新型射頻收發(fā)芯片nRF401在汽車胎壓監(jiān)視系統(tǒng)中的應
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在汽車高速行駛過程中，輪胎故障是突發(fā)性交通事故發(fā)生的重要原因。據統(tǒng)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。而保持標準的車胎氣壓行駛和及時發(fā)現車胎漏氣是防止爆胎的關鍵，因此對汽車輪胎壓力、溫度等參數的監(jiān)視是安全駕駛的重要保障。開發(fā)和研究汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)TPMS（Tire Pressure Monitoring System）是確保行車安全的有效技術措施，也是當前值得研究的重要課題。TPMS是目前最流行的汽車胎壓監(jiān)視系統(tǒng)，它在汽車行駛狀態(tài)下可以實時、動態(tài)的對輪胎氣壓和溫度進行自動監(jiān)測，對輪胎氣壓過低、過高、漏氣和溫度過高等異常現象進行自動報警，以減少事故的發(fā)生率，確保行車安全。從系統(tǒng)構造而言，壓力、溫度等信息可以通過無線裝置進行發(fā)送接收。
本文詳細介紹了基于藍牙芯片nRF401的汽車胎壓監(jiān)視系統(tǒng)的硬件和軟件設計，設計中采用SPCE061A為上位機控制器實現對汽車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(tǒng)與語音報警系統(tǒng)來實時準確的顯示檢測結果。該系統(tǒng)能準確的對輪胎內的溫度、壓力進行采集，并能在出現危險狀況時及時報警。
1 硬件設計
胎壓監(jiān)視系統(tǒng)主要包括兩部分：一部分安裝在汽車輪胎內，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處理加速度傳感器的信號實現自動喚醒功能，對輪胎的溫度與壓力信號進行采集和處理并通過發(fā)射模塊將信號傳出；另外一部分為安裝在汽車駕駛室內的中央監(jiān)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(jiān)視器主要完成的功能：實現對來自汽車輪胎的壓力和溫度信號的管理和輸出，并利用液晶配合語音報警系統(tǒng)及時根據用戶需求給出當時的狀態(tài)，且不耽誤司機開車，同時檢測車內溫度并顯示。系統(tǒng)圖如圖1(b)所示。
系統(tǒng)采用挪威Nordic公司推出的一體化無線收發(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(wěn)頻 PLL 進行頻率合成，頻率穩(wěn)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，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，無需進行曼切斯特編碼，微控制器的UART直接與nRF401的DIN、DOUT端連接，經過MAX232電平轉換后可直接與計算機的串口連；nRF401另一個非常重要的特點是接收機的頻帶阻抗很高，這意味著不需要外部聲面波濾波器，無需調試部件。
總體的硬件結構設計如圖2、3所示。由于采用了專用的傳感器，可以設計相對簡單的硬件電路。電源由鋰電池提供。在TPMS中由于從機無法將隨時檢測的壓力通過線纜傳到上位機中，故應該采用無線傳輸。又因為汽車輪胎工作環(huán)境比較惡劣，一般的無線傳輸模塊不能實現其功能，實踐證明無線收發(fā)芯片nRF401通信系統(tǒng)在環(huán)境比較惡劣的工業(yè)現場工作可靠穩(wěn)定。
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