TPMS中无线接口电路的设计

;具有FSK和OOK调制和解调能力,抗干扰能力强,适合工业控制应用;采用PLL频率合成技术,频率稳定性好;具有较小的发射功率,最大发射功率达O.18mW;数据速率可达9.6kb/s;1.9～3.6V低工作电压;功耗低,发射时电流11.6mA,发射待机状态仅为O.8μA(工作温度在125℃)。

　　 (4)无线射频接收芯片MC33594

　　摩托罗拉的MC33594器件是高温集成UHF超外差无线电接收模块。该芯片采用LQFP-24封装,工作频率在300～450MHz频段,电压在4.5～5.5V范围内;接收灵敏度高达-103dBm。芯片最大的特点是带有一串行外设接口SPI(Serial Peripheral Intelface)。通过SPI,它允许CPU与各种外围接口器件以串行方式进行通信,交换信息。SPI接口使用四条线：串行时钟线(SCK),主机输入/从机输出数据线MISO,主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线RESET。

　　2.2 TPMS系统中的无线接口电路硬件设计

　　TPMS系统设计中较关键的一点是数据的传输部分。整个数据传输部分由两部分组成：一是驾驶室中的无线接收部分,另外一部分是轮胎中的无线发射部分。这两部分数据传输的准确性、稳定性,将是系统优良性能的重要体现。

　　(1)无线发射接口电路设计

　　无线发射电路由发射芯片MC33493、AT89C2051单片机和电平转换电路构成,如图2所示。发射模块中,引脚3(BAND引脚)接3V高电平,表示系统发射频率为434MHz,用于选择工作频率;引脚14(MODE引脚)接高电平,表示系统选择FSK调制模式。FSK调制方式定义为一个信号的两个不同的频移值分别表示数字高、低两种电平。在这个系统中,低频移表示数字高电平,高频移表示数字低电平。发射芯片的FSK调制方式由与晶振串联的下拉负载电容C1来实现。与CFSK引脚相连的有一内部开关,用以选通下拉电容C1。当DATA=O时(MODE引脚置高电平),开关关闭,此时输出高频移;当DATA=1时,开关接通,此时输出低频移,这就实现了FSK调制方式,也就是说,如果载波频率是433.92MHz而且总的频偏是士△f(MHz),则数字高电平表示为433.92MHz-△f,数字低电平表示为433.92 MHz+△f。

　　由于MC33493工作电平最大为3V,而微控制器89C2051工作电平最大为5V,要实现连接就必须进行电平转换。系统供电为5V,通过电平转换电路为发射芯片供电。其发射芯片MC33493通过电平转换芯片与单片机相连,实现数据的双向传送。它与89C2051单片机及接收机一起构成无线数据发射系统。

　　(2)无线接收接口电路设计

　　无线接收接口电路主要由接收芯片MC33594与AT89C2051单片机构成,如图3所示。接收芯片MC33594通过SPI接接口与单片机AT89C2051的I/O口相连。该电路中,利用AT89C2051单片机的I/O口模拟SPI接口,通过用软件控制的方式来进行数据的传送;利用并口P1.1来模拟SPI的SCK输出端,P1.2模拟MCU的数据输出端(MOSI),P1.3模拟SPI的数据输入端(MISO),P1.4模拟SPI的从机选择端RESET。在接收之前,首先置RESET引脚为低电平,使接收机变为从机,而单片机变为主机。单片机通过MOSI信号线将单片机内的程序写入接收机的配置寄存器里对接收机进行配置,配置好后再置：RESET引脚为高电平。此时单片机变为从机,而接收机变为主机,它产生时钟信号,同时数据由RFIN端接入,经低噪声放大器放大后送入混频器,使其变换成中频。在中频级,经变换的信号在送入解调器之前被放大和滤波。

　　为了与MC33594接收机所设定的SPI工作状态在逻辑时序上协调一致,要使串行时钟输出P1.1的初始状态为1,在选通MC33594后,置P1.1为O。此时AT89C2051单片机输出1位SCK时钟,同时,使MC33594串行左移,从而输出1位数据至AT80C2051单片机的P1.3(模拟MCU的MISO线),再置Pl.1为1,使AT89C2051单片机从P1.O输出1位数据(先为高位)至AT89C2051单片机。至此模拟1位数据输入输出完成。以后再置P1.1为0,模拟下一位的输入输出。依此循环8次,可完成1次通过SPI传输8位数据的操作。其程序包括MCU串行输入、串行输出和串行输入/输出3个子程序。MCU串行输入是从接收机的MISO线上接收8位数据并放入寄存器R0中;串行输出是将AT80C51单片机中R0寄存器的内容传送到接收机的MOSI线上;串行输入/输出将AT89C2051单片机R0寄存器的内容传送到MC33594的MOSI线上,同时从MC33594的MISO线上接收8位数据。由MOSI引脚将接收到的数据送入到单片机,这样数据就可以在PC机上进行显示了。

　　 3 系统软件流程设计

　　3. 1通信协议

为了实现4个轮胎模块与中央接收模块进行无线通信的目的,发射机和接收机都需要按要求支持一个简单的通信协议。数据以9600bps的速率传送,采用FSK调制时,其发射方必须采用曼彻斯特编码方式,只有这样