1．1 傳感器
　　本系統(tǒng)選用Freescale公司的MPXY8020A型硅壓阻式壓力傳感器，其內(nèi)部包括壓力,、溫度傳感器,，具有電源管理和數(shù)據(jù)輸出功能?？赏ㄟ^S0,、S1引腳控制其工作模式，每隔3s通過OUT引腳發(fā)出370?滋s寬度的喚醒脈沖,，約每52min通過/RST引腳發(fā)出一個復(fù)位脈沖^[1],。
1．2 信號處理與低頻接收模塊
　　Microchip公司的PIC16F639是一款帶有三通道模擬前端（AFE）的MCU，其模擬前端特性由MCU固件控制,。由于使用方便,，該器件可用于多種智能低頻檢測和雙向通訊應(yīng)用中。因其具有工作電壓范圍寬,、待機電流小,、工作電流低等特點[2]，十分適合應(yīng)用于胎壓檢測,。其集成的三通道模擬前端可檢測低至1mV(峰-峰值)的125kHz輸入信號" title="輸入信號">輸入信號,，具有三個天線連接引腳。通過連接指向X,、Y和Z方向的三個天線，應(yīng)答器可隨時接收來自任意方向的信號,，從而降低因天線的方向性而造成信號丟失的可能性,。各天線引腳的輸入信號的檢測是相互獨立的，并隨后相加,。通過對配置寄存器進行編程,，每個輸入通道可以被單獨使能或禁止。被使能的通道越少,，器件的功耗就越小,。
1．3 高頻發(fā)射模塊
　 ?發(fā)射模塊采用Maxim公司的MAX1479，可發(fā)射300MHz～450MHz的ASK和FSK數(shù)據(jù),，在FSK模式下采用Manchester碼可達到20kbps的數(shù)據(jù)速率,。該芯片具有低電源電流（ASK模式下為6.7mA，F(xiàn)SK模式下為10.5mA),，僅200?滋s的啟動時間等優(yōu)點,，非常適合應(yīng)用于低功耗設(shè)計^[3]。
2 TPMS發(fā)射系統(tǒng)硬件設(shè)計
　　TPMS發(fā)射系統(tǒng)硬件主要由發(fā)射芯片MAX1479、單片機PIC16F639和傳感器MPXY8020A構(gòu)成,，如圖2所示,。模塊發(fā)射頻率為MAX1479外接晶振頻率的32倍頻，即需外接13.56MHz振蕩器,。MODE引腳接高電平,，為FSK調(diào)制模式。CLK0和CLK1引腳可以設(shè)置CLKOUT頻率輸出引腳的輸出頻率,。DEV0,、DEV1、DEV2引腳可為FSK調(diào)制模式設(shè)置頻率偏移,，當(dāng)DIN引腳為高電平時,，PAOUT輸出高頻信號至天線。PIC16F639內(nèi)置了三通道模擬前端,，由于低頻發(fā)射基站與接收模塊位置相對固定,，只需安裝一個低頻接收天線即可。接收天線為鐵氧體磁芯線圈,，電感量為7.1mH,，并聯(lián)220pF電容后，可在125kHz處諧振,，并聯(lián)諧振阻抗最大,，當(dāng)發(fā)射線圈與接收線圈相互平行，即可最大限度地拾取有用信號,。每個通道內(nèi)還具有一個調(diào)節(jié)電容,，可用來調(diào)節(jié)外部天線。此電容可通過寄存器配置電容大小,，最大63pF,，可1pF步進調(diào)整。LCCOM引腳為三通道的公共地,。單片機使用內(nèi)部已校準的8MHz振蕩器,，可通過寄存器中IRCF位配置分頻系數(shù)，分頻后可得到低至31kHz的時鐘頻率,。傳感器與單片機采用SPI串口方式連接,，可以通過配置S1、S0引腳使傳感器工作于待機,、測量壓力,、測量溫度和讀數(shù)據(jù)這四個狀態(tài)。OUT引腳連接至RA1引腳,，并每隔三秒發(fā)出喚醒脈沖,，PORTA口電平變化引發(fā)中斷,，將單片機從休眠模式喚醒。

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3 發(fā)射系統(tǒng)軟件設(shè)計
3．1 RF傳輸協(xié)議
　　RF信號的傳輸采用曼徹斯特編碼,，即一個數(shù)字信號值在每一個比特位周期內(nèi)作高,、低電平之間的切換，前半周期高電平后半周期低電平表示數(shù)字1,，而先低后高表示數(shù)字0,。MAX1479的 FSK模式最大數(shù)據(jù)傳輸率為20kbps，在本系統(tǒng)中采用9.6kbps的數(shù)據(jù)率,。RF數(shù)據(jù)幀格式如表1所示,。

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????(1)前導(dǎo)位：由連續(xù)的31個數(shù)字1接一個數(shù)字0組成，前導(dǎo)位可以使接收器識別出有效的RF信號,，并可使接收器與發(fā)射信號頻率同步,，因此可補償發(fā)射機振蕩頻率的誤差。前導(dǎo)位的位數(shù)可以不固定,，位數(shù)長的前導(dǎo)位有利于提高接收器的靈敏度,，而位數(shù)短的前導(dǎo)位有利于節(jié)省發(fā)送端功耗。
??? (2)發(fā)射機ID：每個發(fā)射機都有惟一的ID號碼,，32位的長度可極大地避免出現(xiàn)兩個相同ID的情況,。
?? ?(3)壓力值：壓力值采用8位無符號數(shù)表示，每一位代表2.5kPa,。
??? (4)溫度值：溫度值采用8位無符號數(shù)表示,，最低可測溫度為零下40度，每一位代表0.8度,。
??? (5)狀態(tài)位：包括電池低壓檢測數(shù)據(jù),、傳感器的工作模式信息。
??? (6)校驗和位：校驗和長度為8位,。其產(chǎn)生的方法是,，發(fā)送時，對所有數(shù)據(jù)求異或結(jié)果再取反作為校驗和,；接收時，對所有數(shù)據(jù)連同校驗和求異或求反,，結(jié)果為0表示正確,，否則錯誤，丟棄數(shù)據(jù)包,。
3．2 LF傳輸協(xié)議與軟件流程
??? LF信號的傳輸也采用曼徹斯特編碼,。由于PIC16F639模擬前端輸入調(diào)制頻率最高為4kHz,所以選擇1kHz作為LF輸入信號的數(shù)據(jù)頻率。LF數(shù)據(jù)幀格式如表2所示,。

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　　(1)AGC穩(wěn)定時間：這是一個持續(xù)的高電平脈沖,，可將AFE從休眠模式喚醒,，AGC模塊可以自動調(diào)整過強的輸入信號電壓，使之達到后續(xù)電路可接受的水平,，AGC穩(wěn)定時間后,，AGC穩(wěn)定于輸入信號電平。如果AGC穩(wěn)定時間不符合要求,，AFE將被軟復(fù)位,。
??? (2)喚醒濾波器脈沖：喚醒濾波器用來使能LFDATA輸出并喚醒單片機，但前提條件是在LC輸入引腳接收到特定的脈沖序列,。這樣可以防止由于噪聲或不想要的輸入信號等原因而致使AFE喚醒單片機,。喚醒濾波器脈沖的高持續(xù)時間和低持續(xù)時間分別由OEH、OHL位決定,，通過SPI口編程,。
??? (3)命令位：8位數(shù)據(jù)中的第1位將引起PORTA電平變化中斷使單片機從休眠模式喚醒，剩余的7位數(shù)據(jù)作為命令代碼,。單片機通過定時采集RA4引腳電平,，獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)，并通過與單片機預(yù)定義值進行匹配,，產(chǎn)生相應(yīng)動作狀態(tài),。
??? (4)校驗位：采用奇校驗方式，即當(dāng)數(shù)據(jù)中1的個數(shù)為奇數(shù)時,，則校驗位為0,；否則校驗位為1。
??? (5)結(jié)束位：用兩個連續(xù)的數(shù)字0表示結(jié)束位,，結(jié)束位采用NRZ編碼格式,。
　　圖3是PIC16F639檢測低頻信號流程圖。當(dāng)單片機上電后,，可以通過SPI口對AFE的8個寄存器進行設(shè)置,。打開PORTA電平變化中斷后進入休眠模式。當(dāng)LC輸入引腳檢測到輸入信號,，輸入的AGC穩(wěn)定時間電平超過20mV時將置位AFE狀態(tài)寄存器AGCACT位,。如果輸入信號不到20mV，則不會激活A(yù)GC,。由于只使用一個模擬通道,，因此當(dāng)檢測到輸入信號時，只置位WAKEY位,。若AFE被喚醒后,，超過16ms沒有信號輸入，則軟復(fù)位將使AFE重新回到休眠狀態(tài),。如果未使能喚醒濾波器,，則后續(xù)接收到的信號將被AFE認為是有用信號,，并直接從LFDATA引腳以數(shù)字量輸出。否則,，后續(xù)信號必須滿足喚醒濾波器的時序脈沖要求,。如果不滿足，且超過32ms沒有正確信號輸入將置/ALERT引腳低,，并返回到休眠狀態(tài),。如果滿足，則通過LFDATA引腳喚醒單片機并輸出數(shù)據(jù),。單片機根據(jù)譯碼數(shù)據(jù)被重新配置,。

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3．3 發(fā)射模塊基本程序流程
　　當(dāng)系統(tǒng)上電復(fù)位后，PIC16F639首先執(zhí)行初始化命令,，隨后進入休眠等待狀態(tài),，如圖4(a)所示。當(dāng)檢測到傳感器喚醒脈沖或LF的輸入信號時,，系統(tǒng)退出休眠狀態(tài),。檢測到傳感器喚醒脈沖后，若滿足數(shù)據(jù)檢測條件,，則單片機通過配置傳感器S1,、S0模式選擇引腳 ，控制傳感器檢測壓力及溫度,，并將讀取的數(shù)據(jù)通過SPI口傳至PIC單片機,，判定是否滿足配置發(fā)射條件，系統(tǒng)默認的發(fā)送條件是30秒發(fā)送一次,，但也可以通過低頻喚醒指令自行設(shè)置發(fā)射信號的時間間隔,。當(dāng)測量的壓力與溫度變化量超過閾值時，系統(tǒng)則會自動修改發(fā)送條件至快速發(fā)射模式,，即將發(fā)射數(shù)據(jù)時間間隔縮短到800ms,，使駕駛者可以實時掌握輪胎狀態(tài)，及時采取防范措施,。當(dāng)發(fā)射完成后,，系統(tǒng)再次進入休眠狀態(tài)，以上基本流程如圖4(c)所示,。如果系統(tǒng)被LF信號喚醒后,，則首先對LF輸入的曼徹斯特編碼信號進行譯碼，根據(jù)譯碼信息重新配置發(fā)射條件與數(shù)據(jù)檢測的時間間隔,，也可以控制TPMS發(fā)射系統(tǒng)的啟動和暫停，如圖4(b)所示,。

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