輪胎壓力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
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mpxy8040a壓力傳感器的典型電氣參數(shù)為：3v工作電壓，低功耗，待機(jī)電流600na，壓力采樣電流15ma，溫度采樣電流500μa。它有4種工作模式：待機(jī)/復(fù)位、壓力檢測、溫度檢測、數(shù)據(jù)輸出；4種工作模式靈活運(yùn)用以滿足系統(tǒng)節(jié)電的要求。內(nèi)置的低頻振蕩器，可用于喚醒mcu。
(2) 微控制器和發(fā)射電路。采用motorola公司mc68hc908rf2[5]芯片，該芯片是高性能、低功耗，32引腳、lqfp表面貼裝器件，供電電壓1.8v-3.6v，適合于-40度到+125度的環(huán)境溫度，待機(jī)電流0.1na，fsk的傳輸電流11.6ma，ask的傳輸電流8ma。該芯片封裝了2個(gè)模塊；第1個(gè)是2kb快閃hc08 mcu，第2個(gè)是射頻發(fā)射模塊，能在自由空間能夠傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)達(dá)到了幾百米左右。
mc68hc908rf2芯片，具有hc08內(nèi)核、2kflash用戶存儲(chǔ)器、256字節(jié)專用flash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，128字節(jié)ram、17位尋址、16位索引寄存器和堆棧指針、8個(gè)通用i/o口、6個(gè)具有鍵盤中斷功能的輸入、2個(gè)led輸出；另外它還集成了射頻發(fā)射模塊，低功耗的pll鎖相環(huán)射頻發(fā)射器，可以完成數(shù)字信號(hào)的調(diào)制和發(fā)送、支持315/434和868/915mhz的fsk和ask調(diào)制方式，具有控制發(fā)送和輸出功率的功能，輸出功率可調(diào)(達(dá)到5dbm),數(shù)據(jù)傳輸率最大11kbps、集成pll鎖相環(huán)和vco壓頻振蕩器，采用pcb印制天線，發(fā)射器無須調(diào)整，外部元器件少，工作穩(wěn)定可靠。
(3) 供電電源:采用3v紐扣式鋰電池供電。
3.2 控制和顯示部分(主機(jī))的硬件設(shè)計(jì)
(1) 主機(jī)的接收電路：主機(jī)的接收和解碼電路采用motorola公司的mc33594[3]芯片，mc33594與motorola公司mc68hc908rf2芯片的發(fā)射電路兼容，mc33594芯片能夠接收和解調(diào)manchester編碼數(shù)據(jù)，通過通用的spi總線向嵌入式微處理器mc68h908kx8輸出數(shù)據(jù)。調(diào)制方式：ask和fsk；工作頻率：315/433mhz 或者866/915mhz；低電流消耗，run模式下的工作電流4.3ma、stop模式下的工作電流10ma；內(nèi)部和外部選通；1ms的喚醒時(shí)間；數(shù)據(jù)傳輸速度最高可達(dá)11kbps；帶有字節(jié)或音調(diào)探測的數(shù)據(jù)管理器(dm)；帶有manchester編碼信號(hào)的時(shí)鐘恢復(fù)；可完全由spi接口配置；較少的外部元件。
(2) 主機(jī)的微控制器：采用motoro-la公司的mc68h908kx8[6]芯片；該芯片同mc68hc908rf2芯片相比較，只是少了uhf發(fā)射芯片。其它性能指標(biāo)相同。
4 通訊協(xié)議和數(shù)據(jù)格式[1][5]
系統(tǒng)數(shù)據(jù)采用manchester編碼、fsk調(diào)制的方式通訊。數(shù)據(jù)的發(fā)送速率是9600bps, manchester編碼利用高電頻變到低電頻表示0，低電頻變到高電頻表示1；fsk調(diào)制時(shí)利用兩個(gè)不同的頻率來表示數(shù)字的高、低信號(hào)，本系統(tǒng)中用較低的頻率表示1、較高的頻率表示0；接收器mc33594芯片的數(shù)據(jù)管理器已經(jīng)設(shè)置成這樣的調(diào)制和解調(diào)方式。當(dāng)輪胎模塊設(shè)置成發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它先喚醒接收器，然后發(fā)送數(shù)據(jù)幀，最后到睡眠狀態(tài)。一個(gè)完整的數(shù)據(jù)幀由以下幾部分構(gòu)成：(1)前導(dǎo)同部位(preamble)，共16bit,通常設(shè)置成16進(jìn)制的fb86，前4位(1111)用于喚醒接收器并將建立內(nèi)部電路；接下來的8bit(b8)用于配置寄存器cr2中的配置值，目的是用來啟動(dòng)數(shù)據(jù)管理器，剩余的4bit(0110)用來激活mc33594使其工作，表明有效數(shù)據(jù)的開始；(2)縮緊隨前導(dǎo)位(prea-mble)的有效數(shù)據(jù)是器件的id號(hào)，共32bit，用來區(qū)分不同的發(fā)射器，(3)壓力和溫度信號(hào)，各占8bit；(4)狀態(tài)信號(hào)，占8bit；(5)8bit的校驗(yàn)和2bit的停止位，校驗(yàn)位可以幫助減少由其它因素引起的干擾，保證數(shù)據(jù)的完整和正確，兩個(gè)停止位通知接受器傳送數(shù)據(jù)完畢；整個(gè)完整的數(shù)據(jù)幀共包含了82個(gè)數(shù)據(jù)位。
5 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
5.1 信號(hào)檢測處理和發(fā)射程序的設(shè)計(jì)
模塊每3秒被喚醒，測量溫度和壓力參數(shù)，將最大值和最小值存入ram中，如果沒有變化，增加計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，返回休眠模式；經(jīng)過10個(gè)計(jì)數(shù)，約30秒后，將數(shù)據(jù)傳至接受器模塊，如果有較大的變化，則進(jìn)入快速發(fā)送模式，連續(xù)發(fā)送255次。具體的流程圖如圖3所示。
圖3 輪胎微處理器的工作流程圖
首先測量電池的電壓，電壓正常則進(jìn)入工作模式，測量數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)送完成，進(jìn)入休眠狀態(tài)。具體的流程圖如圖4所示。
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