轮胎压力监测系统因其安全性和经济性,如今已经越来越受到市场和用户的关注,国内外整车厂纷纷将其作为整车标配。然而由于整车对熄火以后的暗电流消耗有严格限制,这就对熄火以后仍需监控胎压的TPMS接收器的电流消耗提出了苛刻要求。基于整车厂的要求,本文采用Freescale的S9S12G128单片机和MC33596的射频接收芯片实现车辆熄火模式下的TPMS接收器仍可监控胎压,且满足暗电流要求。
1 接收器的主要电路组成
接收器主要是接收到无线信息,进行处理后,通过CAN总线将胎压数据发送给仪表进行显示,它由电源模块、射频接收模块、MCU、CAN通信以及存储模块组成。电路组成如图1所示。
1.1电源模块
电源模块负责将车载电源转换成各模块正常工作的电压。Infineon公司的TLE42994线性稳压器,其输入电压最大可达45V,输出5V,带载能力为150mA,且具有短路保护、电流限制、超温关机等功能。另外,其特别适用于需要在发动机断开后的汽车应用,自身内部消耗电流极低,在带载10mA的情况下,内部消耗只有0.17mA,见表1。
1.2射频接收模块
射频接收模块负责对胎压传感器传送的高频信号进行解码,然后将数据传输给中央处理器MCU。 MC33596是Freescale公司一款适合低电压应用的高度集成的接收芯片,将接收到的数据解调后通过串行同步接口(SPI)总线发送到MCU,它支持FSK调制的Manchester编码数据解码。在2400Band时的RF接收灵敏度为-108dBm。可通过自带的SPI接口对MC33596配置,在运行模式下电流的典型值为9.2mA。可通过选通震荡器的设置,实现自动快速唤醒功能,在stroberatio=1/10时,接收模式功耗小于1mA。
1.3控制芯片
控制芯片负责接收射频接收电路传输过来的数据,进行分析处理后,根据车辆的工况,选择是否通过CAN总线传送给车辆显示系统。控制芯片内部自带的EEPROM用于存储传感器的ID等标定信息。本系统控制芯片选择Freescale的16位单片机S9S12G128,128K的Flash、4K的EEPROM、8K的RAM,同时自带CAN控制器以及SPI、SCI等通信接口。电流消耗在Fullstop模式时为200μA。
1.4CAN通信
CAN总线用于和仪表、BCM以及诊断工具通信,为了降低熄火状态的功耗,选择可总线唤醒的低功耗高速CAN收发器TJA1042。该收发器专为汽车行业的高速CAN应用设计,传输速率高达1Mbit/s,具有如下特性:①收发器在断电或处于低功耗模式时,在总线上不可见;②极低功耗的待机模式,可通过总线唤醒。正常工作模式电流消耗5mA,待机电流消耗为10μA。
2 软件设计
接收器的软件主要有3部分功能,分别是:数据处理、功耗管理以及CAN通信。数据处理和CAN通信较为成熟,功耗管理则是系统的关键。
2.1功耗管理的程序设计
电源接通后,初始化外设,并检测ACC_check的电平,低则断开外部IRQ中断使能,进入正常模式,监听传感器的数据并通过CAN总线发送给显示设备。如果ACC_check电平为高,则表示车辆熄火,保存好当前的信息后,断开所有外设,并将接收芯片设置为内部strobe控制模式。最后接通外部IRQ中断使能,控制芯片自己进入Stop模式,系统进入低功耗休眠模式。功耗管理软件流程如图2所示。
当有IRQ中断产生后,系统接通外设,并进入正常工作状态。在主循环中,再次检测ACC状态,并作出是否进入低功耗休眠模式的响应。
2.2MC33596的ON/OFF配置
为了保证在低功耗模式下依然可靠接收胎压传感器发出的信号,MC33596提供了一个间隔接通接收的数据接收模式,即ON/OFF模式。通过配置其内部寄存器(SOE=1),使能内部的strobeoscillator。配置RXONOFF寄存器,控制接收断开时间(offtime)和接通时间(ontime)占比。计算公式如下:ONtime=RON[3:0]×512×Td,OFFtime=(ROFF[2:0]+1/2)×Ts,Ts=106×C21
,RON和ROFF是寄存器RXONOFF定义。占比的选择,直接关系到信号接收效果以及电流消耗。
该项目工作频率为433MHz,参数计算如下:Td=1.65μs;C21采用1nF的电容:Ts=1ms。