一種直接式TPMS輪胎壓力監測系統設計

　　11腳外接射頻功率控制電阻。如圖2中的R3,該值在22~100kΩ之間。一般在30kΩ左右達到7 dBm。

　　1.2 螺旋天線(xiàn)的結構

　　由于天線(xiàn)有不同類(lèi)型,應根據具體應用要求來(lái)選擇。本應用中,天線(xiàn)位于汽車(chē)輪轂內。緊靠氣門(mén)嘴。在高速行駛中,天線(xiàn)不斷變換方向。為了盡可能擴大接收的角度,選用螺旋天線(xiàn)。

　　螺旋天線(xiàn)的圈數(N)、直徑(D)和圈距(S)決定了天線(xiàn)的增益和方向性。

　　天線(xiàn)的總長(cháng)為L(cháng)N=NLO=Nsqit(S2+C2)這里C=xD是螺旋的園周,Lo=sqrt（S2+C2）是一圈導線(xiàn)的長(cháng)度。

　　另一個(gè)重要參數是螺旋角α,它是螺旋線(xiàn)切線(xiàn)和螺旋軸垂直平面的夾角。螺旋角的定義為α=tan-1(S／C)螺旋天線(xiàn)有以下2種工作模式。

　?、俪B(tài)模式。在常態(tài)工作模式,天線(xiàn)輻射場(chǎng)在相對于螺旋軸的法線(xiàn)平面有極大值。對于該模式：NLo〈〈λ。

　?、谳S向(端射)模式。這種工作模式只有一個(gè)主瓣,它的最大輻射強度沿著(zhù)螺旋軸,副辦與軸間有一個(gè)傾斜角度。為激勵這種模式,其直徑D和空間3必須是波長(cháng)的一個(gè)大分數。

　　1.3 傳感器電路

　　SPl2是英飛凌公司的輪胎壓力傳感器IC,如圖4所示,通過(guò)MEMS技術(shù)集成了壓力和溫度、加速度、電壓的檢測電路,直接以數字形式輸出各物理量的示值,與外圍采用SPI協(xié)議進(jìn)行交互。

　　同時(shí)內部有兩個(gè)時(shí)鐘信號,WAKEUP和RESET。WAKEUP每6s輸出一個(gè)脈沖信號,RESET每隔約54min輸出一個(gè)脈沖信號,低電子有效。

　　1.4 系統功耗

　　由于要求TPMS系統整體靜態(tài)電流小于20μA,所以保證選用的器件必須是低功耗或超低功耗的芯片。PICl6F628A的靜態(tài)電流為0.lμA,傳感器SPl2的靜態(tài)電流為O.6μA,射頻NRF401的待機電流為8μA。

　　經(jīng)過(guò)實(shí)測,靜態(tài)功耗Ist=Ist_mcu+Ist_sensor+ist_rf+Ist_cap=15μA。Ist_cap為鉭電容的泄露電流。動(dòng)態(tài)功耗在射頻處于連續發(fā)射的情況下,經(jīng)實(shí)測為25mA(最大值。

2 軟件設計

　　2.1 軟件總體設計

　　軟件總體分為4個(gè)運行模式：調試模式(工廠(chǎng)診斷用)、初始化模式、睡眠模式(休眠)和測量模式。

　　(1)調試模式

　　主要執行產(chǎn)品出廠(chǎng)的一些內部測試和診斷功能。體包括傳感器測試和射頻測試兩部分。

　　(2)初始化模式

　　接收主機給定的ID碼和級別判定閥值。

　　（3）睡眠模式

　　以最低的功耗運行,響應系統的運行要求。

　　（4）測量模式

　　測量模式主要完成以下功能：

　?、俣〞r(shí)測量輪胎壓力、溫度;

　?、趬毫υ诓煌墑e區域內有報警時(shí),同一個(gè)級別只上報一次;

　?、蹓毫o(wú)變化,固定間隔時(shí)間段上報一次壓力、溫度;

　?、鼙ＷC系統可靠性．系統每隔約l小時(shí)復位一次。

　?、莶煌墑e報警同時(shí)出現,則以高溫、高壓、低壓級別的優(yōu)先級報警。

　　它們的相互轉換關(guān)系如圖5所示。

　　系統上電復位的工作流程圖如圖6所示。