爆胎預(yù)警系統(tǒng)硬件可靠性設(shè)計技術(shù)
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實(shí)際應(yīng)用中可以利用駕駛室內(nèi)的控制模塊通過三維正交陣列天線(3個天線分別置于x，y和z方向)向各個輪胎方向發(fā)射125 kHz LF信號，信號觸發(fā)輪胎檢測模塊的LC諧振電路，從而喚醒處于休眠狀態(tài)的檢測端。在這一過程中，經(jīng)過曼徹斯特編碼的串行數(shù)據(jù)通過LF驅(qū)動電路調(diào)制到低頻的載波，最后功率放大后由低頻天線發(fā)射出去，檢測端接收到低頻喚醒信號后，根據(jù)信號調(diào)理與譯碼所得指令，進(jìn)行溫度壓力測量、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、射頻發(fā)射和休眠等操作。
文中設(shè)計的檢測端采用Freeseale公司的MPXY8300A傳感器，其自身已集成LF低頻喚醒電路。LF低頻喚醒發(fā)射端采用ATA5275芯片。低頻喚醒電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。此舉可通過減少工作時間來降低系統(tǒng)能耗，從而延長輪胎爆胎預(yù)警系統(tǒng)的工作時間。
3 輪胎檢測端射頻天線設(shè)計
由于汽車本身的電磁干擾嚴(yán)重，加之輪胎處于高速、高溫的工作環(huán)境，使天線設(shè)計成為TPMS系統(tǒng)穩(wěn)定工作的前提條件。本文為了加強(qiáng)天線傳輸效率和減小發(fā)射端的體積，天線采用直接在PCB板制成的微帶天線，此系統(tǒng)選擇1／4波長單極印制天線。這種天線的最大特點(diǎn)是可以通過調(diào)節(jié)長度來適應(yīng)不同的環(huán)境。系統(tǒng)選用頻率為433．92 MHz，天線用厚度h=1．6 mm FR4材料制作，電介質(zhì)常數(shù)ε=4．4時，假設(shè)網(wǎng)絡(luò)匹配阻抗為50 Ω，根據(jù)天線尺寸公式(1)和(2)，得到1／4波長的天線寬度W=1．5 mm，長度L=9．72 cm。
品質(zhì)因數(shù)是天線設(shè)計的重要參數(shù)，對于固定尺寸的天線，品質(zhì)參數(shù)Q越高，輸出的功率就越大，但是天線的傳輸帶寬B卻與品質(zhì)因數(shù)成反比關(guān)系，過高的品質(zhì)因數(shù)會降低傳輸帶寬，影響數(shù)據(jù)信息的正確傳輸，本系統(tǒng)環(huán)形天線的品質(zhì)因數(shù)由回路中的總電阻R，射線頻率f、環(huán)形天線的周長l決定，可表示為公式(3)：
文中的TPMS輪胎檢測端射頻發(fā)射電路集成到MPXY8300A芯片中，極大的減少了射頻電路的結(jié)構(gòu)。MPXY8300A通過內(nèi)部一個包含32個8位寄存器的RFX模塊來設(shè)置各項(xiàng)射頻發(fā)射參數(shù)，其存儲器映射結(jié)構(gòu)如圖4所示。MCU將存儲在$10-$1F中的128位數(shù)據(jù)通過天線發(fā)射出去(315／433 MHz)。其電路原理圖及天線尺寸如圖5和圖6所示。
4 結(jié)束語
文中探討了輪胎爆胎預(yù)警系統(tǒng)大發(fā)展及應(yīng)用，并針對硬件設(shè)計的穩(wěn)定性在延長系統(tǒng)工作時間和天線設(shè)計2個方面進(jìn)行了詳細(xì)的探討。提出了基于Freescale公司的MPXY8300A傳感器的輪胎檢測端內(nèi)置傳感器外置電池、LF低頻喚醒和433MHz射頻天線設(shè)計3個方案。這些改進(jìn)和傳統(tǒng)技術(shù)相比，在系統(tǒng)功能、實(shí)物尺寸和節(jié)能降耗上都有所改善，具有一定的實(shí)用價值。
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