目前的TPMS(tire pressure monitoring system)主要分為兩種類型，一種是間接式的，一種就是直接式的。而直接式的TPMS系統(tǒng)一直因其報警準(zhǔn)確性差、在無線傳輸中受到輪轂的屏蔽電磁波和磁場的干擾而影響其進(jìn)一步的發(fā)展。本文以Nordic公司生產(chǎn)的射頻芯片為基礎(chǔ)，介紹了汽車TPMS系統(tǒng)的無線收發(fā)系統(tǒng)的電路設(shè)計與解決方案，從而對上述直接式的TPMS系統(tǒng)加以改進(jìn)。
近幾年來無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)己經(jīng)成為小型工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的主要組成部分，此類無線數(shù)據(jù)傳輸和現(xiàn)存的有線數(shù)據(jù)傳輸以及其他無線數(shù)據(jù)傳輸相比較而言，工業(yè)監(jiān)控中的無線數(shù)據(jù)傳輸主要使用射頻(RF)技術(shù)來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包。整個系統(tǒng)的各個部分都是服務(wù)于無線數(shù)據(jù)傳輸這個目的，所以在整個系統(tǒng)的軟件設(shè)計中，無線數(shù)據(jù)的傳輸部分(射頻模塊)就為最主要部分。射頻就是射頻電流，它是一種高頻交流變化電磁波的簡稱，每秒變化小于1000次的交流電稱為低頻電流，大于10000次的稱為高頻電流，而射頻就是這樣一種高頻電流，射頻技術(shù)在無線通信領(lǐng)域具有廣泛的、不可替代的作用。
1 TPMS系統(tǒng)的設(shè)計
本文中提到的TPMS系統(tǒng)是通過射頻信息的收發(fā)與相關(guān)信息的提示來完成的。在輪胎部分的主要有壓力檢測模塊與射頻發(fā)射模塊，在駕駛員部分主要有射頻接收模塊和顯示報警模塊。
壓力檢測模塊主要是實時的檢測所測輪胎的壓力數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的變化存儲到中心處理器上，等待射頻發(fā)射模塊進(jìn)行發(fā)射。在射頻接收模塊接收到數(shù)據(jù)后對數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理并將數(shù)據(jù)在附件LCD上進(jìn)行顯示，并判斷數(shù)據(jù)的安全性，在發(fā)現(xiàn)輪胎的壓力超出了所能接受的范圍后通過蜂鳴器進(jìn)行報警提醒駕駛員。具體的工作原理圖如圖1所示。
2 無線收發(fā)芯片的比較與選擇
由于無線收發(fā)芯片的種類和數(shù)量比較多，無線收發(fā)芯片的選擇在設(shè)計中是至關(guān)重要的，正確的選擇可減小開發(fā)難度，縮短開發(fā)周期，降低成本，將產(chǎn)品更快推向市場。選擇無線收發(fā)芯片時應(yīng)考慮需要幾點兇素：功耗、發(fā)射功率、接收靈敏度、收發(fā)芯片所需的外圍元器件數(shù)量、芯片成本、數(shù)據(jù)傳輸是否需要進(jìn)行曼徹斯特編碼等。
用來評價無線數(shù)據(jù)收發(fā)的幾項重要指標(biāo)有：接收靈敏度、動態(tài)范圍、選擇性、接收頻率穩(wěn)定度、發(fā)射輸比功率、效率、發(fā)射頻率范圍、功耗等因素。下面對市場上的現(xiàn)階段比較流行的三種無線收發(fā)芯片進(jìn)行了相關(guān)的性能比較，如表1所列。
對照表1以及技術(shù)指標(biāo)的表述，對于接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，滿足頻段的范圍越大，靈敏度越高，在相同條什下的接收電流越小，發(fā)射電流越大，所需外圍器件越少等條件的收發(fā)芯片應(yīng)用也就越廣泛，并且可以適合于多種情況。
綜合以上考慮，nRF905的優(yōu)越性就很明顯了，所以在本設(shè)計中選擇nRF905是最適用的。
3 nRF905的簡介
無線收發(fā)芯片nRF905是挪威Nordic公司推出的一款單片無線收發(fā)一體的芯片。nRF905足一款工作在433/868/915頻段上的單片射頻收發(fā)器，因為所使用的是國際上的ISM 頻段，因此并沒有所謂的頻段限制。nRF905由完全集成的電源管理、頻率合成器、調(diào)制接收器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)節(jié)器構(gòu)成。nRF905具有ShockBurst特點，能夠自動處理數(shù)據(jù)包中的前導(dǎo)碼和CRC校驗碼。通過SPI接口，可以很容易地對nRF905的配置操作進(jìn)行編程。nRF905的耗電量非常低。在發(fā)射模式下，以-10dBm的輸出功率進(jìn)行發(fā)射耗電最僅為11mA;同樣的功率在接收模式下耗電量為12.5mA。而其POWERDOWN掉電模式下則可以更加省電。
3.1 nRF905的控制模式
nRF905有兩種激活模式和兩種省電模式。
激活模式包括ShockBurst RX接收模式和ShockBurst TX發(fā)射模式。省電模式包括PowerDown andSPI-programming掉電和SPI編程模式和Standby andSPI-programming待機(jī)和SPI編程模式。
TRX_CE、TX_EN和PWR的設(shè)置決定了模式的控制，具體的控制如表2所列。
