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SP12 的貨源和報價 SP12 的相關(guān)技術(shù)信息

其他型號

基于SP12的汽車輪胎狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

據(jù)美國汽車工程師學(xué)會統(tǒng)計，美國每年有26萬起交通事故是由于輪胎氣壓偏低或滲漏造成的。而在中國高速公路的交通事故中，則有70％是因爆胎而引起。因此，防止爆胎已成為安全駕駛的一個重要課題，而確保標(biāo)準(zhǔn)胎壓則是防止爆胎的關(guān)鍵。目前的汽車壓力檢測系統(tǒng)主要包括直接式和間接式。直接式系統(tǒng)通過安裝在輪胎內(nèi)部的傳感器直接檢測胎內(nèi)壓力和溫度狀態(tài)；間接式則是通過安裝在轉(zhuǎn)軸上的傳感器檢測輪胎轉(zhuǎn)動慣性進(jìn)而推算出胎內(nèi)的壓力的。由于直接式檢測不受溫度影響，因而比間接式系統(tǒng)檢測更準(zhǔn)確，是目前的主流。直接式系統(tǒng)的核心是安裝在輪胎內(nèi)部的傳感器模塊，它在電池供電下可以工作3～5年，因此要求系統(tǒng)采用微功耗設(shè)計。另外，由于是安裝在輪胎內(nèi)部，對傳感器尺寸、重量以及可靠性都有嚴(yán)格要求。本文給出了基于PIC單片機、單片無線收發(fā)芯片nRF2401A及多功能集成傳感器芯片SP12設(shè)計的一種用于檢測汽車輪胎壓力、溫度狀態(tài)檢測的傳感器系統(tǒng)。該系統(tǒng)的氣壓檢測范圍是100kpa～400kpa，精度為1.4KPa；溫度檢測范圍是-40℃～+125℃。

1 性能指標(biāo)與總體設(shè)計

1.1 性能指標(biāo)

該智能傳感器系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)如下：

◇壓力測量范圍：100～400 kPa

◇溫度測量范圍：-40～+120

◇通信頻率：2.4～2.5 GHz

◇最大發(fā)射功率：0dBm

◇接收靈敏度：-80dBm

◇傳感器采用3 V鋰電池供電

1.2 總體設(shè)計

智能傳感器內(nèi)部基本組成如圖1所示。它以PIC16F684單片機為核心，并包括三合一集成式傳感器芯片SP12，2.4 GHz全雙工無線通信收發(fā)模塊nRF2401A。其中SPl2可在單片機的控制下測量車胎的壓力和溫度值。并以數(shù)字量形式輸出，再經(jīng)過單片機MCU打包后通過nRF2401A發(fā)射出去。同時，單片機也通過nRF2401A接收主機發(fā)來的指令，完成相應(yīng)的控制或參數(shù)配置任務(wù)。

2 硬件設(shè)計

2.1 MCU單元

本系統(tǒng)的每個傳感器內(nèi)都有1個MCU芯片PIC16F684。這是一款微功耗高性能單片機。由于其片上集成有晶振電路和復(fù)位電路，因此其最小系統(tǒng)極為簡單，只要接通電源就可以工作。

MCU外部擴展了2個外設(shè)，其中同nRF2401A的接口使用了6個I／O口，它們是CS2(輸出口，片選信號)、CE(輸出口，工作模式控制)、WR_UP(輸出口，休眠使能)、DATA(輸入口，數(shù)據(jù)接收)、DR1(輸出口，數(shù)據(jù)發(fā)送)、CLK1(輸出口，通訊同步信號)。MCU與nRF2401A的通訊采用SPI協(xié)議，其中MCU為主機，nRF2401A為從機，通訊協(xié)議在MCU上由軟件實現(xiàn)。

MCU與SPl2的接口使用了4個I／O口，它們是CS1(輸出口，片選信號)、SD0(輸出口，數(shù)據(jù)輸出)、SDI(輸入口，數(shù)據(jù)輸入)、SCK(輸出口，通訊同步信號)。MCU與SPl2的通訊協(xié)議也是SPI，其中MCU為主機，SP12為從機，該通訊協(xié)議也在MCU上由軟件實現(xiàn)。MCU與外設(shè)的接口電路原理圖如圖2所示。

2.2 RF單元

RF單元采用集成式2.4GHz無線收發(fā)芯片nRF2401A，nRF2401A片內(nèi)集成有RF放大器、本振與混頻器和調(diào)制／解調(diào)器、數(shù)字接口等電路，因而外圍元件很少。

RF單元的硬件設(shè)計主要包括RF天線回路、RF放大器增益配置，以及本地振蕩電路的設(shè)計。圖3所示是RF單元的電路圖。其中，L1、L2、C6、C7用于構(gòu)成天線匹配與選頻網(wǎng)絡(luò)，R2是RF放大器增益配置電阻，Y1、R3、C8、C9構(gòu)成本振電路的一部分，El、E2、C2、C3為電源濾波和退耦元件。

2.3 SP12單元

SP12是集成式三合一傳感器，它能夠把氣壓、溫度、加速度等物理量轉(zhuǎn)換為數(shù)值量并發(fā)送至MCU。SP12的傳感器探頭安裝在芯片封裝上，因此。只需通電就可以通過MCU向SP12發(fā)指令以啟動采樣。SP12的外圍電路也很簡單，只有電源接口和MCU的數(shù)字接口。具體電路參見圖4。

2.4 電源及輔助電路

汽車輪胎狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的智能傳感器一般都安裝在車輪內(nèi)，因此，供電系統(tǒng)一般采用小尺寸電池。考慮到電池容量、壽命及溫度適應(yīng)性，本設(shè)計采用3 V鋰電池供電。

3 軟件設(shè)計

3.1 主流程

圖5所示是該智能傳感器的主程序流程。本系統(tǒng)開機后．首先執(zhí)行上電初始化程序。然后進(jìn)入睡眠模式以節(jié)省電能，當(dāng)?shù)竭_(dá)定時開機時刻，智能傳感器的處理器將被外部中斷喚醒，并執(zhí)行開機檢測程序，以在車輛移動時執(zhí)行檢測，否則返回睡眠模式。當(dāng)系統(tǒng)啟動狀態(tài)檢測后，智能傳感器依次檢測輪胎內(nèi)的氣壓、溫度等信息。

通過將檢測值與預(yù)定警戒值做比較，系統(tǒng)可以判斷是否出現(xiàn)異常，并執(zhí)行相應(yīng)的告警動作。如果系統(tǒng)遇到停機指令，則停機，否則返回睡眠模式。

3.2 開機檢測

車輛移動時，SP12芯片可以測量出加速度的變化。加速度超出設(shè)定的門限值即判定車輛移動。這就是開機檢測的基本原理。開機檢測本質(zhì)上是一種加速度檢測，通過單片機控制SP12以實現(xiàn)加速度測量的過程參見圖6。

3.3 狀態(tài)檢測

狀態(tài)檢測是該智能傳感器的核心功能，主要包括氣壓檢測、溫度檢測，以及電池電壓檢測。由于SP12芯片集成了所有氣壓檢測、溫度檢測及電壓檢測功能，因此，它們的狀態(tài)檢測程序流程與加速檢測基本類似，主要是對SP12的通訊。各種狀態(tài)檢測流程圖見圖7所示。

3.4 變周期定時檢測

該智能傳感器是定時開機工作的。為節(jié)省電能，它的開機間隔時間可隨氣壓變化做自適應(yīng)的變化，這也是本傳感器的智能化體現(xiàn)。具體的調(diào)節(jié)算法如圖8所示。其中，在每個檢測周期內(nèi)，通過自適應(yīng)算法可將檢測到的當(dāng)前氣壓值和當(dāng)前溫度值分別與預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)氣壓值和標(biāo)準(zhǔn)溫度值作比較，以得到當(dāng)前氣壓偏差量和當(dāng)前溫度偏差。若當(dāng)前氣壓偏差量大于歷史氣壓偏差量，則將檢測周期值減小1個單位；若當(dāng)前氣壓偏差量小于歷史氣壓偏差量，則將檢測周期值增大1個單位：若當(dāng)前溫度偏差量大于歷史溫度偏差量，則將檢測周期值減小1個單位；如果當(dāng)前的溫度偏差量小于歷史溫度偏差量，系統(tǒng)則將檢測周期值增大1個單位。最后，再用當(dāng)前氣壓偏差值和當(dāng)前溫度偏差值分別來更新歷史氣壓偏差值和歷史溫度偏差值。

4 結(jié)束語

本文給出了一種用于檢測汽車輪胎壓力、溫度狀態(tài)檢測的智能傳感器系統(tǒng)設(shè)計方案。通過該方法可以根據(jù)系統(tǒng)性能指標(biāo)完成系統(tǒng)總體設(shè)計以及系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計。本系統(tǒng)能夠獨立完成汽車輪胎氣壓和溫度的檢測，并可作為傳統(tǒng)汽車壓力檢測系統(tǒng)的理想升級產(chǎn)品。