根据以上特点,并经过分析比较,最终选用了CC2430这款系统级芯片。CC2430是Chipcon公司生产的2.4GHz射频芯片,符合IEEE 802.15.4标准,传输速率最高250Kb/s,采用具有内嵌闪存的0.18μm CMOS标准技术,休眠模式功耗仅0.9μA,集8051内核与无线收发模块于一体,简化了电路的设计,且尺寸只有7mm×7mm。
2 压力温度传感器选型
汽车轮胎特殊的工作环境,决定了胎压监测传感器的高要求,即低功耗、宽温区、宽电源电压范围内较高的精度和可靠性。本设计选用了Infineon公司的硅压阻式压力传感器SP12,其工作电压1.8~3.6V,具有压力范围100~450kPa、温度范围-40℃~125℃的测量能力。
3 车载监视器设计
如图2所示,车载监视器同样以CC2430为核心,负责射频数据的收发、显示和报警。显示屏为定制的LCD字符型段码屏,通过I/O口模拟I2C与单片机通信,屏上有左前轮、左后轮、右前轮、右后轮以及温度超限、气压低、气压高等可视化图标,再配合蜂鸣器和发光二极管,非常方便驾驶员对轮胎运行状态的掌控。三向键作为一个人机交互的窗口,可通过手动操作查看特定轮胎的运行状态,或设置温度、气压报警门限值。因为车载监视器采用汽车电源供电,因而低功耗设计上的考虑可相对少一些。
4 电路抗干扰措施
由于是高频电路,克服器件的相互干扰尤为重要,为保证系统长期稳定、可靠的运行,建议在电路设计中采取以下措施。
● 采用四层PCB,顶层主要走信号线,顶层下面依次是是地平面层、电源平面层和底层,为防止高频信号的辐射和串扰,应尽量缩小信号回路面积,同时采用多点接地,降低接地阻抗。
● CC2430芯片底部必须采用少量过孔与地相连,保证芯片体可靠接地。
● 去耦电容必须尽可能靠近3V和1.8V电源引脚,并且电容接地端通过过孔就近接地,去耦电容的充放电作用使集成芯片得到的供电电压比较平稳,减少了电压振荡现象。
● 芯片外围器件的尺寸应尽可能的小,建议使用0402规格的阻容器件。
● 将CC2430和SP12未用的信号输入引脚通过一个10kΩ电阻上拉到高电平或下拉到低电平,因为开路的输入端有很高的输入阻抗,很容易受外界的电磁干扰使悬浮电平有时处于“1”,有时处于“1”到“0”的过渡状态,易引起逻辑电路的误导通。
监测网络软件方案设计
对于胎压监测网络的软件设计,有以下三个关键技术需要解决。
1 如何识别轮胎
为降低数据帧的长度,降低功耗,本设计没有采用IEEE 802.15.4规定的标准帧格式,而是对其进行了简化,如表1所示。在胎压监测ZigBee网络中,四个轮胎监测器的地址分别为0x01、0x02、0x03、0x04,车载监视器的地址设为0x88。当车载监视器接收到一帧数据后,只需根据源地址域的内容即可判断是哪一个轮胎的检测数据。