在內置模擬前端的單片機 的基礎上設計出一種的 發射機，它通過低頻信號獲取操作指令信息，再通過高頻信號將測量數據發射出去。實現了TPMS發射機與駕駛員的雙向通信，提出了具體的硬件與軟件設計方案。

TPMS（Tire Pressure Monitoring System）是胎壓檢測系統的英文縮寫形式。這種系統的原理是通過安裝在輪胎內的傳感器檢測輪胎壓力、溫度等參數，并通過無線方式實時準確地將測量值傳送給接收裝置，駕駛員通過液晶顯示器了解車輛的輪胎狀況，可有效降低因爆胎引發交通事故的幾率。

傳統的胎壓檢測系統一般采用定時喚醒或加速度喚醒的方式延長胎內發射裝置的使用壽命，駕駛員對胎內壓力檢測系統的啟動、暫停、檢測方式無法進行控制。同時，在傳統胎壓檢測系統中，將輪胎的定位信息寫入輪胎內 的ID中，如果更換輪胎則需要對定位信息重新設置，否則系統無法正確反映輪胎位置。采用可低頻喚醒的TPMS，駕駛員可對檢測系統的工作狀態進行控制，通過設定輪胎的檢測順序，就可以解決輪胎的定位問題。

1 發射系統原理與解決方案

從圖1可知，發射系統主要由胎內傳感器、信號處理模塊、高頻發射模塊和LF接收模塊組成。其基本工作原理是：系統接收到低頻喚醒信號后，根據信號調理與譯碼所得指令調整系統的工作狀態，胎內傳感器將檢測量傳輸給MCU，再通過發射模塊以433.9MHz載頻發送出去。

1．1 傳感器

本系統選用Freescale公司的MPXY8020A型硅壓阻式壓力傳感器，其內部包括壓力、溫度傳感器，具有電源管理和數據輸出功能。可通過S0、S1引腳控制其工作模式，每隔3s通過OUT引腳發出370?滋s寬度的喚醒脈沖，約每52min通過/RST引腳發出一個復位脈沖[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，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 高頻發射模塊

發射模塊采用Maxim公司的MAX1479，可發射300MHz～450MHz的ASK和FSK數據，在FSK模式下采用Manchester碼可達到20kbps的數據速率。該芯片具有低電源電流（ASK模式下為6.7mA，FSK模式下為10.5mA)，僅200?滋s的啟動時間等優點，非常適合應用于低功耗設計[3]。

2 TPMS發射系統硬件設計

TPMS發射系統硬件主要由發射芯片MAX1479、單片機PIC16F639和傳感器MPXY8020A構成，如圖2所示。模塊發射頻率為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調制模式。CLK0和CLK1引腳可以設置CLKOUT頻率輸出引腳的輸出頻率。DEV0、DEV1、DEV2引腳可為FSK調制模式設置頻率偏移，當DIN引腳為高電平時，PAOUT輸出高頻信號至天線。PIC16F639內置了三通道模擬前端，由于低頻發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220pF電容后，可在125kHz處諧振，并聯諧振阻抗最大，當發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。每個通道內還具有一個調節電容，可用來調節外部天線。此電容可通過寄存器配置電容大小，最大63pF，可1pF步進調整。LCCOM引腳為三通道的公共地。單片機使用內部已校準的8MHz振蕩器，可通過寄存器中IRCF位配置分頻系數，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、測量溫度和讀數據這四個狀態。OUT引腳連接至RA1引腳，并每隔三秒發出喚醒脈沖，PORTA口電平變化引發中斷，將單片機從休眠模式喚醒。

3 發射系統軟件設計

3．1 RF傳輸協議

RF信號的傳輸采用曼徹斯特編碼，即一個數字信號值在每一個比特位周期內作高、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字1，而先低后高表示數字0。MAX1479的 FSK模式最大數據傳輸率為20kbps，在本系統中采用9.6kbps的數據率。RF數據幀格式如表1所示。

(1)前導位：由連續的31個數字1接一個數字0組成，前導位可以使接收器識別出有效的RF信號，并可使接收器與發射信號頻率同步，因此可補償發射機振蕩頻率的誤差。前導位的位數可以不固定，位數長的前導位有利于提高接收器的靈敏度，而位數短的前導位有利于節省發送端功耗。

(2)發射機ID：每個發射機都有惟一的ID號碼，32位的長度可極大地避免出現兩個相同ID的情況。

(3)壓力值：壓力值采用8位無符號數表示，每一位代表2.5kPa。

(4)溫度值：溫度值采用8位無符號數表示，最低可測溫度為零下40度，每一位代表0.8度。

(5)狀態位：包括電池低壓檢測數據、傳感器的工作模式信息。

(6)校驗和位：校驗和長度為8位。其產生的方法是，發送時，對所有數據求異或結果再取反作為校驗和；接收時，對所有數據連同校驗和求異或求反，結果為0表示正確，否則錯誤，丟棄數據包。

3．2 LF傳輸協議與軟件流程

LF信號的傳輸也采用曼徹斯特編碼。由于 PIC16F639 模擬前端輸入調制頻率最高為4kHz,所以選擇1kHz作為LF輸入信號的數據頻率。LF數據幀格式如表2所示。

(1)AGC穩定時間：這是一個持續的高電平脈沖，可將AFE從休眠模式喚醒，AGC模塊可以自動調整過強的輸入信號電壓，使之達到后續電路可接受的水平，AGC穩定時間后，AGC穩定于輸入信號電平。如果AGC穩定時間不符合要求，AFE將被軟復位。

(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時間和低持續時間分別由OEH、OHL位決定，通過SPI口編程。

(3)命令位：8位數據中的第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位數據作為命令代碼。單片機通過定時采集RA4引腳電平，獲得相應數據，并通過與單片機預定義值進行匹配，產生相應動作狀態。

(4)校驗位：采用奇校驗方式，即當數據中1的個數為奇數時，則校驗位為0；否則校驗位為1。

(5)結束位：用兩個連續的數字0表示結束位，結束位采用NRZ編碼格式。

圖3是PIC16F639檢測低頻信號流程圖。當單片機上電后，可以通過SPI口對AFE的8個寄存器進行設置。打開PORTA電平變化中斷后進入休眠模式。當LC輸入引腳檢測到輸入信號，輸入的AGC穩定時間電平超過20mV時將置位AFE狀態寄存器AGCACT位。如果輸入信號不到20mV，則不會激活AGC。由于只使用一個模擬通道，因此當檢測到輸入信號時，只置位WAKEY位。若AFE被喚醒后，超過16ms沒有信號輸入，則軟復位將使AFE重新回到休眠狀態。如果未使能喚醒濾波器，則后續接收到的信號將被AFE認為是有用信號，并直接從LFDATA引腳以數字量輸出。否則，后續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。如果滿足，則通過LFDATA引腳喚醒單片機并輸出數據。單片機根據譯碼數據被重新配置。

3．3 發射模塊基本程序流程

當系統上電復位后，PIC16F639首先執行初始化命令，隨后進入休眠等待狀態，如圖4(a)所示。當檢測到傳感器喚醒脈沖或LF的輸入信號時，系統退出休眠狀態。檢測到傳感器喚醒脈沖后，若滿足數據檢測條件，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，并將讀取的數據通過SPI口傳至PIC單片機，判定是否滿足配置發射條件，系統默認的發送條件是30秒發送一次，但也可以通過低頻喚醒指令自行設置發射信號的時間間隔。當測量的壓力與溫度變化量超過閾值時，系統則會自動修改發送條件至快速發射模式，即將發射數據時間間隔縮短到800ms，使駕駛者可以實時掌握輪胎狀態，及時采取防范措施。當發射完成后，系統再次進入休眠狀態，以上基本流程如圖4(c)所示。如果系統被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，根據譯碼信息重新配置發射條件與數據檢測的時間間隔，也可以控制 TPMS 發射系統 的啟動和暫停，如圖4(b)所示。

可低頻喚醒的TPMS發射系統具有低成本、低功耗、高集成度、具有雙向通信功能的特點，這使它比傳統TPMS更具市場競爭力。隨著TPMS在中國的普及，該系統將具有較大的推廣價值。