基于单片机的轮胎压力检测报警器的设计与实现(8)

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的汽车轮胎爆胎预警系统中，数据以 9600bps 的速率发送，采用 FSK调制的曼彻斯特编码。轮胎 ID 是用来确定发送数据帧的轮胎位置的，32 位的位长可避免出现相同的轮胎 ID。8 位状态值里主要是关于轮胎模块工作电压及是否需更换电池状态的信息。校验和的 8 位取值取决于先前发送的数据。其目的是把受到射频（RF）噪声干扰的传输数据验证为有效数据，以此来减少数据错误的概率。 4.4.2 数据无线发射软件设计

发射器在没有发射任务的绝大多数情况下，是处于功耗极低的休眠状态的。待轮胎模块的微控制器决定需要发送数据帧时，就会选通发射器，发送完数据后再回到休眠状态。

4.4.3 数据无线接收软件设计

UHF 接收器 MC33594 在绝大多数时间里是处于低功耗的休眠状态，系统上电后首先由微控制器对其进行初始化配置，随后进入休眠状态以等待被来自某个轮胎模块发送的数据帧激活[20]。MC33594 有三个 8 位的配置寄存器CR1～CR3。其中配置寄存器 1（CR1）除了控制对这三个寄存器的读写，还主要用于选择载波频率、设置数据调制方式、控制选通振荡器、定义选通比、控制数据管理器、定义报头字等。配置寄存器 2（CR2）用于定义接收器 ID识别字的内容。配置寄存器 3（CR3）则用于定义数据速率、设置混频器增益、控制 MIXOUT 引脚的转换、设置相位比较器增益等。

MC33594 有三个工作模式：休眠模式，也就是低功耗模式；配置模式，用来读写内部寄存器，此时 SPI 接口为从模式；运行模式，接收器处于 SPI接口主模式，接收一个数据帧或者等待一个数据帧的到来，在数据管理器有效的情况下，定时的唤醒信息发送后，接收到的数据由串行外部接口（SPI）发送到微控制器。MC33594的引脚RESETB为低电平时，MC33594的SPI是从模式；为高电平时，其SPI是主模式。当数据通过引脚MOSI和MISO输入或输出时，主设备负责发送时钟用于数据的同步传送。MISO管脚在主设备中是输入端，在从设备中是输出端；MOSI管脚在主设备中是输出端，在从设备中是输入端。MISO和MOSI端口总是沿着一个方向传递串行数据。数据在SCLK的下降沿被接收，在SCLK的上升沿被发送。当没有数据输出时，SCLK和MOSI被主设备置为低电平。如图4-5所示，是微控制器与MC33594通过SPI串行协议接口进行数据通信的程序流程。

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等待SPI数据 复位定时计数器寄存器 复位字节计数器 复位比特计数器 否 SCLK为高? 是 屏蔽TPM中断,开定时计算器 否 SLCK为低? 是 接收数据比特 清除定时计数器 已接收完一个字节? 是 已接收到完整数据帧? 是 开TPM中断,关定时计数器 否 否

子程序返回 图4.5 MC33594与微控制器的软件SPI流程图

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4.5 主机模块的监控软件设计

不像轮胎模块所处的封闭环境那样恶劣，主机模块没有严格的耗能标准。无论是电池的更换还是接入汽车电瓶的 12V 标准电压，都比较容易对主机模块提供持久可靠的工作电压。主机模块的监控软件要实现的主要功能是：对主机模块的初始化；UHF 接收器的控制；对接收到的轮胎状态信息进一步的数据处理；数据显示；执行报警；RS-232 通信，以及工作电压监控。

在主机模块上电（电源打开）后，核心微控制器 MC68HC908KX8 先对自己进行初始化，然后再对接收器 MC33594 进行初始化配置。在确认MC33594 配置有效并准备就绪后，所有 5 个 LED 都闪烁一下，以告知驾驶员主机模块准备工作就绪。图4.6是主机模块的主程序流程图。在微控制器等待 UHF 接收器 MC33594 发送其接收到的数据帧时，大部分的工作时间都花费在为接收数据与 MC33594 的 SPI 总线通信上[21]。在微控制器收到数据帧后，会重新计算该数据帧的校验和，并同已接收到的这个进行比较。在确认该帧的校验和无误后，帧内的轮胎 ID 将同存在微控制器存储器中的 4 个轮胎 ID 进行比较，如发现哪个 ID 是与其相匹配的，就把该数据帧的状态信息存入为保存这个位置轮胎的状态信息而保留的 RAM 单中。

4.6 汽车轮胎气压实时检测系统软件设计的特点

汽车轮胎爆胎预警系统的现场应用环境，决定了其在设计过程中必须要考虑怎么平衡功耗与效率，这在轮胎模块的设计中显得更为重要。此外，为了保证系统的可靠运行，还要采取一定的软件抗干扰措施，使用指令冗余、掉电保护和软件陷阱等方法来增强系统的抗干扰能力。

如果轮胎模块的寿命大大短于轮胎的正常使用寿命，使用者要么承受频繁更换轮胎模块电池的麻烦，要么不得不闲置由于失去工作电压而不能正常工作的系统，这将使系统的设计初衷大打折扣[22]。

无论是传感器、微控制器还是 UHF 发射器，每一次测量、每一个功能程序的执行以及每一次发射，都需要消耗一定的能量，尤其是微控制器 CPU 的运行和发射器的发射操作，功耗大。

因此，在汽车轮胎气压实时检测系统的的软件设计中，必需要考虑上述问题对轮胎模块工作寿命的影响。要选择合适的压力和温度的测量频率。若对压力和

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温度两个参数都进行测量，压力参数的测量频率则应高于温度参数的测量频率。

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主程序开始 上电复位 初始化微控制器 打开LED, 状态提示 初始化MC33594 否 初始化检验,配置就绪？ 是 LED闪烁,系统就绪 等待SPI数据 接收数据帧 否 详见 SPI通信 校验和正确？ 是 轮胎ID正确？ 是 数据处理 否 图 4.6 主机模块主程序流程图

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