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(多图) 汽车轮胎压力监测系统应用设计

刘正荣 凌睿 刘文才?? 2008年11月07日 ?? 收藏0

  1.2.2 微处理器

  监视器模块的微处理器选择Motorola公司的48脚MC68HC908GZ16(简称“GZ16”)。它是Freescale公司的一款采用 68HC08架构的8位微控制器,资源齐全,尺寸小,适合监控器模块的功能要求以及汽车的运行环境。其主要资源包括:1个CAN模块、1个SPI模块、1 个ESC I模块、2个双通道16位定时器接口模块、8路10位A/D通道、1个基本时钟模块、37个通用输入输出引脚、8位键盘唤醒端口。该控制器采用 PLL锁相环技术,能够产生最高8MHz的总线频率。

  1.2.3 LOD显示器

  LCD显示器选择三星公司的点阵式液晶显示器LG192641。它具有如下特点:192×64点阵,可视区范围大(外形尺寸113.0 mm×71.0 mm×9.5 mm,可视区为97.0 mm×48.0 mm),内置液晶控制驱动器,单5 V供电/双电源供电可选,工作温度范围宽(-20℃~+70℃),采用LED背光且EL背光可选,强光下显示效果好。

  2 硬件电路设计

  2.1 轮胎模块电路

  图2所示为轮胎模块电路原理图。模块安装在轮胎气门芯上,由 3 V锂电池供电。射频芯片的晶振频率为13.56 MHz,发射方式为FSK,RF频率为433.92 MHz。PIC16F636使用内部晶振,抗干扰能力强。采用曼彻斯特编码提高数据发射的可靠性。晶振频率的计算公式为

轮胎模块电路原理图

  2.2 监视器模块电路

  图3所示为中央接收处理模块的电路原理。数据管理器支持MC33594与GZ16控制器通信,可以键盘输入轮胎压力的阈值,各个轮胎的压力值与温度值通过液晶显示更加直观。当轮胎充气压力出现异常时,蜂鸣器与发光二极管进行声光报警,由液晶屏上相应的轮胎图像闪烁提示。

中央接收处理模块的电路原理

  3 软件设计

  轮胎模块是一个对功耗极其敏感的系统。它采用体积和重量都受限制的电池供电,且电池的更换和轮胎模块的更换都很不方便,所以在进行软件设计时,如何优化轮胎模块的程序算法来降低系统的功耗成为本设计重点需要解决的问题。

  监视器模块采用汽车蓄电池供电,功耗不是主要问题。其软件设计的主要任务是实现数据的正确处理、直观显示和异常报警。

  3.1 通信协议

  为了实现轮胎模块和监视器模块之间的单向无线数据通信,必须制定一组通信双方都遵守的通信协议。

  3.1.1 数据载波波形

  本设计中,TPMS的信号采用曼彻斯特编码,调制方式为FSK。它的“1”和“0”位对应的频率变化如图4所示(fdev为频率偏移值)。

频率变化

  3.1.2 数据帧格式

  轮胎模块将数据以数据帧的形式发送给监视器模块。接收端MC33594规定,当采用FSK调制时,数据帧的组成是:4位前同步(preamble)码、8位ID,又是4位前同步码(MC33594规定在报头前面必须有4位前同步码)、4位报头 (Header)、用户数据和2位结束码(EOM)。其中,前同步码规定为4位连续曼彻斯特编码的“1”或“0”,用来恢复同步时钟;ID和报头的数值是可设定的,由MCU预先写人MC33594的配置寄存器中(本设计预设的ID为十六进制数B8,报头为“0110”);报头标识用户数据的开始,用户数据紧跟其后,没有任何延迟;EOM由2位非归零编码(NRZ)的连续的“1”或“0”组成。用户数据前面的20位码串是由射频接收芯片规定的,称为“前导码 ”。本设计的前导码为十六进制FB8F6。数据帧发送必须由EOM结束,而不能简单地将射频信号终止。鉴于轮胎的压力和温度值可能长时间处于基本不变的状态,在这种情况下发送温度、压力值的必要性不大,因此本设计采用了长、短帧结合的数据发送方案。具体帧格式如下:

帧格式

  3.2 轮胎模块的程序设计

  在轮胎模块主程序设计中,充分利用PIC16F636的低功耗模式中STOP模式是低功耗算法设计的关键。PIC16F636上电复位并进行初始化后进入待机模式(即STOP模式)。

  上电复位后,首先设置传感器工作在STANDBY模式下,然后MAX1479进入STOP模式。在此种模式下,OUTPUT引脚每3 s输出一次下降沿,触发PIC16F636的外部中断,从而唤醒PIC16F636,使其脱离STOP状态,进入中断服务程序。在中断服务程序中进行数据采集和发射控制处理。如果采集值是一个新的最大或最小值(处于发送周期内)就存入RAM,否则就把计数器加1再返
回停止模式。在连续10次唤醒后 (30 s),模块把它的状态发送给接收机。模块分析存储的胎压最大值和最小值间的差异,如果这个差值超过了存储在ROM中的最大差值(△max),模块就进入快速发送模式,每隔800~900 ms发送255个数据帧。MAX1479使用曼彻斯特编码方式来发送射频数据。发射完成之后再重新允许外部中断,让传感器进入STANDBY模式,PIC16F636、MAX1479 同时进入STOP模式,以降低功耗,延长电池的使用寿命。PIC16F636工作在内部晶振模式下,可以增加其抗干扰能力。传感器的RST信号每隔52 min复位1次PIC16F636,以进一步提高系统的工作可靠性。 轮胎模块主程序流程如图5所示。


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