基于ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和無(wú)線收發(fā)芯片CC1100的TP

　　本文提出的TPMS采用模塊化的設(shè)計(jì)，規(guī)范化的編程，其核心部分是將采集到的溫度壓力數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線方式進(jìn)行發(fā)送和接收

?利用Chipcon公司生產(chǎn)的無(wú)線收發(fā)芯片CC1100能很好地解決這一問(wèn)題，它支持ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，功耗低，無(wú)需申請(qǐng)頻點(diǎn)，傳輸可靠 ?1輪胎工作特性及TPMS技術(shù)要求

　　輪胎由橡膠和骨架材料制成，裝于輪胎毅的外側(cè)，支承汽車(chē)重量，吸收和緩和沖擊與振動(dòng)，并使汽車(chē)與地面保持良好的附著性能，從而有效地傳遞汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)力矩或制動(dòng)力矩

?輪胎的工作特性對(duì)汽車(chē)的安全行駛影響很大 ?

　　影響輪胎正常工作特性的因素主要有：

　　a)輪胎溫度過(guò)高

?由于環(huán)境氣溫過(guò)高，以及輪胎在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)與地面的摩擦，都有可能導(dǎo)致輪胎溫度過(guò)高，從而使橡膠老化，縮短了輪胎的使用壽命 ?

　　b)輪胎內(nèi)部氣壓過(guò)大或欠壓

?當(dāng)汽車(chē)負(fù)載過(guò)高或者溫度過(guò)高而引起胎內(nèi)氣體膨脹時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致輪胎內(nèi)部氣壓過(guò)大而發(fā)生爆胎現(xiàn)象 ?

　　c)輪胎漏氣導(dǎo)致欠壓，也會(huì)增大輪胎和地面的摩擦，不僅耗油，還會(huì)縮短輪胎的使用壽命

?

　　輪胎的機(jī)械性能主要是通過(guò)輪胎內(nèi)部的溫度和壓力反映出來(lái)，因此，TPMS只要能夠?qū)崟r(shí)地檢測(cè)到輪胎內(nèi)部的溫度和壓力情況，就可以分析出輪胎的運(yùn)行狀況

?

　　由于TPMS發(fā)射系統(tǒng)處于輪胎的封閉狀態(tài)中，因此，系統(tǒng)的主要技術(shù)要求如下：

　　a)考慮到安裝并采用紐扣電池供電等問(wèn)題，采樣發(fā)射端應(yīng)體積小、功耗低

?

　　b)系統(tǒng)能識(shí)別本各采樣發(fā)射端發(fā)來(lái)的溫度、壓力測(cè)量值

?

　　c)系統(tǒng)能濾除別的汽車(chē)發(fā)來(lái)的任何數(shù)據(jù)

?

　　d)接收端能對(duì)各采樣發(fā)射端發(fā)來(lái)的溫度、壓力測(cè)量值實(shí)時(shí)顯示，并能進(jìn)行越限報(bào)警

?

　　2 TPMS原理與硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 TPMS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　TPMS由采樣發(fā)射模塊和接收模塊構(gòu)成

?采樣發(fā)射模塊安裝在輪胎內(nèi)，接收模塊安裝在車(chē)廂內(nèi) ?采樣發(fā)射模塊對(duì)壓力傳感器檢測(cè)的氣壓和溫度信號(hào)進(jìn)行采樣，由MCU(微控制單元)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理后送給射頻發(fā)射電路，信號(hào)經(jīng)調(diào)制后發(fā)射給接收模塊 ?接收模塊的解調(diào)電路將發(fā)射模塊發(fā)射出來(lái)的射頻信號(hào)放大解調(diào)后，將數(shù)字信號(hào)送給MCU ?MCU作出相應(yīng)的處理，如更新當(dāng)前壓力值、聲光報(bào)警等，從而實(shí)現(xiàn)輪胎壓力的顯示和監(jiān)控 ?由傳感器、MCU、發(fā)射、接收等主要芯片組成的TPMS結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示 ?系統(tǒng)總體布局如圖2所示 ?

　　

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　　2.2系統(tǒng)功能與總體設(shè)計(jì)

　　TPMS采樣發(fā)射模塊工作在劇烈振動(dòng)、環(huán)境溫差變化很大和不便于隨時(shí)檢修的條件下

?因此，要求所有的器件有很高的可靠性和穩(wěn)定性，能適應(yīng)寬的溫度范圍和劇烈的震動(dòng) ?為了縮小TPMS采樣發(fā)射模塊的體積、節(jié)省功耗和增強(qiáng)功能，需要選用功耗低，功能強(qiáng)的芯片 ?

　　為了延長(zhǎng)TPMS采樣發(fā)射模塊電池的使用壽命，使其能工作3～5年，系統(tǒng)節(jié)電是一個(gè)十分重要的課題

?只有在大多數(shù)時(shí)間系統(tǒng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，才能省電與延長(zhǎng)電池壽命 ?

　　系統(tǒng)的主要功能如下：

　　a)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各輪胎的溫度、壓力情況

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　　b)當(dāng)某個(gè)輪胎的壓力過(guò)高、過(guò)低時(shí)報(bào)警

?

　　c)輪胎保養(yǎng)換位時(shí)，各輪胎采樣發(fā)射模塊的位置編號(hào)可重新設(shè)定

?

　　d)可顯示各輪胎當(dāng)前壓力值、溫度值

?

　　安裝采樣發(fā)射模塊時(shí)，將5個(gè)模塊逐個(gè)開(kāi)啟工作，進(jìn)行注冊(cè)

?接收端接收到采樣發(fā)射模塊發(fā)來(lái)的未注冊(cè)的ID(識(shí)別碼)編碼后實(shí)施注冊(cè)，并由人工設(shè)置相應(yīng)的輪胎編號(hào) ?接收端的MCU將ID與輪胎編碼存儲(chǔ)在E2PROM中，供正常工作時(shí)使用 ?

　　若輪胎中模塊失效后，可以將要變更的采樣發(fā)射模塊ID從主機(jī)接收模塊中刪除后重新注冊(cè)

?輪胎保養(yǎng)換位后可以在主機(jī)接收模塊中重新設(shè)置輪胎編碼 ?

　　由于各采樣發(fā)射模塊ID的非重復(fù)性，可以有效地避免同一車(chē)輛的5個(gè)輪胎采樣發(fā)射模塊之間或不同車(chē)輛采樣發(fā)射模塊之間的互相干擾.

　　3.2.1采樣發(fā)射模塊程序流程

　　采樣發(fā)射模塊的主程序流程如圖8所示

?當(dāng)CC1100檢測(cè)到喚醒命令時(shí)被激活，并喚醒MCU ?MCU配置CC1100進(jìn)入發(fā)射模式 ?MCU采集傳感器檢測(cè)到輪胎內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，由CC1100發(fā)往主機(jī) ?發(fā)送成功后，CC1100和MCU則重新進(jìn)入休眠狀態(tài) ?寄存器配置如表1所示 ?

　　

　　3.2.2接收模塊程序流程

　　接收模塊的程序流程如圖9所示

　　

　　接通電源后，AT48先進(jìn)行初始化，再對(duì)CC1100進(jìn)行配置

當(dāng)MCU檢測(cè)到振動(dòng)信號(hào)時(shí)，給采樣發(fā)射模塊發(fā)送激活命令 發(fā)送命令成功后，立刻進(jìn)入接收模式，若CC1100接收狀態(tài)準(zhǔn)備好，則可以接收數(shù)據(jù) 若接收到的數(shù)據(jù)是有效的，則將接收到的ID與存儲(chǔ)在單片機(jī)E2PROM中的ID碼進(jìn)行比較，如果與其中的某個(gè)ID相匹配則數(shù)據(jù)就被處理并保存 當(dāng)檢測(cè)到溫度、壓力值偏離正常值則進(jìn)行報(bào)警，提醒駕駛員注意 駕駛員也可通過(guò)顯示器察看當(dāng)前檢測(cè)到的輪胎內(nèi)部的溫度和壓力值

　　具體實(shí)現(xiàn)程序段如下：

　　

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　　4結(jié)束語(yǔ)

　　本文提出的基于ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和無(wú)線收發(fā)芯片CC1100的TPMS，充分利用無(wú)線收發(fā)芯片CC1100、AT48和傳感器SP12的特性，采用低功耗、低復(fù)雜度的ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為通信協(xié)議，在電磁波激活模式下，發(fā)送數(shù)據(jù)包成功后CC1100可以進(jìn)入深度休眠狀態(tài)，大大降低了模塊功耗

每個(gè)輪胎都設(shè)置了固定的ID碼以避免外界的干擾，駕駛員可以在駕駛室手動(dòng)讀取任何一個(gè)輪胎的溫度、壓力值，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輪胎狀況，預(yù)防輪胎故障 該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)為防止汽車(chē)爆胎提供了一個(gè)有效的途徑