基于A(yíng)DAS的無(wú)線(xiàn)接口電路設計 —電路圖天天讀（39）

　　汽車(chē)輪胎壓力監測系統（TPMS）主要用于汽車(chē)行駛時(shí)對輪胎氣壓進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)監測，對輪胎漏氣和低氣壓進(jìn)行報警，以保障行車(chē)安全。目前最流行的 PSBTPMS系統，是利用安裝在每一個(gè)輪胎里的壓力傳感器來(lái)直接測量輪胎氣壓的，并對各輪胎氣壓進(jìn)行顯示及監視。當輪胎氣壓太低或有滲漏時(shí)，系統會(huì )自動(dòng)報警。就TPMS系統構造而言，其采集的溫度壓力數據需要通過(guò)一種無(wú)線(xiàn)方式進(jìn)行發(fā)送和接收，而且該收發(fā)電路要安裝在輪胎里。這就必須要求其組成電路的芯片能夠耐高溫。要解決這兩個(gè)問(wèn)題，可以利用Motorola公司研制的發(fā)射芯片MC33493和接收芯片MC33594。該兩款芯片都達到了汽車(chē)級溫度完全可以解決耐高溫的問(wèn)題，且工作性能極好。它們與單片機一起構成的接口電路成為T(mén)PMS系統中無(wú)線(xiàn)數據傳輸的重要組成部分。

　　TPMS系統主要由安裝在汽車(chē)輪胎內的壓力、溫度傳感器，信號處理單元、RF發(fā)射器組成的TPMS發(fā)射模塊，安裝在汽車(chē)駕駛臺上的包括數字信號處理單元的RF接收器以及LCD組成。一般情況下，一輛轎車(chē)需要4個(gè)TPMS發(fā)射模塊和1個(gè)TPMS接收器；而一輛卡車(chē)需要6～12個(gè)TPMS發(fā)射模塊。為了提高系統的接收能力和抗干擾能力，系統安裝時(shí)需要在汽車(chē)底盤(pán)安裝接收天線(xiàn)。由SP12傳感器、微控制器、MC33493發(fā)射模塊、MC33594接收模塊等主要芯片組成的TPMS系統方案結構框圖如圖1所示。

　　溫度壓力傳感器將采集到的溫度壓力數據通過(guò)I2C總線(xiàn)或RS232接口送到單片機，單片機發(fā)送一使能信號ENABLE給發(fā)射器。當為高電平時(shí)，發(fā)射機開(kāi)始工作，產(chǎn)生一個(gè)數據時(shí)鐘信號給單片機，用于信號的同步。此時(shí)，單片機發(fā)送數據給發(fā)射機，發(fā)射機將得到的數據通過(guò)天線(xiàn)發(fā)射出去。接收機通過(guò)天線(xiàn)接收到信號后，首先置RESET引腳為一低電平，此時(shí)微控制器為主機，通過(guò)MOSI線(xiàn)來(lái)設置作為從機的接收器內的寄存器，設置好以后置RESET腳為高電平。此后微控制器為從機，而接收器就變?yōu)橹鳈C。它產(chǎn)生時(shí)鐘信號，通過(guò)MOSI線(xiàn)將接收到的數據發(fā)送給單片機。此時(shí)單片機通過(guò)SPI接口與PC機實(shí)現簡(jiǎn)單的連接，以達到在PC機上顯示報警的作用。

　　無(wú)線(xiàn)射頻接收芯片MC33594

　　摩托羅拉的MC33594器件是高溫集成UHF超外差無(wú)線(xiàn)電接收模塊。該芯片采用LQFP-24封裝，工作頻率在300～450MHz頻段，電壓在4.5～5.5V范圍內；接收靈敏度高達-103dBm。芯片最大的特點(diǎn)是帶有一串行外設接口SPI（Serial Peripheral Intelface）。通過(guò)SPI，它允許CPU與各種外圍接口器件以串行方式進(jìn)行通信，交換信息。SPI接口使用四條線(xiàn)：串行時(shí)鐘線(xiàn)（SCK），主機輸入／從機輸出數據線(xiàn)MISO，主機輸出／從機輸入數據線(xiàn)MOSI和低電平有效的從機選擇線(xiàn)RESET。

　　TPMS系統設計中較關(guān)鍵的一點(diǎn)是數據的傳輸部分。整個(gè)數據傳輸部分由兩部分組成：一是駕駛室中的無(wú)線(xiàn)接收部分，另外一部分是輪胎中的無(wú)線(xiàn)發(fā)射部分。這兩部分數據傳輸的準確性、穩定性，將是系統優(yōu)良性能的重要體現。

　　無(wú)線(xiàn)發(fā)射電路由發(fā)射芯片MC33493、AT89C2051單片機和電平轉換電路構成，如圖2所示。發(fā)射模塊中，引腳3（BAND引腳）接3V高電平，表示系統發(fā)射頻率為434MHz，用于選擇工作頻率；引腳 14（MODE引腳）接高電平，表示系統選擇FSK調制模式。FSK調制方式定義為一個(gè)信號的兩個(gè)不同的頻移值分別表示數字高、低兩種電平。在這個(gè)系統中，低頻移表示數字高電平，高頻移表示數字低電平。發(fā)射芯片的FSK調制方式由與晶振串聯(lián)的下拉負載電容C1來(lái)實(shí)現。與CFSK引腳相連的有一內部開(kāi)關(guān)，用以選通下拉電容C1。當DATA=O時(shí)（MODE引腳置高電平），開(kāi)關(guān)關(guān)閉，此時(shí)輸出高頻移；當DATA=1時(shí)，開(kāi)關(guān)接通，此時(shí)輸出低頻移，這就實(shí)現了 FSK調制方式，也就是說(shuō)，如果載波頻率是433.92MHz而且總的頻偏是士△f（MHz），則數字高電平表示為433.92MHz-△f，數字低電平表示為433.92 MHz+△f。

　　由于MC33493工作電平最大為3V，而微控制器89C2051工作電平最大為5V，要實(shí)現連接就必須進(jìn)行電平轉換。系統供電為5V，通過(guò)電平轉換電路為發(fā)射芯片供電。其發(fā)射芯片MC33493通過(guò)電平轉換芯片與單片機相連，實(shí)現數據的雙向傳送。它與89C2051單片機及接收機一起構成無(wú)線(xiàn)數據發(fā)射系統。

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　　無(wú)線(xiàn)接收接口電路設計

　　無(wú)線(xiàn)接收接口電路主要由接收芯片MC33594與AT89C2051單片機構成，如圖3所示。接收芯片MC33594通過(guò)SPI接接口與單片機AT89C2051的I／O口相連。該電路中，利用AT89C2051單片機的I／O口模擬SPI接口，通過(guò)用軟件控制的方式來(lái)進(jìn)行數據的傳送。

　　利用并口P1.1來(lái)模擬SPI的SCK輸出端，P1.2模擬MCU的數據輸出端（MOSI），P1.3模擬SPI的數據輸入端（MISO），P1.4模擬 SPI的從機選擇端RESET。在接收之前，首先置RESET引腳為低電平，使接收機變?yōu)閺臋C，而單片機變?yōu)橹鳈C。單片機通過(guò)MOSI信號線(xiàn)將單片機內的程序寫(xiě)入接收機的配置寄存器里對接收機進(jìn)行配置，配置好后再置：RESET引腳為高電平。此時(shí)單片機變?yōu)閺臋C，而接收機變?yōu)橹鳈C，它產(chǎn)生時(shí)鐘信號，同時(shí)數據由RFIN端接入，經(jīng)低噪聲放大器放大后送入混頻器，使其變換成中頻。在中頻級，經(jīng)變換的信號在送入解調器之前被放大和濾波。

　　為了與MC33594接收機所設定的SPI工作狀態(tài)在邏輯時(shí)序上協(xié)調一致，要使串行時(shí)鐘輸出P1.1的初始狀態(tài)為1，在選通MC33594后，置P1.1為O。此時(shí)AT89C2051單片機輸出1位SCK時(shí)鐘，同時(shí)，使MC33594串行左移，從而輸出1位數據至AT80C2051單片機的P1.3（模擬MCU的MISO線(xiàn)），再置Pl.1為1，使AT89C2051單片機從P1.O輸出1位數據（先為高位）至AT89C2051單片機。至此模擬1位數據輸入輸出完成。以后再置P1.1為0，模擬下一位的輸入輸出。依此循環(huán)8次，可完成1次通過(guò)SPI傳輸8位數據的操作。其程序包括MCU串行輸入、串行輸出和串行輸入／輸出3個(gè)子程序。MCU串行輸入是從接收機的MISO線(xiàn)上接收8位數據并放入寄存器R0中；串行輸出是將AT80C51單片機中R0寄存器的內容傳送到接收機的MOSI線(xiàn)上；串行輸入／輸出將AT89C2051單片機R0寄存器的內容傳送到MC33594的MOSI線(xiàn)上，同時(shí)從MC33594的MISO線(xiàn)上接收8位數據。由MOSI引腳將接收到的數據送入到單片機，這樣數據就可以在PC機上進(jìn)行顯示了。

電子發(fā)燒友網(wǎng)技術(shù)編輯點(diǎn)評分析：

　　輪胎壓力和溫度的實(shí)時(shí)監測與報警系統將成為汽車(chē)安全系統必備的功能之一。本文中通過(guò)對Motorola發(fā)射芯片MC33493、接收芯片MC33594以及微控制器芯片AT89C2051等器件的應用，得出一套較為完整的TPMS的原理和設計方案。該系統在低功耗、收發(fā)距離與可靠性以及安全性方面具有明顯的優(yōu)勢。此外，也可用于單片機數據采集、遙測遙控、監測等系統中，如遠距離無(wú)線(xiàn)抄表、無(wú)線(xiàn)鑰匙等。鑒此，針對系統的安全性、可靠性以及低功耗方面還有什么改進(jìn)的技術(shù)問(wèn)題，小編很期待您的高見(jiàn)。

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