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基于ADAS的无线接口电路设计 —电路图天天读(39)

作者:时间:2017-10-31来源:网络收藏

  汽车轮胎压力监测系统(TPMS)主要用于汽车行驶时对轮胎气压进行实时自动监测,对轮胎漏气和低气压进行报警,以保障行车安全。目前最流行的 PSBTPMS系统,是利用安装在每一个轮胎里的压力来直接测量轮胎气压的,并对各轮胎气压进行显示及监视。当轮胎气压太低或有渗漏时,系统会自动报警。就TPMS系统构造而言,其采集的温度压力数据需要通过一种无线方式进行发送和接收,而且该收发电路要安装在轮胎里。这就必须要求其组成电路的芯片能够耐高温。要解决这两个问题,可以利用Motorola公司研制的发射芯片MC33493和接收芯片MC33594。该两款芯片都达到了汽车级温度完全可以解决耐高温的问题,且工作性能极好。它们与单片机一起构成的成为TPMS系统中无线数据传输的重要组成部分。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201710/369513.htm

  TPMS系统主要由安装在汽车轮胎内的压力、温度,信号处理单元、RF发射器组成的TPMS发射模块,安装在汽车驾驶台上的包括数字信号处理单元的RF接收器以及LCD组成。一般情况下,一辆轿车需要4个TPMS发射模块和1个TPMS接收器;而一辆卡车需要6~12个TPMS发射模块。为了提高系统的接收能力和抗干扰能力,系统安装时需要在汽车底盘安装接收天线。由SP12、微控制器、MC33493发射模块、MC33594接收模块等主要芯片组成的TPMS系统方案结构框图如图1所示。

  温度压力将采集到的温度压力数据通过I2C总线或RS232接口送到单片机,单片机发送一使能信号ENABLE给发射器。当为高电平时,发射机开始工作,产生一个数据时钟信号给单片机,用于信号的同步。此时,单片机发送数据给发射机,发射机将得到的数据通过天线发射出去。接收机通过天线接收到信号后,首先置RESET引脚为一低电平,此时微控制器为主机,通过MOSI线来设置作为从机的接收器内的寄存器,设置好以后置RESET脚为高电平。此后微控制器为从机,而接收器就变为主机。它产生时钟信号,通过MOSI线将接收到的数据发送给单片机。此时单片机通过SPI接口与PC机实现简单的连接,以达到在PC机上显示报警的作用。

  无线射频接收芯片MC33594

  摩托罗拉的MC33594器件是高温集成UHF超外差无线电接收模块。该芯片采用LQFP-24封装,工作频率在300~450MHz频段,电压在4.5~5.5V范围内;接收灵敏度高达-103dBm。芯片最大的特点是带有一串行外设接口SPI(Serial Peripheral Intelface)。通过SPI,它允许CPU与各种外围接口器件以串行方式进行通信,交换信息。SPI接口使用四条线:串行时钟线(SCK),主机输入/从机输出数据线MISO,主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线RESET。

  

  TPMS系统设计中较关键的一点是数据的传输部分。整个数据传输部分由两部分组成:一是驾驶室中的无线接收部分,另外一部分是轮胎中的无线发射部分。这两部分数据传输的准确性、稳定性,将是系统优良性能的重要体现。

  无线发射电路由发射芯片MC33493、AT89C2051单片机和电平转换电路构成,如图2所示。发射模块中,引脚3(BAND引脚)接3V高电平,表示系统发射频率为434MHz,用于选择工作频率;引脚 14(MODE引脚)接高电平,表示系统选择FSK调制模式。FSK调制方式定义为一个信号的两个不同的频移值分别表示数字高、低两种电平。在这个系统中,低频移表示数字高电平,高频移表示数字低电平。发射芯片的FSK调制方式由与晶振串联的下拉负载电容C1来实现。与CFSK引脚相连的有一内部开关,用以选通下拉电容C1。当DATA=O时(MODE引脚置高电平),开关关闭,此时输出高频移;当DATA=1时,开关接通,此时输出低频移,这就实现了 FSK调制方式,也就是说,如果载波频率是433.92MHz而且总的频偏是士△f(MHz),则数字高电平表示为433.92MHz-△f,数字低电平表示为433.92 MHz+△f。

  由于MC33493工作电平最大为3V,而微控制器89C2051工作电平最大为5V,要实现连接就必须进行电平转换。系统供电为5V,通过电平转换电路为发射芯片供电。其发射芯片MC33493通过电平转换芯片与单片机相连,实现数据的双向传送。它与89C2051单片机及接收机一起构成无线数据发射系统。

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  无线接收设计

  无线接收主要由接收芯片MC33594与AT89C2051单片机构成,如图3所示。接收芯片MC33594通过SPI接接口与单片机AT89C2051的I/O口相连。该电路中,利用AT89C2051单片机的I/O口模拟SPI接口,通过用软件控制的方式来进行数据的传送。

  利用并口P1.1来模拟SPI的SCK输出端,P1.2模拟MCU的数据输出端(MOSI),P1.3模拟SPI的数据输入端(MISO),P1.4模拟 SPI的从机选择端RESET。在接收之前,首先置RESET引脚为低电平,使接收机变为从机,而单片机变为主机。单片机通过MOSI信号线将单片机内的程序写入接收机的配置寄存器里对接收机进行配置,配置好后再置:RESET引脚为高电平。此时单片机变为从机,而接收机变为主机,它产生时钟信号,同时数据由RFIN端接入,经低噪声放大器放大后送入混频器,使其变换成中频。在中频级,经变换的信号在送入解调器之前被放大和滤波。

  

  为了与MC33594接收机所设定的SPI工作状态在逻辑时序上协调一致,要使串行时钟输出P1.1的初始状态为1,在选通MC33594后,置P1.1为O。此时AT89C2051单片机输出1位SCK时钟,同时,使MC33594串行左移,从而输出1位数据至AT80C2051单片机的P1.3(模拟MCU的MISO线),再置Pl.1为1,使AT89C2051单片机从P1.O输出1位数据(先为高位)至AT89C2051单片机。至此模拟1位数据输入输出完成。以后再置P1.1为0,模拟下一位的输入输出。依此循环8次,可完成1次通过SPI传输8位数据的操作。其程序包括MCU串行输入、串行输出和串行输入/输出3个子程序。MCU串行输入是从接收机的MISO线上接收8位数据并放入寄存器R0中;串行输出是将AT80C51单片机中R0寄存器的内容传送到接收机的MOSI线上;串行输入/输出将AT89C2051单片机R0寄存器的内容传送到MC33594的MOSI线上,同时从MC33594的MISO线上接收8位数据。由MOSI引脚将接收到的数据送入到单片机,这样数据就可以在PC机上进行显示了。

电子发烧友网技术编辑点评分析:

  轮胎压力和温度的实时监测与报警系统将成为汽车安全系统必备的功能之一。本文中通过对Motorola发射芯片MC33493、接收芯片MC33594以及微控制器芯片AT89C2051等器件的应用,得出一套较为完整的TPMS的原理和设计方案。该系统在低功耗、收发距离与可靠性以及安全性方面具有明显的优势。此外,也可用于单片机数据采集、遥测遥控、监测等系统中,如远距离无线抄表、无线钥匙等。鉴此,针对系统的安全性、可靠性以及低功耗方面还有什么改进的技术问题,小编很期待您的高见。

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