa[1]=0xb8；//數(shù)據(jù)頭字節(jié)為0xb8a[2]=0xc8；//數(shù)據(jù)接收速率9600bpsspi();}voidspi(void)//處理器與解調(diào)器通過SPI傳輸{DDRA=0xdf；PTA_PTA3=0；//時(shí)鐘上升沿有效bit2=128；//數(shù)據(jù)高位在前，每次傳輸8位for(i=2；i>0；i--){carry=a[i]&bit2；bit2=bit2／2；if(carry==0)PTA_PTA2=0；elsePTA_PTA2=1；PTA_PTA3=1；PTA_PTA3=0；}}開始開始初始化KX8初始化MC33594a進(jìn)入睡眠等待狀態(tài)發(fā)射信號(hào)到來bNY圖5.3中央處理模塊總軟件流程圖由于數(shù)據(jù)幀包含10個(gè)字節(jié)，每個(gè)字節(jié)由8位組成，為判斷接收到數(shù)據(jù)幀是否完整，系統(tǒng)采用字節(jié)計(jì)數(shù)器和和位計(jì)數(shù)器來統(tǒng)計(jì)接收數(shù)據(jù)。接收過程也采用曼徹斯特解碼，解碼過程與編碼過程相似，同樣采用定時(shí)器中斷方式。數(shù)據(jù)幀接收流程如下：bb接收信號(hào)完整幀校驗(yàn)和正確輪胎ID校驗(yàn)正確顯示對(duì)應(yīng)的LEDaNNN圖4.4數(shù)據(jù)幀接收處理流程圖***************************接收數(shù)據(jù)*******************************voidReceive(void){While{!PTA_PTA3}//等待數(shù)據(jù)接收{(diào)；}for(jj=0;jj<10;jj++)//字節(jié)計(jì)數(shù)器{d[jj]=0;//存儲(chǔ)接收數(shù)據(jù)for(k=0;k<8;k++)//位計(jì)數(shù)器{while(!PTA_PTA3)//等待時(shí)鐘變?yōu)楦唠娖絳;}if{PTA_PTA3}{TSC_TSTOP=0;while(PTA_PTA3)//等待時(shí)鐘變?yōu)榈碗娖絳；}}}}}***********************定時(shí)器溢出中斷*****************************interrupt6voidTIM_OV_ISR(void){TSC_TOF&=~TSC_TOF;TSC_TSTOP=1;//暫停定時(shí)計(jì)數(shù)器TMODH=0x13;//重設(shè)定時(shí)器波特率TMODL=0x33;b[k]=PTA_PTA2;//捕獲數(shù)據(jù)位d[jj]=d[jj]+(b[k]<<k);//存儲(chǔ)數(shù)據(jù)字節(jié)}*****************輪胎ID校驗(yàn)及顯示的LED**************************voidID_check(char*rec){inttemp=2;if(rec[temp++]==0x00)PTB0=0;//顯示FL對(duì)應(yīng)的LEDelseif(rec[temp++]==0x01)PTB1=1;顯示RL對(duì)應(yīng)的LEDelseif(rec[temp++]==0x10)PTB2=1;顯示RR對(duì)應(yīng)的LEDelseif(rec[temp++]==0x11)PTB3=1;顯示FR對(duì)應(yīng)的LEDelsereturn;}工作總結(jié)與展望工作總結(jié)論文以胎壓監(jiān)視系統(tǒng)為研究對(duì)象，分析了輪胎壓力及溫度對(duì)汽車安全性能的重要意義，并介紹了胎壓監(jiān)視系統(tǒng)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，針對(duì)胎壓監(jiān)視系統(tǒng)進(jìn)行了研究設(shè)計(jì)。論文工作大致可以分為二個(gè)階段：總體確定方案和元器件選型：通過查閱大量的中、英文文獻(xiàn)，了解了汽車監(jiān)視系統(tǒng)的發(fā)展情況、發(fā)展趨勢以及當(dāng)前的主流技術(shù)方案。同時(shí)對(duì)系統(tǒng)所需要的用到的幾種主要的元器件，包括：傳感器、射頻收發(fā)芯片、MCU進(jìn)行了調(diào)查研究。在了解了各種元器件的基礎(chǔ)上確定了系統(tǒng)的總體方案。系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)階段：在硬件設(shè)計(jì)方面，詳細(xì)了解了系統(tǒng)主要芯片功能，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了電路原理圖：在軟件設(shè)計(jì)方面，學(xué)習(xí)了摩托羅拉單片機(jī)得特性、指令結(jié)構(gòu)。在編寫軟件時(shí)，定義了系統(tǒng)通信協(xié)議。完成了壓力，溫度的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸功能。此外，還設(shè)計(jì)了實(shí)現(xiàn)了對(duì)LED顯示報(bào)警功能。通過此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我完成了課題預(yù)訂計(jì)劃的無線胎壓監(jiān)視系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)。整個(gè)研發(fā)過程，我強(qiáng)化了理論基礎(chǔ)，鍛煉了動(dòng)手應(yīng)用能力，從而使自身綜合素質(zhì)得到了提高。硬件方面，對(duì)無線通信系統(tǒng)有了一定了解，熟悉了單片機(jī)系統(tǒng)；軟件方面，對(duì)匯編語言和C語言有了進(jìn)一步的了解。所有這些都為以后的學(xué)習(xí)、工作打下了基礎(chǔ)。展望胎壓檢測系統(tǒng)是駕車者、乘車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。胎壓檢測系統(tǒng)發(fā)射模塊將向高度集成化、單一化、無線化和無源化方向發(fā)展。隨著胎壓檢測系統(tǒng)產(chǎn)品市場對(duì)IC高整合度和高可靠性的要求，在未來幾年內(nèi)將會(huì)開發(fā)出包含射頻處理、發(fā)射、接收三合一的模塊，屆時(shí)胎壓檢測模塊只由一個(gè)模塊和一個(gè)天線組成，客戶的二次設(shè)計(jì)變得十分簡便。胎壓檢測系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展有可能會(huì)是智能輪胎。美國、歐洲已先后立法，要求在今后幾年內(nèi)實(shí)現(xiàn)汽車全部安裝胎壓檢測系統(tǒng)，因此，對(duì)胎壓監(jiān)視系統(tǒng)的需要量與日俱增，胎壓檢測系統(tǒng)的生產(chǎn)正在轉(zhuǎn)向中國。今后幾年內(nèi)中國必將成為胎壓監(jiān)視系統(tǒng)的生產(chǎn)大國。除此之外，中國正在成為全球最大的新興汽車市場，中國汽車需求量和保有量出現(xiàn)了加速增長的趨勢。汽車安全產(chǎn)品將成為中國生機(jī)勃勃的新興市場熱點(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)對(duì)節(jié)能沒有進(jìn)一步的進(jìn)行考慮，可以考慮更節(jié)能的方案，使電池壽命更長久。(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)行了初步的實(shí)驗(yàn)，還沒有進(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)汽車整車控制系統(tǒng)的電控單元，將檢測得到的輪胎壓力和溫度信息，通過當(dāng)前主流的汽車車身數(shù)據(jù)總線CAN總線或LIN總線并入車載控制網(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)檢測得到的信息作為汽車行駛的輔助參數(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)一步提高汽車行車的安全性參考文獻(xiàn)[1]張兆華，陳磊，李坤，林惠旺，劉理天，烏力吉，任天令.基于集成壓力傳感器的無源胎壓監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].微納電子技術(shù)，2007：(Z1)[2]孫涵芳，徐愛卿.編著《MCS－51/98單片機(jī)原理與應(yīng)用》.北京航空航天大學(xué)出版社.1988年[3]余永權(quán)主編《ATMEL89系列Flash單片機(jī)原理及應(yīng)用》.電子工業(yè)出版社，1997年10月[4]余永權(quán).編著《ATMEL89系列單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》.北京航空航天大學(xué)出版社，2002年4月[5]李華.主編《MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)》.電子工業(yè)出版社，1993年[6]何立民.著《單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)》.北京航空航天大學(xué)，1990年[7]《點(diǎn)陣字符型液晶顯示模塊使用手冊(cè)》.北京精電蓬遠(yuǎn)顯示技術(shù)有限公司，2001年7月[8]楊燕，何小敏，林勵(lì)平.汽車胎壓及溫度檢測系統(tǒng)TPMS設(shè)計(jì)[J].科技資訊，2008：(32)[9]王宏.nRF401單片無線收發(fā)器及其應(yīng)用[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2007：(15)[10]徐玉龍，許飛，陳毅.汽車胎壓監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）設(shè)計(jì)與分析[J].軟件導(dǎo)刊，2009：（08）[11]溫瑞.汽車胎壓監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)射模塊設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2008：（07）[12]張愛雪，顧惠芬.液晶顯示模塊與8031單片機(jī)的接口電路及編程[J].儀表技術(shù)，2007：（03）[13]肖輝明，郭慶.汽車胎壓監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].信息化縱橫，2009：（06）

[14]秦拯，胡建國，劉志賢.汽車胎壓監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)視系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].微計(jì)算機(jī)通信，2008：（08）[15]曾星星，鐘海，楊朝陽.LM2068R液晶顯示模塊在汽車監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].2010：（01）[16]武傳華,蘭赟.基于MPX8020A輪胎監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子工程師.2005：[17]陳法國，陳偉，周鵬，王世勛.無線接口電路設(shè)計(jì)及其在TPMS中的應(yīng)用[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2005：（07）[18]BurgessJeff.Tirepressuremonitoringindustryunderpressure.AdvanstarCommunications.2003.(7):20～23[19]DrVKalininandDrRLohr.SawbasedTPMS-TheoryandPractice[J].TiretechnologyEXPO2004.March2004[20]DixonB，KalininV，BeckleyJetal.ASecondGenerationIn-CarTirePressureMonitoring[J].InternationalFrequencyControlSymposiumandExposition.2006IEEE.June2006:374-380[21]SongH.J,ColburnJ.S,HsuHPetl.DevelopmentofReducedOrderModelforModelingPerformanceofTirePressureMonitoringSystem.VehicularTechnologyConference[J].2006IEEE64th.25-28Sept2006:1-5[22]BrzeskaM,ChakamG–A.RFModelingandCharacterizationofaTypePressureMonitoringSystem[J].AntennasandPropagation.2007.EuCAP2007,TheSecondEuropeanConferenceon.11-16Nov2007:1-6[23]KukshyaV,SongHJ.ImpactofIntra-VehicularElectromagneticInterferenceOnTirePressureMonitoringSystem.ElectromagneticCompatibility.EMC2007[J].IEEEInternationalSymposiumon.9-13July2007:1-4[24]SongH,JColburnDevelopmentofReducedOrderModelforModelingPerformanceofTirePressureMonitoringSystem.VehicularTechnologyConference.2006[J].IEEE64th.25-28Sept2006:1-5[25]ClarkJ,SchuringD.Speedandinflationpressureeffectsonrollinglossdistributioninautomobiletires[J].00TireScienceandTechnology,2007

致謝論文是在我的老師張敏教授的悉心指導(dǎo)下完成的，從論文的選題、可行性論證到系統(tǒng)方案的制定都凝聚了老師大量的心血與汗水。在四個(gè)月的學(xué)習(xí)過程中，老師在整個(gè)給了我精心的指導(dǎo)，我不僅從張老師那學(xué)到了專業(yè)知識(shí)，更學(xué)到了他對(duì)工作認(rèn)真、求實(shí)、負(fù)責(zé)的態(tài)度，所有這些都讓我終身受益。借此機(jī)會(huì)，我要向張老師摯以最誠摯的敬意和最衷心的感謝。還有，我要感謝這四年來給予我辛勤教誨的各位老師，你們辛苦了。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠摯的謝意!最后，向參加論文評(píng)審的各位專家表示衷心的感謝!

附錄MC68HC908KX8datesheetIntroductionTheMC68HC908KX8isamemberoflow-cost,high-performanceM68HC08Familyof8-bitmicrocontrollerunits(MCU).TheM68HC08Familyisbasedonthecustomer-specifiedintegratedcircuit(CSIC)strategy.ALLMCUSinthefamilyusetheenhancedM68HC08centralprocessorunit(CPU08)andavailablewithavarietyofmodules,memorysizesandtypesandpackagetypes.TheinformationcontainedisthisdocumentpertainstotheMC68HC908KX2andtheMC68HC908KX8withtheexceptionsfoundin:AppendixA.MC68HC908KX2OverviewAppendixA.MC68HC908KX8OverviewFeaturesHighperformanceM68HC08architectureFullyupward-compatibleobjectcodewithM6805,M146805,andM68HC05FamiliesMaximuminternalbusfrequenciesof-8MHzat5.0V-4MHzat3.0VInternalo