汽車胎壓監(jiān)測系統(tǒng)外文文獻翻譯③當(dāng)某個輪胎處于欠壓狀態(tài)時，相應(yīng)的欠壓報警指示燈亮。本文分為胎壓檢測模塊和中央監(jiān)視模塊兩大部分：首先，分別介紹了硬件系統(tǒng)的構(gòu)成，給出了各模塊的硬件電路設(shè)計方案；對系統(tǒng)中用到的主要芯片，如傳感器SP12、內(nèi)嵌UHF發(fā)射器的處理器rfPIC12F675、無線接收芯片rfXD0420、中央監(jiān)視模塊處理器PIC16F877、內(nèi)置T6963C控制器的LCD等，簡單介紹了其功能和特性。其次，為提高TPMS系統(tǒng)抗干擾性能和實現(xiàn)低功耗管理，引入了LF低頻主動喚醒技術(shù)。再次，基于功能模塊劃分，結(jié)合LF喚醒電路和低功耗管理思想，提出了動態(tài)周期測量和發(fā)射數(shù)據(jù)的思想，并給出了相應(yīng)的軟件算法和程序。針對汽車輪胎所處環(huán)境惡劣、干擾嚴(yán)重的特點，引入了適合TPMS嚴(yán)格的射頻通信環(huán)境的CRC數(shù)據(jù)校驗算法；然后，定制了合理的通訊協(xié)議，使用了軟件過濾等方法以提高檢測數(shù)據(jù)和報警的可靠性和準(zhǔn)確性。3硬件設(shè)計本系統(tǒng)包括5個模塊，4個用于輪胎內(nèi)的監(jiān)視模塊，一個用于車內(nèi)的接收模塊。監(jiān)視模塊包括傳感器和發(fā)射模塊。傳感器把測量到的壓力與溫度信號轉(zhuǎn)換為電信號通過無線發(fā)射裝置將信號發(fā)射出來。傳感器發(fā)射出來的氣壓溫度信息由接收模塊接收處理后，在駕駛臺上的顯示器中顯示出來，在行駛過程中實時地進行監(jiān)視。顯示方式如LED、LCD或語音提示等都可依實際要求來設(shè)計。輪胎監(jiān)測模塊受中央主機控制模塊低頻LF信號控制，定間隔分時進入工作模式，其余時間處于休眠狀態(tài)。3.1輪胎監(jiān)視模塊的硬件設(shè)計汽車輪胎獨特的工作環(huán)境條件決定了胎壓實時監(jiān)測的壓力傳感器的高要求：要求寬溫區(qū)，寬電源電壓范圍內(nèi)較高的精度和可靠性；低功耗要求；惡劣環(huán)境無線信號傳輸穩(wěn)定性要求。本系統(tǒng)使用英飛凌(Infineon)公司的SP12輪胎氣壓溫度加速度專用檢測傳感器。因為節(jié)電和超小規(guī)模的要求，所以采用了SP12傳感器。SP12是一種壓電電阻傳感器，除了可以測量壓力和溫度值之外，還集成有加速度傳感器和電壓傳器，壓力測量范圍為100~450kPa，溫度測量范圍為-40~+125。待機模式平均耗電僅為13。具有SPI串行通訊口，可以更方便的與控制器組成單片機系統(tǒng)。rfPIC12F675F是Microchip公司推出的單片集成內(nèi)嵌射頻無線數(shù)據(jù)發(fā)射器的8位CMOS微控制器。1024×14位可編程EPROM，64×8字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器，128×8字節(jié)EEPROM數(shù)據(jù)存儲器，16個特殊功能的硬件寄存器；看門狗定時器，低功耗睡眠模式，6個通用I/O等功能；工作電壓25~55V，低功耗睡眠模式電流為500。內(nèi)嵌UHFASK/FSK發(fā)射器，射頻頻率范圍為230~930MHz，可調(diào)節(jié)輸出功率+6~-15dBm，ASK數(shù)據(jù)發(fā)射速率0~40kbps，F(xiàn)SK數(shù)據(jù)發(fā)射速率0~20kbps；PLL鎖相，集成晶體振蕩器和VCO，電路僅需少量外部元件。符合USFCCPart15231和EuropeanEN300220規(guī)則要求。輪胎監(jiān)測模塊由微控制器rfPIC12F675F、壓力溫度加速度傳感器SP12、天線網(wǎng)絡(luò)以及LF低頻喚醒電路4部分組成。外圍元件及電路簡潔，可靠性高。利用SP12的SPI串行數(shù)據(jù)接口SDO、SCLK和SDI分別與微控制器rfPIC12F675F上的GP4、GP1和GP2連接，由于rfPIC12F675F無硬件SPI功能，但很容易進行軟件模擬實現(xiàn)與SP12之間的串行通訊。內(nèi)置的發(fā)射芯片包含有發(fā)射功率放大器PA，晶體振蕩器，鎖相器PLL，壓控振蕩器VCO和模式邏輯控制塊等電路。本應(yīng)用系統(tǒng)中采用工作頻率為433MHz，XTAL引腳與FSKOUT引腳間加入外接晶體振蕩器X1與電容C1、C2，實現(xiàn)FSK調(diào)制。當(dāng)DATAFSK=1時，F(xiàn)SKOUT為高阻狀態(tài)，發(fā)射頻率為fMAX；當(dāng)DATAFSK=0時，F(xiàn)SKOUT與VSSRF接地，電容C1、C2并聯(lián)，發(fā)射頻率為fMIN。本系統(tǒng)發(fā)射功率為+2dB，待機狀態(tài)電的流消耗僅10。在發(fā)射過程中，VCO的輸出信號是直接送入到PA，VCO的輸出頻率晶體振蕩器頻率的32倍，DATAFSK端輸入的數(shù)字信號(GP0為信號輸入控制端，與DATAFSK相連)被頻移鍵控后送到功率放大器輸出，PA直接驅(qū)動天線。低頻喚醒模塊由L和C組成一個并聯(lián)的LC諧振電路，用于接收從主機出的LF喚醒信號。輸出端與rfPIC12F675FIO端口GP3相連，當(dāng)產(chǎn)生相對較高的電壓時，比較器輸出中斷。喚醒rfPIC12F675F，其靈敏度達(dá)5mV。3.2主機控制模塊硬件設(shè)計主機控制模塊由低頻信號發(fā)送電路、MCU、射頻接收電路以及人機界面4部分組成。其中MCU選用MICROCHIP公司生產(chǎn)的中檔單片機PIC16F877A，它具有低價位、高性能、片上資源豐富和可靠性高等優(yōu)點。低頻信號發(fā)送電路采用大功率CMOS驅(qū)動芯片驅(qū)動串行諧振電路，發(fā)送低頻信號。射頻接收電路使用。MICROCHIP的射頻接收芯片rfRXD0420,它具有體積小、接收靈敏度高、抗干擾能力強的優(yōu)點。人機界面的電路采用成熟的模塊設(shè)計，使用按鍵作為輸入接口，128×64位的點陣圖形液晶顯示器作為輸出界面。當(dāng)電路處于諧振狀態(tài)時，串聯(lián)諧振頻率可由公式計算：f=1/(2LC)。為減少成本，串聯(lián)諧振電路的驅(qū)動信號使用PIC16F877A的PWM功能，由其發(fā)出驅(qū)動信號激勵串聯(lián)電路。4軟件設(shè)計TPMS系統(tǒng)對功耗要求十分嚴(yán)格，因此需要有良好的算法來完成系統(tǒng)要求。系統(tǒng)中傳輸是相當(dāng)耗電的，因此應(yīng)該盡量減少TPMS所需的發(fā)送次數(shù)。傳感器的休眠模式耗電很少，應(yīng)該盡量讓傳感器處于此模式。4.1輪胎監(jiān)測模塊系統(tǒng)初始化后即進入休眠模式，等待主機模塊發(fā)射出來的LF低頻信號的喚醒。解析并根據(jù)接收到的LF信號命令,配置傳感器SP12，進行實時壓力溫度數(shù)據(jù)采集，取100次平均值(防誤報)，按數(shù)據(jù)幀格式編碼形成發(fā)送數(shù)據(jù)。啟動UHF射頻發(fā)射電路進行數(shù)據(jù)發(fā)送。4.2主機顯示模塊主機PIC16F877A初始化后(包括完成其周圍的射頻模塊和顯示模塊的初始化)，按時間間隔掃描式輪流向4個輪胎模塊發(fā)送頻率為125kHz的LF低頻信號，輪流將各輪胎模塊激活并開啟射頻接收中斷，等待接收各模塊發(fā)送回來的實時胎壓溫度數(shù)據(jù)，進行解碼分析，與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的安全壓力溫度值域比較，判斷是否進行報警，并送數(shù)據(jù)至液晶屏顯示。設(shè)定合理的時間延時后，循環(huán)以上流程分時采集和監(jiān)視各輪胎模塊的壓力溫度情況。這樣一來在根本上解決了同頻信號干擾碰撞問題，也給節(jié)省耗電提供了有效的控制方法。充分考慮到節(jié)能和實時監(jiān)測這兩方面的因素，本系統(tǒng)設(shè)定間隔200ms啟動一次LF喚醒操作。4.3通信協(xié)議為了實現(xiàn)4個輪胎模塊和中央主機接收模塊進行無線通信，必須制定一個通信協(xié)議。這里采用曼徹斯特編碼、FSK信號調(diào)制方式和9600BP/S的傳輸速率。輪胎模塊以數(shù)據(jù)幀的形式發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)輪胎模塊rfPIC12F675F決定要發(fā)送數(shù)據(jù)時，通過發(fā)送數(shù)據(jù)幀前導(dǎo)位喚醒主機接收模塊，隨后發(fā)送ID、壓力、溫度、狀態(tài)、校驗及停止位。5總結(jié)本文提出了一種計算目標(biāo)距離的新方法