本文介紹一種無線溫度，壓力監(jiān)測系統(tǒng)。設(shè)計的實例是專為汽車應(yīng)用設(shè)計的輪胎壓力監(jiān)測（TPM）系統(tǒng)，主要用來監(jiān)測輪胎內(nèi)部的壓力和溫度。當(dāng)然，本設(shè)計亦可作為其它近距離無線監(jiān)測設(shè)備設(shè)計的參考。

系統(tǒng)組成
TPM系統(tǒng)主要由傳感器/發(fā)送器（S/TX）部件，射頻（RF）接收模塊，低頻（LF）指令部件組成。
S/TX部件，每輛汽車通常備有5個S/TX部件，4個輪胎和備用輪胎各1個。每個單元都有一個系統(tǒng)能區(qū)分的特定序列號。S/TX周期性地測量內(nèi)部壓力，溫度和電池狀態(tài)，然后將測量信息構(gòu)成RF信號發(fā)送至中心接收機。該部件由microchip rfpic 12F675微控制器和Sensonor sp-13傳感器組成，其中還設(shè)置了LF接收單元，用于S/TX的通信，將它從休眠方式中喚醒。
RF接收模塊。中心接收模塊接收來自各個S/TX部件的信息，接收器還用作遠程無鍵輸入接收機，以節(jié)省整個系統(tǒng)的成本。
LF命令部件。LF命令部件通過125KHzASK調(diào)制信號向S/TX單元發(fā)送具體的命令。LF鏈路使用電磁方式，是近距離的（1米以內(nèi)），非常適合的S/TX部件發(fā)送命令，當(dāng)S/TX接收到命令后，立即按命令執(zhí)行特定的操作。
主要技術(shù)指標。S/TX的工作電壓為2.5~3.6V；調(diào)制格式ASK；低壓報警閥值電壓2.5V。RF單元發(fā)射頻率為315MHz；發(fā)射間隔為60、15或5s;功率輸出＋9dBm（50Ω負載）；工作電流12.5mA（RF功率時）。LF單元的輸入頻率為125KHz。壓力傳感器壓力范圍為50~637KPa；溫度范圍-40~125℃。

圖1 輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)電路圖

圖2

工作原理
PIC12F675是S/TX的，選用這個器件有3個理由。首先，該器件已廣泛地使用于多種發(fā)射應(yīng)用中，微控制器備有RF發(fā)射電路，簡化了發(fā)射器的設(shè)計；其次，器件內(nèi)部有一個RC振蕩器，減少了外部元器件數(shù)量，直接降低了模塊成本，縮小了電路板尺寸；第三，器件內(nèi)部還有一個比較器，在解碼LF信息中起到重要作用；，該器件前有一個10位A/D轉(zhuǎn)換器，可讓設(shè)計者使用模擬式壓力傳感器。
rfpic具體實現(xiàn)了3個功能，監(jiān)測來自SP-13傳感器IC的數(shù)據(jù)線和LF輸入；定期匯編測量數(shù)據(jù)；周期性地發(fā)送RF信息。
rfpic通電后執(zhí)行初始化程序，然后進入休眠狀態(tài)，直至檢測到SP-13數(shù)據(jù)線或LF輸入狀態(tài)有變化才被喚醒，讓它過渡到工作方式。如果是被SP-13喚醒的，rfpic讀取輸入數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)匯編成合適的消息，然后通過RF發(fā)達器發(fā)射出去，發(fā)射完成后rfpic重新進入休眠狀態(tài)；如果是LF輸入喚醒的rfpic解釋LF消息，執(zhí)行相應(yīng)的命令，然后也重新回到休眠狀態(tài)。

SP-13傳感器IC
SP-13測量壓力與溫度，并在電池電壓低于預(yù)設(shè)的閾值時產(chǎn)生一個標志。該器件還含有一個32位ID，供中心接收器識別。
SP-13有5個工作模式：
SP-13測量壓力與溫度，并在電池電壓低于預(yù)設(shè)的閾值時產(chǎn)生一個標志。該器件還含有一個32位ID，供中心接收器識別。 SP-13有5個工作模式： 存儲模式：若壓力低于1.5bar,每隔60s測量數(shù)據(jù)且不發(fā)送數(shù)據(jù)。 初始模式：壓力增加至1.5 bar時進入該模式。在此模式，每隔0.85s測量并發(fā)送數(shù)據(jù)，這一過程要重復(fù)256次，若壓力仍高于1.5 bar，器件進入正常模式；反之，器件仍回到存儲模式。 正常模式：每隔3.4S測量壓力，數(shù)據(jù)發(fā)送60S。若60S前后壓力差大于200m bar器件進入壓力報警模式。 壓力報警模式：此模式的工作方式基本上與初始模式相同。 高溫報警模式：如果溫度超過120℃器件進入與初始模式相類似的工作模式。
LF輸入電路
LF輸入接收125KHz信號，該信號解調(diào)后變換成一個特定的命令。LF輸入設(shè)有一個調(diào)諧在125KHz的LC諧振電路，由L1和C11組成。L1是為此類應(yīng)用專門設(shè)計的，也可使用普通的線圈，但電路靈敏度或測量矩離會有所降低。D3用來將LC諧振電路上感應(yīng)的電壓嵌位在安全電平。LC電路輸出經(jīng)過限流電阻R5送至rfpic比較器的負輸入端，其正輸入端連接在內(nèi)部VREF模塊產(chǎn)生的參考電壓。比較器輸出則送到由二極管D2、電容C9和電阻R3組成的包絡(luò)檢波器。檢波器輸出終直接送至rfpic端口引腳，用來處理LF數(shù)據(jù)。

RF電路
rfpic的PLL形式發(fā)射電路僅需少量外部元件就能完成RF發(fā)射。發(fā)射器的基頻由晶體Y1確定。所要求的發(fā)射頻率除以32便是晶體頻率，例如，發(fā)射頻率確定為315KHz則晶體頻率選擇9.84375MHz。
環(huán)形天線L3與C3和C8構(gòu)成諧振回路，與單端RF驅(qū)動器相匹配。電容C4為3V電源提供去耦，L2和R6進一步濾除高頻能量，R6同時也能降低天線的Q值。發(fā)射電路的輸出功率通過R8進行調(diào)整，開路時獲得輸出功率。
RF信號編碼方法是1/3-2/3PWM格式，基本脈沖單元TE是400礢，因而位周期是1.2ms。整個編碼由前同步碼、發(fā)射ID、壓力、溫度、電池、狀態(tài)和循環(huán)冗余碼（CRC）組成。
前同步碼：由31個邏輯“1”位和1個邏輯“0”位組成。同步碼有雙重作用，它讓接收器辯認正確的S/TX消息，同時對RF消息同步，它的長度是可變的，用戶可根據(jù)電池的功率容量來確定。
發(fā)射ID：32位發(fā)射ID地識別每個S/TX。
壓力：1字節(jié)無符號二進制值 ，乘以2.5后就是壓力kpa值。
溫度：1字節(jié)無符號二進制值，減去40后就是溫度的攝氏值。
電池：該字節(jié)的位7指示電池狀態(tài)，邏輯1正常，邏輯0低電壓。
狀態(tài)：該字節(jié)的位1和位O含有傳感器IC狀態(tài)信息。00為初始或存儲模式；01正常模式；10壓力報警模式；11溫度報警模式。
CRC（2個字節(jié)）：按CCITT標準執(zhí)行。

LF指令器
LF指令器通過LF傳輸向S/TX發(fā)送命令。手持式LF指令器基于PIC16F628MCU構(gòu)建的，它與S/TX之間的通信是通過磁場完成的。它的編碼格式與RF信號相同，1字節(jié)消息表示要執(zhí)行的命令：
?1101101啟用RF發(fā)射器；
?0010010禁用RF發(fā)射器；
?0101010立即發(fā)射RF消息；
?0110110按60S間隔發(fā)射RF消息；
?1001100按15S間隔發(fā)射RF消息；
?1010011按5S間隔發(fā)射RF消息。

結(jié)語
本設(shè)計采用LF輸入命令，RF發(fā)達測量數(shù)據(jù)，這種方案極大地簡化了電路的設(shè)計。本文雖然是針對溫度、壓力測量的，但不難發(fā)現(xiàn)，只要將電路的傳感器部分稍加調(diào)整，就能測量其它的物理參數(shù)。■（東華）