基于ZigBee技術(shù)的新型TPMS設(shè)計
1 射頻處理芯片選型
射頻處理單元是無線輪胎監(jiān)測器模塊的核心部分。由于輪胎監(jiān)測器安裝在輪轂上,采用能量有限的鋰電池供電,因此射頻處理芯片需具有以下特點:功耗低、體積小、支持IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)。本文引用地址:http://www.biyoush.com/article/157804.htm
根據(jù)以上特點,并經(jīng)過分析比較,最終選用了CC2430這款系統(tǒng)級芯片。CC2430是Chipcon公司生產(chǎn)的2.4GHz射頻芯片,符合IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn),傳輸速率最高250Kb/s,采用具有內(nèi)嵌閃存的0.18μm CMOS標(biāo)準(zhǔn)技術(shù),休眠模式功耗僅0.9μA,集8051內(nèi)核與無線收發(fā)模塊于一體,簡化了電路的設(shè)計,且尺寸只有7mm×7mm。
2 壓力溫度傳感器選型
汽車輪胎特殊的工作環(huán)境,決定了胎壓監(jiān)測傳感器的高要求,即低功耗、寬溫區(qū)、寬電源電壓范圍內(nèi)較高的精度和可靠性。本設(shè)計選用了Infineon公司的硅壓阻式壓力傳感器SP12,其工作電壓1.8~3.6V,具有壓力范圍100~450kPa、溫度范圍-40℃~125℃的測量能力。
3 車載監(jiān)視器設(shè)計
如圖2所示,車載監(jiān)視器同樣以CC2430為核心,負(fù)責(zé)射頻數(shù)據(jù)的收發(fā)、顯示和報警。顯示屏為定制的LCD字符型段碼屏,通過I/O口模擬I2C與單片機(jī)通信,屏上有左前輪、左后輪、右前輪、右后輪以及溫度超限、氣壓低、氣壓高等可視化圖標(biāo),再配合蜂鳴器和發(fā)光二極管,非常方便駕駛員對輪胎運(yùn)行狀態(tài)的掌控。三向鍵作為一個人機(jī)交互的窗口,可通過手動操作查看特定輪胎的運(yùn)行狀態(tài),或設(shè)置溫度、氣壓報警門限值。因為車載監(jiān)視器采用汽車電源供電,因而低功耗設(shè)計上的考慮可相對少一些。
4 電路抗干擾措施
由于是高頻電路,克服器件的相互干擾尤為重要,為保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行,建議在電路設(shè)計中采取以下措施。
● 采用四層PCB,頂層主要走信號線,頂層下面依次是是地平面層、電源平面層和底層,為防止高頻信號的輻射和串?dāng)_,應(yīng)盡量縮小信號回路面積,同時采用多點接地,降低接地阻抗。
● CC2430芯片底部必須采用少量過孔與地相連,保證芯片體可靠接地。
● 去耦電容必須盡可能靠近3V和1.8V電源引腳,并且電容接地端通過過孔就近接地,去耦電容的充放電作用使集成芯片得到的供電電壓比較平穩(wěn),減少了電壓振蕩現(xiàn)象。
● 芯片外圍器件的尺寸應(yīng)盡可能的小,建議使用0402規(guī)格的阻容器件。
● 將CC2430和SP12未用的信號輸入引腳通過一個10kΩ電阻上拉到高電平或下拉到低電平,因為開路的輸入端有很高的輸入阻抗,很容易受外界的電磁干擾使懸浮電平有時處于“1”,有時處于“1”到“0”的過渡狀態(tài),易引起邏輯電路的誤導(dǎo)通。
監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)軟件方案設(shè)計
對于胎壓監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的軟件設(shè)計,有以下三個關(guān)鍵技術(shù)需要解決。
1 如何識別輪胎
為降低數(shù)據(jù)幀的長度,降低功耗,本設(shè)計沒有采用IEEE 802.15.4規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)幀格式,而是對其進(jìn)行了簡化,如表1所示。在胎壓監(jiān)測ZigBee網(wǎng)絡(luò)中,四個輪胎監(jiān)測器的地址分別為0x01、0x02、0x03、0x04,車載監(jiān)視器的地址設(shè)為0x88。當(dāng)車載監(jiān)視器接收到一幀數(shù)據(jù)后,只需根據(jù)源地址域的內(nèi)容即可判斷是哪一個輪胎的檢測數(shù)據(jù)。
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