射頻收發(fā)芯片nRF401在汽車(chē)胎壓監視系統中的應用

0 引言

在汽車(chē)高速行駛過(guò)程中，輪胎故障是突發(fā)性交通事故發(fā)生的重要原因。據統計在高速公路上發(fā)生的交通事故中約有70％是由爆胎引起的。而保持標準的車(chē)胎氣壓行駛和及時(shí)發(fā)現車(chē)胎漏氣是防止爆胎的關(guān)鍵，因此對汽車(chē)輪胎壓力、溫度等參數的監視是安全駕駛的重要保障。開(kāi)發(fā)和研究汽車(chē)輪胎壓力監視系統TPMS（Tire Pressure Monitoring System）是確保行車(chē)安全的有效技術(shù)措施，也是當前值得研究的重要課題。TPMS是目前最流行的汽車(chē)胎壓監視系統，它在汽車(chē)行駛狀態(tài)下可以實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的對輪胎氣壓和溫度進(jìn)行自動(dòng)監測，對輪胎氣壓過(guò)低、過(guò)高、漏氣和溫度過(guò)高等異?，F象進(jìn)行自動(dòng)報警，以減少事故的發(fā)生率，確保行車(chē)安全。從系統構造而言，壓力、溫度等信息可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)裝置進(jìn)行發(fā)送接收。

本文詳細介紹了基于藍牙芯片nRF401的汽車(chē)胎壓監視系統的硬件和軟件設計，設計中采用SPCE061A為上位機控制器實(shí)現對汽車(chē)輪胎的壓力和溫度信號的管理和輸出，配有菜單式操作的液晶顯示系統與語(yǔ)音報警系統來(lái)實(shí)時(shí)準確的顯示檢測結果。該系統能準確的對輪胎內的溫度、壓力進(jìn)行采集，并能在出現危險狀況時(shí)及時(shí)報警。

1 硬件設計

胎壓監視系統主要包括兩部分：一部分安裝在汽車(chē)輪胎內，由壓力溫度傳感器、信號處理單元、RF發(fā)射器組成輪胎發(fā)射模塊，輪胎發(fā)射模塊的構成如圖1(a)所示，它的主要功能是通過(guò)處理加速度傳感器的信號實(shí)現自動(dòng)喚醒功能，對輪胎的溫度與壓力信號進(jìn)行采集和處理并通過(guò)發(fā)射模塊將信號傳出；另外一部分為安裝在汽車(chē)駕駛室內的中央監視器，包括RF接收器、數字信號處理單元和報警顯示電路，中央監視器主要完成的功能：實(shí)現對來(lái)自汽車(chē)輪胎的壓力和溫度信號的管理和輸出，并利用液晶配合語(yǔ)音報警系統及時(shí)根據用戶(hù)需求給出當時(shí)的狀態(tài)，且不耽誤司機開(kāi)車(chē)，同時(shí)檢測車(chē)內溫度并顯示。系統圖如圖1(b)所示。

系統采用挪威Nordic公司推出的一體化無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片nRF401，工作在433MHz 國際通用的 ISM頻段，雙工作頻段可以自由切換，FSK調制解調，采用直接數字合成 DSS + 鎖相環(huán)穩頻 PLL 進(jìn)行頻率合成，頻率穩定性好，抗干擾能力強，接收靈敏度高達-105dBm，最大發(fā)射功率為+10dBm，功耗低，接收待機狀態(tài)時(shí)，電流僅為8μA，數據傳輸速率可達20kbit/s。nRF401采用常用的4 MHz 晶振作為PLL頻率基準源，而無(wú)需昂貴的變容二極管；此外它的解調器是DC平衡的，輸入數據可以使各種011序列，無(wú)需進(jìn)行曼切斯特編碼，微控制器的UART直接與nRF401的DIN、DOUT端連接，經(jīng)過(guò)MAX232電平轉換后可直接與計算機的串口連；nRF401另一個(gè)非常重要的特點(diǎn)是接收機的頻帶阻抗很高，這意味著(zhù)不需要外部聲面波濾波器，無(wú)需調試部件。

總體的硬件結構設計如圖2、3所示。由于采用了專(zhuān)用的傳感器，可以設計相對簡(jiǎn)單的硬件電路。電源由鋰電池提供。在TPMS中由于從機無(wú)法將隨時(shí)檢測的壓力通過(guò)線(xiàn)纜傳到上位機中，故應該采用無(wú)線(xiàn)傳輸。又因為汽車(chē)輪胎工作環(huán)境比較惡劣，一般的無(wú)線(xiàn)傳輸模塊不能實(shí)現其功能，實(shí)踐證明無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片nRF401通信系統在環(huán)境比較惡劣的工業(yè)現場(chǎng)工作可靠穩定。