ASK或FSK的编码数据,数据(ASK, 433. 92 MHz,曼彻斯特编码数据)传输率高达50 kbit/s。该芯片功能强大,射频信号传输可靠、抗干扰能力强。为保证胎压监测节点的可靠运行, SP30使用芯片内部的看门狗定时器,它能阻止系统故障和掉电时的电池放电。在胎压监测节点发生故障时,看门狗定时器溢出, SP30强制进入掉电模式。进入掉电模式后,内部时钟开始计数,直至计数溢出,同时产生一个RESET中断复位微处理器(也可通过低频唤醒直接产生一个RESET中断复位微处理器)。胎压监测节点预留有一个Monitor接口,既可用于芯片编程,又可在线监控胎内气压、温度、电量等模拟量的采集和校验精度,调试方便灵活。 2. 2 TPMS接收机
TPMS接收机安装在汽车的驾驶室内,而胎压监测节点安装在轮胎上,行驶过程中节点在不停的旋转运动,还受到气候影响变化,所以两者之间的通信环境非常恶劣,这就要求TPMS接收机必须能够高灵敏度地响应节点发送的射频信号。本设计选用Micrel公司生产的MICRF211[7]作为射频接收芯片和Mirco-chip公司的生产PIC16F886[8]作为接收机处理器。接收机硬件电路图如图4所示。
图4 接收机硬件设计框图MICRF211仅需要很少量的外围器件就能构成一个完整的射频接ASK或OOK的编码数据,MICRF211芯片抗干扰能力强,接收效果非常出众线,接收灵敏度可达-110 dBm。PIC16F886是一款的高性能RISC微控制器,处理速度快, 200ns执行一条指令,芯片内置高耐用性闪存单元、增强型USART模块、看门狗定时器和主同步串行口(Master Synchronous Serial Por,t MSSP)模块,功能强大,抗干扰晶显示器实时显示节点方位、压力值、温度和电量状态,使用菜单式界警胎压、巡检频率、功能模式、操作优先级等),这些参数通过PIC16F886的MSSP模块保存在EEPROM芯片24 LC16[9]里。为保证接收机可靠运行,PIC16F886使用芯片内部的看门狗定时器,在处理器发生故障,看门狗定时器溢出,同时产生一个信号复位微处理器。芯片还留有ICSP调试口,可以编程和在线监测处理器的运行,调试简单方便。由于接收机和胎压监测节点之间采取433.92MHz载频进行信号传输,因此在PCB设计时应遵循高频电路设计规则[10-11],对发射和接收天线也应仔细匹配与调整[12]。接收机和与气门嘴相连的胎压监测节点实物图如图5和图6所示。
图5 接收机和传感发射器实物图
图6 胎压监测节点实物图
3 TPMS系统软件设计及通信协议
数字式TPMS系统软件分为胎压监测节点软件和接收机软件,其中每个胎压监测节点的软件控制策略和通信协议是保障TPMS系统正常工作的关键[13]。
3. 1 胎压监测节点软件设计及通信协议
胎压监测节点软件流程如图7所示:首先初始化微控制器SP30的寄存器的参数,看门狗定时器打开, MCU直接进入运行模式,先测量轮胎压力和胎内温度,遵循特定的通讯协议进行校验码计算和数据帧编码,然后无线发送N次相同的数据帧;发送完成后,延时等待看门狗定时器溢出,CPU进入掉电状态; 2 min后,SP30内部时钟定时唤醒,CPU从掉电模式进入运行模式,如此循环反复执行。
图7 胎压监测模块软件流程图
胎压监测节点与接收机通信协议是通过无线数据帧来实现的。胎压监测节点向接收机发送数据帧采用固定的数据帧长度进行,具体数据帧格式如表1所示。
表1 TPMS系统无线通信数据帧格式 数据帧7 6 5 4 3 2 1 0
字节1 Unused电量值ID12 ID11 ID10 ID9 ID8 字节2 ID7 ID6 ID5 ID4 ID3 ID2 ID1 ID0 字节3压力值 字节4温度值 字节5校验码
3.2 TPMS接收机软件设计
接收机的软件流程如图8所示,TPMS接收机上电复位后,初始化PIC16F886的内部寄存器,等待接收数据帧;接收到数据帧后,先判断数据帧是否有效,如果校验不对,则将数据丢弃;如果数据帧是有效的,再判断接收机是否处于自学习状态,如果处于自学习状态,则调用自学习模块,将ID信息保存至接收机内,如果处于普通工作状态,则实时显示压力值和温度,如发生故障就报警。为解决轮胎位置识别问题和保证
安装方便,胎压
图8 接收机软件流程图
监测节点外壳贴有LF(LeftFront)左前轮、RR(RightRear)右后轮等标签,而且接收机处在自学习状态时,必须将液晶显示的轮胎位置和标签对应,自学习完成后勿需再做修改。实践证明,采用接收机自学习方式组态灵活,完全能解决TPMS系统轮胎位置识别问题。
4 胎压监测节点机械结构设计
胎压监测节点安装在轮胎外面的气嘴上,称为/外置式0安装方式,因此节点的体积小、重量轻、防漏气和安全防盗是机械结构设计的关键问题。胎压监测节点的机械结构如图9所示。
图9 胎压监测节点的机械结构图