RF信号的传输采用曼彻斯特编码,即一个数字信号值在每一个比特位周期内作高、低电平之间的切换,前半周期高电平后半周期低电平表示数字1,而先低后高表示数字0。MAX1479的 FSK模式最大数据传输率为20kbps,在本系统中采用9.6kbps的数据率。RF数据帧格式如表1所示。
(1)前导位:由连续的31个数字1接一个数字0组成,前导位可以使接收器识别出有效的RF信号,并可使接收器与发射信号频率同步,因此可补偿发射机振荡频率的误差。前导位的位数可以不固定,位数长的前导位有利于提高接收器的灵敏度,而位数短的前导位有利于节省发送端功耗。
(2)发射机ID:每个发射机都有惟一的ID号码,32位的长度可极大地避免出现两个相同ID的情况。
(3)压力值:压力值采用8位无符号数表示,每一位代表2.5kPa。
(4)温度值:温度值采用8位无符号数表示,最低可测温度为零下40度,每一位代表0.8度。
(5)状态位:包括电池低压检测数据、传感器的工作模式信息。
(6)校验和位:校验和长度为8位。其产生的方法是,发送时,对所有数据求异或结果再取反作为校验和;接收时,对所有数据连同校验和求异或求反,结果为0表示正确,否则错误,丢弃数据包。
3.2 LF传输协议与软件流程
LF信号的传输也采用曼彻斯特编码。由于PIC16F639模拟前端输入调制频率最高为4kHz,所以选择1kHz作为LF输入信号的数据频率。LF数据帧格式如表2所示。

(1)AGC稳定时间:这是一个持续的高电平脉冲,可将AFE从休眠模式唤醒,AGC模块可以自动调整过强的输入信号电压,使之达到后续电路可接受的水平,AGC稳定时间后,AGC稳定于输入信号电平。如果AGC稳定时间不符合要求,AFE将被软复位。
(2)唤醒滤波器脉冲:唤醒滤波器用来使能LFDATA输出并唤醒单片机,但前提条件是在LC输入引脚接收到特定的脉冲序列。这样可以防止由于噪声或不想要的输入信号等原因而致使AFE唤醒单片机。唤醒滤波器脉冲的高持续时间和低持续时间分别由OEH、OHL位决定,通过SPI口编程。
(3)命令位:8位数据中的第1位将引起PORTA电平变化中断使单片机从休眠模式唤醒,剩余的7位数据作为命令代码。单片机通过定时采集RA4引脚电平,获得相应数据,并通过与单片机预定义值进行匹配,产生相应动作状态。
(4)校验位:采用奇校验方式,即当数据中1的个数为奇数时,则校验位为0;否则校验位为1。
(5)结束位:用两个连续的数字0表示结束位,结束位采用NRZ编码格式。
图3是PIC16F639检测低频信号流程图。当单片机上电后,可以通过SPI口对AFE的8个寄存器进行设置。打开PORTA电平变化中断后进入休眠模式。当LC输入引脚检测到输入信号,输入的AGC稳定时间电平超过20mV时将置位AFE状态寄存器AGCACT位。如果输入信号不到20mV,则不会激活AGC。由于只使用一个模拟通道,因此当检测到输入信号时,只置位WAKEY位。若AFE被唤醒后,超过16ms没有信号输入,则软复位将使AFE重新回到休眠状态。如果未使能唤醒滤波器,则后续接收到的信号将被AFE认为是有用信号,并直接从LFDATA引脚以数字量输出。否则,后续信号必须满足唤醒滤波器的时序脉冲要求。如果不满足,且超过32ms没有正确信号输入将置/ALERT引脚低,并返回到休眠状态。如果满足,则通过LFDATA引脚唤醒单片机并输出数据。单片机根据译码数据被重新配置。
3.3发射模块基本程序流程
当系统上电复位后,PIC16F639首先执行初始化命令,随后进入休眠等待状态,如图4(a)所示。当检测到传感器唤醒脉冲或LF的输入信号时,系统退出休眠状态。检测到传感器唤醒脉冲后,若满足数据检测条件,则单片机通过配置传感器S1、S0模式选择引脚 ,控制传感器检测压力及温度,并将读取的数据通过SPI口传至PIC单片机,判定是否满足配置发射条件,系统默认的发送条件是30秒发送一次,但也可以通过低频唤醒指令自行设置发射信号的时间间隔。当测量的压力与温度变化量超过阈值时,系统则会自动修改发送条件至快速发射模式,即将发射数据时间间隔缩短到800ms,使驾驶者可以实时掌握轮胎状态,及时采取防范措施。当发射完成后,系统再次进入休眠状态,以上基本流程如图4(c)所示。如果系统被LF信号唤醒后,则首先对LF输入的曼彻斯特编码信号进行译码,根据译码信息重新配置发射条件与数据检测的时间间隔,也可以控制TPMS发射系统的启动和暂停,如图4(b)所示。
结束语:
可低频唤醒的TPMS发射系统具有低成本、低功耗、高集成度、具有双向通信功能的特点,这使它比传统TPMS更具市场竞争力。虽然TPMS现在还属于比较高端的产品,离大众化和普及化还有很长的距离。但在高度重视汽车安全性的未来,轮胎压力监测系统一定会成为所有汽车上的标准配置。