新型射頻收發(fā)芯片nRF401在汽車胎壓監(jiān)視系統(tǒng)中的應(yīng)
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在汽車高速行駛過(guò)程中，輪胎故障是突發(fā)性交通事故發(fā)生的重要原因。據(jù)統(tǒng)計(jì)在高速公路上發(fā)生的交通事故中約有70％是由爆胎引起的。而保持標(biāo)準(zhǔn)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，因此對(duì)汽車輪胎壓力、溫度等參數(shù)的監(jiān)視是安全駕駛的重要保障。開(kāi)發(fā)和研究汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)TPMS（Tire Pressure Monitoring System）是確保行車安全的有效技術(shù)措施，也是當(dāng)前值得研究的重要課題。TPMS是目前最流行的汽車胎壓監(jiān)視系統(tǒng)，它在汽車行駛狀態(tài)下可以實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的對(duì)輪胎氣壓和溫度進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，對(duì)輪胎氣壓過(guò)低、過(guò)高、漏氣和溫度過(guò)高等異常現(xiàn)象進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警，以減少事故的發(fā)生率，確保行車安全。從系統(tǒng)構(gòu)造而言，壓力、溫度等信息可以通過(guò)無(wú)線裝置進(jìn)行發(fā)送接收。
本文詳細(xì)介紹了基于藍(lán)牙芯片nRF401的汽車胎壓監(jiān)視系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中采用SPCE061A為上位機(jī)控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車輪胎的壓力和溫度信號(hào)的管理和輸出，配有菜單式操作的液晶顯示系統(tǒng)與語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)來(lái)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的顯示檢測(cè)結(jié)果。該系統(tǒng)能準(zhǔn)確的對(duì)輪胎內(nèi)的溫度、壓力進(jìn)行采集，并能在出現(xiàn)危險(xiǎn)狀況時(shí)及時(shí)報(bào)警。
1 硬件設(shè)計(jì)
胎壓監(jiān)視系統(tǒng)主要包括兩部分：一部分安裝在汽車輪胎內(nèi)，由壓力溫度傳感器、信號(hào)處理單元、RF發(fā)射器組成輪胎發(fā)射模塊，輪胎發(fā)射模塊的構(gòu)成如圖1(a)所示，它的主要功能是通過(guò)處理加速度傳感器的信號(hào)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)喚醒功能，對(duì)輪胎的溫度與壓力信號(hào)進(jìn)行采集和處理并通過(guò)發(fā)射模塊將信號(hào)傳出；另外一部分為安裝在汽車駕駛室內(nèi)的中央監(jiān)視器，包括RF接收器、數(shù)字信號(hào)處理單元和報(bào)警顯示電路，中央監(jiān)視器主要完成的功能：實(shí)現(xiàn)對(duì)來(lái)自汽車輪胎的壓力和溫度信號(hào)的管理和輸出，并利用液晶配合語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)及時(shí)根據(jù)用戶需求給出當(dāng)時(shí)的狀態(tài)，且不耽誤司機(jī)開(kāi)車，同時(shí)檢測(cè)車內(nèi)溫度并顯示。系統(tǒng)圖如圖1(b)所示。
系統(tǒng)采用挪威Nordic公司推出的一體化無(wú)線收發(fā)芯片nRF401，工作在433MHz 國(guó)際通用的 ISM頻段，雙工作頻段可以自由切換，F(xiàn)SK調(diào)制解調(diào)，采用直接數(shù)字合成 DSS + 鎖相環(huán)穩(wěn)頻 PLL 進(jìn)行頻率合成，頻率穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)，接收靈敏度高達(dá)-105dBm，最大發(fā)射功率為+10dBm，功耗低，接收待機(jī)狀態(tài)時(shí)，電流僅為8μA，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)20kbit/s。nRF401采用常用的4 MHz 晶振作為PLL頻率基準(zhǔn)源，而無(wú)需昂貴的變?nèi)荻O管；此外它的解調(diào)器是DC平衡的，輸入數(shù)據(jù)可以使各種011序列，無(wú)需進(jìn)行曼切斯特編碼，微控制器的UART直接與nRF401的DIN、DOUT端連接，經(jīng)過(guò)MAX232電平轉(zhuǎn)換后可直接與計(jì)算機(jī)的串口連；nRF401另一個(gè)非常重要的特點(diǎn)是接收機(jī)的頻帶阻抗很高，這意味著不需要外部聲面波濾波器，無(wú)需調(diào)試部件。
總體的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2、3所示。由于采用了專用的傳感器，可以設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單的硬件電路。電源由鋰電池提供。在TPMS中由于從機(jī)無(wú)法將隨時(shí)檢測(cè)的壓力通過(guò)線纜傳到上位機(jī)中，故應(yīng)該采用無(wú)線傳輸。又因?yàn)槠囕喬スぷ鳝h(huán)境比較惡劣，一般的無(wú)線傳輸模塊不能實(shí)現(xiàn)其功能，實(shí)踐證明無(wú)線收發(fā)芯片nRF401通信系統(tǒng)在環(huán)境比較惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)工作可靠穩(wěn)定。
評(píng)論