一种直接式TPMS轮胎压力监测系统设计

　　11脚外接射频功率控制电阻。如图2中的R3,该值在22~100kΩ之间。一般在30kΩ左右达到7 dBm。

1.2 螺旋天线的结构

　　由于天线有不同类型,应根据具体应用要求来选择。本应用中,天线位于汽车轮毂内。紧靠气门嘴。在高速行驶中,天线不断变换方向。为了尽可能扩大接收的角度,选用螺旋天线。

　　螺旋天线的圈数(N)、直径(D)和圈距(S)决定了天线的增益和方向性。

　　天线的总长为LN=NLO=Nsqit(S2+C2)这里C=xD是螺旋的园周,Lo=sqrt（S2+C2）是一圈导线的长度。

　　另一个重要参数是螺旋角α,它是螺旋线切线和螺旋轴垂直平面的夹角。螺旋角的定义为α=tan-1(S／C)螺旋天线有以下2种工作模式。

　　①常态模式。在常态工作模式,天线辐射场在相对于螺旋轴的法线平面有极大值。对于该模式：NLo〈〈λ。

　　②轴向(端射)模式。这种工作模式只有一个主瓣,它的最大辐射强度沿着螺旋轴,副辦与轴间有一个倾斜角度。为激励这种模式,其直径D和空间3必须是波长的一个大分数。

1.3 传感器电路

　　SPl2是英飞凌公司的轮胎压力传感器IC,如图4所示,通过MEMS技术集成了压力和温度、加速度、电压的检测电路,直接以数字形式输出各物理量的示值,与外围采用SPI协议进行交互。

　　同时内部有两个时钟信号,WAKEUP和RESET。WAKEUP每6s输出一个脉冲信号,RESET每隔约54min输出一个脉冲信号,低电子有效。

1.4 系统功耗

　　由于要求TPMS系统整体静态电流小于20μA,所以保证选用的器件必须是低功耗或超低功耗的芯片。PICl6F628A的静态电流为0.lμA,传感器SPl2的静态电流为O.6μA,射频NRF401的待机电流为8μA。

　　经过实测,静态功耗Ist=Ist_mcu+Ist_sensor+ist_rf+Ist_cap=15μA。Ist_cap为钽电容的泄露电流。动态功耗在射频处于连续发射的情况下,经实测为25mA(最大值。

2 软件设计

2.1 软件总体设计

　　软件总体分为4个运行模式：调试模式(工厂诊断用)、初始化模式、睡眠模式(休眠)和测量模式。

(1)调试模式

　　主要执行产品出厂的一些内部测试和诊断功能。体包括传感器测试和射频测试两部分。

(2)初始化模式

　　接收主机给定的ID码和级别判定阀值。

（3）睡眠模式

　　以最低的功耗运行,响应系统的运行要求。

（4）测量模式

　　测量模式主要完成以下功能：

　　①定时测量轮胎压力、温度;

　　②压力在不同级别区域内有报警时,同一个级别只上报一次;

　　③压力无变化,固定间隔时间段上报一次压力、温度;

　　④保证系统可靠性．系统每隔约l小时复位一次。

　　⑤不同级别报警同时出现,则以高温、高压、低压级别的优先级报警。

　　它们的相互转换关系如图5所示。

　　系统上电复位的工作流程图如图6所示。