一種直接式TPMS輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)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(dá)到7 dBm。

　　1.2 螺旋天線的結(jié)構(gòu)

　　由于天線有不同類型,應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用要求來選擇。本應(yīng)用中,天線位于汽車輪轂內(nèi)。緊靠氣門嘴。在高速行駛中,天線不斷變換方向。為了盡可能擴大接收的角度,選用螺旋天線。

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

　　天線的總長為LN=NLO=Nsqit(S2+C2)這里C=xD是螺旋的園周,Lo=sqrt（S2+C2）是一圈導(dǎo)線的長度。

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

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

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

　　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(shù)字形式輸出各物理量的示值,與外圍采用SPI協(xié)議進行交互。

　　同時內(nèi)部有兩個時鐘信號,WAKEUP和RESET。WAKEUP每6s輸出一個脈沖信號,RESET每隔約54min輸出一個脈沖信號,低電子有效。

　　1.4 系統(tǒng)功耗

　　由于要求TPMS系統(tǒng)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)過實測,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。動態(tài)功耗在射頻處于連續(xù)發(fā)射的情況下,經(jīng)實測為25mA(最大值。

2 軟件設(shè)計

　　2.1 軟件總體設(shè)計

　　軟件總體分為4個運行模式：調(diào)試模式(工廠診斷用)、初始化模式、睡眠模式(休眠)和測量模式。

　　(1)調(diào)試模式

　　主要執(zhí)行產(chǎn)品出廠的一些內(nèi)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(yīng)系統(tǒng)的運行要求。

　　（4）測量模式

　　測量模式主要完成以下功能：

　?、俣〞r測量輪胎壓力、溫度;

　?、趬毫υ诓煌墑e區(qū)域內(nèi)有報警時,同一個級別只上報一次;

　?、蹓毫o變化,固定間隔時間段上報一次壓力、溫度;

　　④保證系統(tǒng)可靠性．系統(tǒng)每隔約l小時復(fù)位一次。

　　⑤不同級別報警同時出現(xiàn),則以高溫、高壓、低壓級別的優(yōu)先級報警。

　　它們的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖5所示。

　　系統(tǒng)上電復(fù)位的工作流程圖如圖6所示。