汽車(chē)TPMS系統(tǒng)的無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)

目前的TPMS(tire pressure monitoring system)主要分為兩種類(lèi)型，一種是間接式的，一種就是直接式的。而直接式的TPMS系統(tǒng)一直因其報(bào)警準(zhǔn)確性差、在無(wú)線傳輸中受到輪轂的屏蔽電磁波和磁場(chǎng)的干擾而影響其進(jìn)一步的發(fā)展。本文以Nordic公司生產(chǎn)的射頻芯片為基礎(chǔ)，介紹了汽車(chē)TPMS系統(tǒng)的無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)與解決方案，從而對(duì)上述直接式的TPMS系統(tǒng)加以改進(jìn)。

近幾年來(lái)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)己經(jīng)成為小型工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的主要組成部分，此類(lèi)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸和現(xiàn)存的有線數(shù)據(jù)傳輸以及其他無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸相比較而言，工業(yè)監(jiān)控中的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸主要使用射頻(RF)技術(shù)來(lái)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包。整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)部分都是服務(wù)于無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸這個(gè)目的，所以在整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中，無(wú)線數(shù)據(jù)的傳輸部分(射頻模塊)就為最主要部分。射頻就是射頻電流，它是一種高頻交流變化電磁波的簡(jiǎn)稱(chēng)，每秒變化小于1000次的交流電稱(chēng)為低頻電流，大于10000次的稱(chēng)為高頻電流，而射頻就是這樣一種高頻電流，射頻技術(shù)在無(wú)線通信領(lǐng)域具有廣泛的、不可替代的作用。

1 TPMS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本文中提到的TPMS系統(tǒng)是通過(guò)射頻信息的收發(fā)與相關(guān)信息的提示來(lái)完成的。在輪胎部分的主要有壓力檢測(cè)模塊與射頻發(fā)射模塊，在駕駛員部分主要有射頻接收模塊和顯示報(bào)警模塊。

壓力檢測(cè)模塊主要是實(shí)時(shí)的檢測(cè)所測(cè)輪胎的壓力數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的變化存儲(chǔ)到中心處理器上，等待射頻發(fā)射模塊進(jìn)行發(fā)射。在射頻接收模塊接收到數(shù)據(jù)后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理并將數(shù)據(jù)在附件LCD上進(jìn)行顯示，并判斷數(shù)據(jù)的安全性，在發(fā)現(xiàn)輪胎的壓力超出了所能接受的范圍后通過(guò)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警提醒駕駛員。具體的工作原理圖如圖1所示。

2 無(wú)線收發(fā)芯片的比較與選擇

由于無(wú)線收發(fā)芯片的種類(lèi)和數(shù)量比較多，無(wú)線收發(fā)芯片的選擇在設(shè)計(jì)中是至關(guān)重要的，正確的選擇可減小開(kāi)發(fā)難度，縮短開(kāi)發(fā)周期，降低成本，將產(chǎn)品更快推向市場(chǎng)。選擇無(wú)線收發(fā)芯片時(shí)應(yīng)考慮需要幾點(diǎn)兇素：功耗、發(fā)射功率、接收靈敏度、收發(fā)芯片所需的外圍元器件數(shù)量、芯片成本、數(shù)據(jù)傳輸是否需要進(jìn)行曼徹斯特編碼等。

用來(lái)評(píng)價(jià)無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)的幾項(xiàng)重要指標(biāo)有：接收靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍、選擇性、接收頻率穩(wěn)定度、發(fā)射輸比功率、效率、發(fā)射頻率范圍、功耗等因素。下面對(duì)市場(chǎng)上的現(xiàn)階段比較流行的三種無(wú)線收發(fā)芯片進(jìn)行了相關(guān)的性能比較，如表1所列。

對(duì)照表1以及技術(shù)指標(biāo)的表述，對(duì)于接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，滿(mǎn)足頻段的范圍越大，靈敏度越高，在相同條什下的接收電流越小，發(fā)射電流越大，所需外圍器件越少等條件的收發(fā)芯片應(yīng)用也就越廣泛，并且可以適合于多種情況。

綜合以上考慮，nRF905的優(yōu)越性就很明顯了，所以在本設(shè)計(jì)中選擇nRF905是最適用的。

3 nRF905的簡(jiǎn)介

無(wú)線收發(fā)芯片nRF905是挪威Nordic公司推出的一款單片無(wú)線收發(fā)一體的芯片。nRF905足一款工作在433／868／915頻段上的單片射頻收發(fā)器，因?yàn)樗褂玫氖菄?guó)際上的ISM 頻段，因此并沒(méi)有所謂的頻段限制。nRF905由完全集成的電源管理、頻率合成器、調(diào)制接收器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)節(jié)器構(gòu)成。nRF905具有ShockBurst特點(diǎn)，能夠自動(dòng)處理數(shù)據(jù)包中的前導(dǎo)碼和CRC校驗(yàn)碼。通過(guò)SPI接口，可以很容易地對(duì)nRF905的配置操作進(jìn)行編程。nRF905的耗電量非常低。在發(fā)射模式下，以-10dBm的輸出功率進(jìn)行發(fā)射耗電最僅為11mA；同樣的功率在接收模式下耗電量為12.5mA。而其Power DOWN掉電模式下則可以更加省電。

3.1 nRF905的控制模式

nRF905有兩種激活模式和兩種省電模式。

激活模式包括ShockBurst RX接收模式和ShockBurst TX發(fā)射模式。省電模式包括PowerDown an DSP I-programming掉電和SPI編程模式和Standby andSPI-programming待機(jī)和SPI編程模式。

TRX_CE、TX_EN和PWR的設(shè)置決定了模式的控制，具體的控制如表2所列。

3.2 單片機(jī)與nRF905的連接

nRF905與外界的通信通過(guò)一個(gè)SPI接口來(lái)進(jìn)行，速率由微控制器設(shè)置的接口速度決定。在RX模式中，地址匹配(AM)和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒(DR)信號(hào)通知MCU一個(gè)有效的地址和數(shù)據(jù)包已經(jīng)各自接收完成，微控制器即可通過(guò)SPI讀取接收的數(shù)據(jù)。在TX模式中，無(wú)線通信模塊自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼和CRC校驗(yàn)碼，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒信號(hào)通知MCU數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)完成。