汽车轮胎压力检测分析

1、计算机控制系统设计性实验报告学生姓名： 曾强学 号： 2013307010630学 院：自动化工程学院班 级：自动136目录1. 选题背景12. 方案论证（设计理念） 22.1间接式汽车轮胎压力控制系统 222直接式汽车轮胎压力控制系统 22.2.1 主动式 TPMS 42.2.2 被动式 TPMS 42.3复合式TPMS 43. 过程论述53.1 TPMS工作原理53.2 TPMS的总体结构 53.3 TPMS硬件设计63.3.1传感器63.3.2微控制处理器与无线发射芯片 ATAR862-3 63.3.3轮胎模块电源73.3.4无线射频接收芯片 73.3.5无线接收处理系统电路设计 73.

2、3.6接收模块电源83.3.7显示报警单元83.4 TPMS软件设计 103.4.1轮胎发射系统的软件设计 103.4.2轮胎各项数据的读取程序设计 113.4.3通信协议133.4.4轮胎模块发射程序流程 133.5轮胎模块接收程序流程 133.5.1无线信号接收程序设计 133.5.2接收数据处理程序设计 143-10数据处理流程图 143.5.3显示报警程序设计 144. TPMS系统的抗干扰设计 154.1系统的干扰现象分析154.2硬件抗干扰设计164.3系统软件的抗干扰设计 165. 结果分析176. 结论177. 设计心得体会18II1.选题背景显示模块信号接收模块信号处理模块F

3、 报警模块汽车轮胎是汽车的重要组成窗E件之系统组成与汽车行驶的安全性！经济性有重要的关 系而轮胎的压力和温度又是轮胎运行中的重要参数 ，随时保持在正确的胎压下行驶，对驾驶者的人身安全及提高轮胎的使用寿命是非常重要的I，07040 g Ml 1 m 140J只压 *图I 一 1轮胎气压与使用寿命关系图轮胎的可用行驶里程与轮胎气压有密切的关系 ，如图1 一 1所示，统计表明当轮胎气压偏离标 准值25%时，轮胎使用寿命将缩短巧 %一 20%。当汽车重载时,这一情况更为严重。轮胎的充 气度将直接影响汽车的经济性 ！操纵性!稳定性和舒适性。轮胎的充气度将直接影响汽车的经济性！操纵性!稳定性和舒适性。轮胎

4、充气不足将加大轮胎变形，加速轮胎磨损，增大车轮滚动摩擦阻力，从而耗油增加。汽车在 高速状态下行驶时，胎压低于下限值，轮胎将因急剧升温而导致脱层，为爆胎埋下隐患。轮胎压 力过高则将减小轮胎与地面的的接触面，轮胎局部压力增大，磨损加剧，减小附着力，汽车操纵性下降，高速行驶时遇障碍物易发生爆胎。据统计，在中国高速公路上有 70%车祸是由于爆胎引起的，在美国这一系数高达 80%。故一个可以实时 唯确地显示轮胎压力、温度等信息的汽 车轮胎压力监测系统（TPMs）显得十分必要。2000年n月1号美国总统克林顿批准签署了国会关于修改联邦运输法的提案，要求2003年12月31号后所有的新车都需把“轮胎压力检测

5、装置”作为标准配置。随着美国安全法案的 推出必将导致胎压检测发展的新一轮浪潮。其实汽车轮胎压力监测系统已有多年历史，期间还出现了可以根据路况自动调 节轮胎压力的控制装置，但由于技术与成本问题没有得到推广。目前，丁 PMS所应 用的测量压力方法主要有直接测量压力法与间接测量压力法。间接测量压力法是基于ABS系统的，基本原理是利用ABS检测的轮子转速信号，通过计算各车轮转 速差达到检测车轮直径变化的目的，间接判断压力异常与否。间接法的缺点是误 差大，并且只有当轮子转速达到一定差值之后才能实现功能。本文要介绍的是直 接测量压力法，此方法直接得到压力等数据随着集成电路的发展和微处理器的 广泛应用，此方

6、法成本也将不断降低。但由于系统下位机是安装在轮毅上的，它只能由电池供电，故要求小体积与低功耗的特性，这也是本课题研究重点之一。目前,很多高档轿车安装有直接式胎压检测系统，例如AudiASQuattor及奔驰的S 级轿车。在国内TPMS也是大势所趋，所以可以说这个项目是具有很高的工业应用价值和很广阔的市场前景。2.方案论证（设计理念）监测汽车轮胎压力的方法很多。大致可分为间接式监测和直接式监测两种。2.1间接式汽车轮胎压力控制系统间接式汽车轮胎压力控制系统是与车辆的防抱死系统（ABS） 起使用的。ABS采用车轮转速传感器测量每个车轮的转速。间接式TPMS是通过汽车ABS系统的轮速传感器来比较车轮

7、之间的转速差别，以达到监视胎压的目的。当汽车行驶时，轮胎气压监视系统接收4个车轮转速传感器的车轮转速信号，进行综合 分析。当某一个轮胎的气压太高或不足时， 轮胎的直径就会变大或变小，车轮的 转速也相应产生变化。监视系统将车轮转速的变化情况同预先储存的标准值比 较，就可得出轮胎气压太高或不足，从而报警。该类型系统的主要缺点是无法对 两个以上的轮胎同时缺气的状况和速度超过100公里/小时的情况进行判断。同时，由间接式TPMS判断轮胎缺气的原当一个轮胎的气压减小时，滚动半径就 减小，而车轮的旋转速度就相应地加快。这个比率可用下列等式来表达，见公式 2-1。”：FL * RR . FR RL2_1 F

8、R 国 RL ；FL iRR如果这个比率偏离设定的公差，一个或更多轮胎就会过于膨胀或处于充气不 足状态。然后，指示灯会提示司机，有一个轮胎处于低压状态。但是，间接TPMS 有一定的局限性。第一是指示灯无法指出是哪个轮胎处于低压状态。第二，当同一车轴或同一侧的两个轮胎都处于低压状态时，它无法检测出究竟是哪个轮胎充 气不足。第三，如果所有四个轮胎都处于低压状态，该系统不会发现这一故障。 另外，气压不足时轮胎直径的减少和气压的降低非常微小。对于薄胎来说，69kPa的压降只会使直径减小1mm。这种压降不符合美国的最终判定规则（ FinalRuling）所规定的25%原则，采用间接方法进行检测在很大程度

9、上依赖于轮胎和 负载因子。2.2直接式汽车轮胎压力控制系统直接TPMS采用固定在每个车轮中的压力传感器直接测量每个轮胎的气压。 然后，这些传感器会通过发送器将胎压数据发送到中央接收器进行分析，分析结果将被传送至安装在车内的显示器上。显示器的类型和当今大多数车辆上装配的简单的胎压指示器不同，它可以显示每个轮胎的实际气压， 甚至还包括备用轮胎 的气压。因此，直接TPM舸以连接至显示器，告诉司机哪个轮胎充气不足。由 于直接TPM舸直接测量每个轮胎的气压，因此当任何一个或几个轮胎处于低压 状态时，它们都会检测出这种状态，当车辆的所有四个轮胎都处于低压状态时也 可以检测到。直接TPMS也可检测到较小的压

10、降。有些系统甚至可以检测到7 kPa 的压降。直接式 TPMS技术又分为主动式 (Active)和被动式(Passive)两种。主要区别是主动式TPMS中的轮胎模块需要电池提供能量，而被动式无须电池。图1直接式TPMS传感器和信号传输装置图2安装在汽车轮毂部分的轮胎压力检测模块图3安装在驾驶员前方的中央监测模块221主动式TPMS主动式TPMS是利用安装在每一个轮胎里的以锂离子电池为电源的压力传感器 来直接测量轮胎的气压，并通过无线调制发射到安装在驾驶台的监视器上。监视器随时显示各轮胎气压，驾驶者可以直观地了解各个轮胎的气压状况，当轮胎气 压太低或有渗漏时，系统就会自动报警。系统主要由传感器，

11、发射器、接收器和 显示器组成。主动式技术的优点是：它是一种成熟的技术，开发出来的模块可适用于各厂牌的 轮胎，但主动式TPMS传感器/发射器需要电池提供动力，因此不可避免的带来 一些弊端，如电池的寿命有限；当气温严重降低时，电池的容量就会受到影响而 减少，这使得它的可靠性不够稳定。此外，电池的化学物质也会导致环境问题， 同时由于电池的存在很难降低发射器的重量。222被动式TPMS被动式TPMS，也叫无电池TPMS。用一个中央收发器(Central Transceive)代替了一般直接式TPMS中的中央接收器。这个收发器不但要接收信号而且要 发射信号，安装在轮胎中的转发(Transponde)(代

12、替了发射器)接收来自中央收发 器的信号，同时使用这个信号的能量来发射一个反馈信号到中央收发器上。这就使得安装在轮胎内部的气压监测器发送数据不需要电池，从而解决了上述因电池所带来的问题。虽然此技术不用电池供电，但是它需要将转发器(Tran spo nde)整合至轮胎中，这牵涉到各轮胎制造商需建立共同的标准才有可能。因此，无电池TPMS短期内还难以流行。综上看来，由于直接式 TPMS有着测量精度高，稳定性好，体积较小，功 耗较低等特点，因此本文主要论述直接式 TPMS的设计。设计使用更加灵活， 系统更加安全，可靠的汽车压力监测系统。2.3复合式TPMS为了满足多轮胎压力检测要求，推出了复合式TPM

13、S。 它通过在两个对角轮胎内装备压力传感器及一个四轮间接式测压装置来实现多轮胎压力检测。与前两种TPMS相比， 复合式TPMS可以降低成本， 同时可以弥补间接式监测系统不能检测出多个轮胎同时出现气 压过低的缺点。它的缺点是不能直接提供所有轮胎内的实际压力和温度数据，因此 应用范围较有限。通过对间接式、直接式、复合式TPMS的比较， 直接式监测系统具有明显的优势，将 成为未来轮胎压力监测系统的主导。3.过程论述3.1 TPMS工作原理在轮胎的胎骰上安装一个内置气压感应装置 ,它将气压和温度信号转换为 电信号,通过无线发射装置将信号发射出来。传感器发射出来的气压信息由接收 机接收处理后，再安装在驾

14、驶台上的显示器中显示出来，在行驶过程中实时地进 行监视。驾驶员从监视器上就可以清楚地知道每个轮胎的气压值，当轮胎的气压低于设定的气压下限时，监视器将自动报警。驾驶员可以根据显示数据及时地对 轮胎进行加气或放气，发现渗漏可以及时处理。3.2 TPMS的总体结构TPMS系统由轮胎发射模块和中央接收模块组成。以四个轮胎的轿车为例， 系统由1个中央模块和4个轮胎模块组成。4个轮胎模块分别安装在汽车的四个轮胎中，对轮胎的压力参数进行实时的测量， 并将测量的数据通过射频（RF）通信 接口发送到中央模块进行处理。中央模块接收来自轮胎模块的数据， 对数据进行 分析处理，并进一步进行判断轮胎参数是否正常， 如果

15、发现异常，则及时进行报警。其原理框图见图3-1图3-1 TPMS系统原理框图图3 一 2直接式TPMS结构示意图3.3 TPMS硬件设计轮胎发射模块在汽车行驶时实时检测轮胎内部气压和电池电压，并通过无线方式将信息发送到主机显示模块，所以检测模块主要包含传感器、微控制器、信 号发射器以及供电电池。整个模块被放置在轮胎里面，在汽车高速行驶时轮胎内 部产生高温情况下要能正常运行，并且能保证有效工作510年，所以模块的小型化、宽工作温度范围以及低功耗设计是十分重要。发射模块包括：具有压力、加速度、电压检测的智能传感器：48位单片机（MCU）； RF射频发射芯片；锂亚电池；天线。外壳选用高强度塑料。所有

16、器件、材料都要满足-40C+125C的使用范围。3.3.1传感器传感器选用SP12传感器。SP12传感器是德国Infin eon tech nologies AG （英 飞凌公司）面向汽车轮胎压力监视系统（TPMS）应用而推出的，是直接式TPMS 的关键元件，该器件是个 SoC模块，整合了硅显微机械加工的压力与加速度传 感器，温度传感器和一个电池电压检测器， 提供四合一传感功能，并配有一个能 完成测量，信号补偿与调整及 SPI串行通信接口的CMOS大规模集成电路。3.3.2微控制处理器与无线发射芯片 ATAR862-3由于TPMS发射模块工作在剧烈震动，环境温差变化很大和不便于随时检 修的条件

17、下，因此要求所有的器件要有很好的可靠性和稳定性，适应工作在-40C到+125C温度范围。为了缩小 TPMS发射模块的体积，节省功耗和增强功能， 采用处理器和无线发射天线一体芯片 ATAR862-3。其内部框图如图3-2所示。ATAR862-3T5754发射芯片图3-2 ATAR862-3内部框图ATAR862-3是24引脚封装，有UHF ASK/FSK发送器的微控制器，在单封装内集成了三个芯片，4位微控制器，UHF ASK/FSK发送器和512位EEPROM，有用作应用程序的闪存控制器，发射功率要求PA在9.5mA时能输出7-10dbm。工作电压2.0-4.0V，频率范围310-330MHz,

18、数据速率高达32K波特，工作温度-40 摄氏度到125摄氏度，SSO24封装，只有七个外接元件，可用在汽车接入和轮胎 压力监视以及工业和消费类电子产品。ATAR862-3的UHF RF发送器其内部嵌入的是 T5754 UHF ASK/FSK发送 器，T5754由PLL，压控振荡器（VCO）,功率放大器（PA）等组成，外部晶振源 经XTO（串口谐振器）供给VCO, PLL向MCU提供时钟，MCU将以编码的数据 流经PA调制在UHF指定频率，交由天线发射，天线采用印制在 PCB板上的环 形天线。3.3.3轮胎模块电源轮胎模块的电源关系到轮胎模块的寿命，甚至整个系统的可行性和稳定性， 轮胎模块的电源

19、选择是整个系统的重要组成部分。轮胎模块工作环境非常恶劣， 不仅要耐高低温（-40C125C），而且还要能抗击振动、离心作用和高气压，因 此要求非常高，所以电池也应该采用准军工级（汽车电子）的品类才能达到可靠和 安全的目的。目前，工业级的电池中主要是锂亚电池（锂/亚硫酰氯，Li/SOCL2）, 锂锰电池（锂/二氧化锰，Li/MnO2）及锂氟化碳（锂/氟化碳，Li/CF ） 03.3.4无线射频接收芯片摩托罗拉的MC33594器件是集成UHF超外差无线电接收模块。该芯片采用 LQFP24封装,工作频率在300450MHz频段,电压在4.55.5V范围内；接收灵 敏度高达-103dBm。芯片最大的特

20、点是带有一串行外设接口SPI（Serial PeripheralIn terface）。通过SPI,它允许CPU与各种外围接口器件以串行方式进行通信,交 换信息。SPI接口使用四条线：串行时钟线（SCK）,主机输入/从机输出数据线 MISO，主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线 RESETo3.3.5无线接收处理系统电路设计接收系统由无线接收芯片 MC33594和中央处理器89C2051芯片及外围电路 组成的，其框图如图3-3所示。图3-3无线接收系统电路原理图336接收模块电源接收器模块采用的是汽车电源，由于绝大部分轿车的电源电压为12伏，并且电压波动范围大，干扰大，而接

21、收器模块需要的电压为5V，必须进行电平转换。线性三端稳压器件具有使用方便、调整率高、纹波抑制大等优点。设计中采 用固定电压线性稳压电源器件，进行电压转换。设计中采用LM7805C三端5V正稳压器，输入电压范围为 7.5V-35V之间，输出电流可以达到IA,满足接收器 模块的容量需求，应用电路如图 3-4所示。图3-4接收模块电路其中电容Cl用于输入电压的滤波，电容C2用于提高输出电压的暂态相应，C1, C2 的值参考器件厂家的典型应用设计。二极管DI起保护作用，当输入电压突然降低时，输出电容对输出端放电，从而会引起三端集成稳压器的损坏，D1在此时就起到保护稳压器的作用。3.3.7显示报警单元在

22、轮胎压力监测系统中，接收器模块能向驾驶员提供必要的信息：轮胎压力， 轮胎温度，轮胎模块状态等；在报警时，能同时进行声光报警，迅速提醒驾驶员 注意。因此系统应包括报警和信息显示两部分。报警部分分为语音报警和指示灯报警两部分，原理如图3-5所示，指示灯报警与信息显示相关联。11图3-5报警系统框图2倍时,根据香农定理，采样频率只有大于信号有限带宽信号的最高频率的才能由采样信号唯一地决定出原始信号。人耳能听到的声音的最高频率大概在 16-3000HZ之间，所以，将语音的采样频率定为10KHZ,以保证语言传送的清晰 度。由语音处理技术可知，语音信号是由多种因素决定的，其中最重要的参数是“过零率”。因此

23、我们采用1位A心转换器，以10KHZ的频率工作，即可实现语 音信号的报警。微控制器语音报警电路由 1位D/A转换器外加一个滤波放大和 扬声器组成，如图3-6所示，触发器74LS74的D端与Q端相连，微控制器向触 发器74LS74输送语音脉冲信号。每当 D触发器74LS74的CP端接受到一个脉 冲信号，就将是其输出端 Q改变一次状态，从而完成1位D/A转换。信号通过 放大滤波电路的输入端相接，放大滤波电路的输出驱动 8Q扬声器。图3-6声音报警电路液晶显示模块采用的是20*2字符型液晶显示器，可以显示轮胎的压力、温 度数值，同时也具有报警信息的显示功能。 显示电路采用的方法通常有静态显示 和动态

24、显示两种显示方式，静态显示的缺点是硬件电路过于复杂， 动态显示的缺 点是占有的微控制器的时间较多，在设计中，采用与微控制器基于SPI接口进行通讯的集成数码显示驱动电路，有效的减少硬件电路，有利于提高可靠性和较 低成本，在把显示数据串行通讯到微控制器之后，不再需要CPU的参与，减少微控制器的使用率。在系统的设计中，用89C2051单片机进行显示的控制，该单片机与中央处理器通过 SCI串行口通信，这样减轻了中央处理器的负担，使控 制逻辑更加简单。LED指示灯的设计相对容易些，由 4个I/O 口直接控制4个 LED灯。电路如图3-7所示。图3-7接收器显示电路3.4 TPMS软件设计系统的软件设计主

25、要包括轮胎发射模块的软件设计和接收器模块的软件设 计两部分。轮胎发射模块软件设计包括压力温度数据读取程序设计和无线信号发 射软件设计。接收模块的软件设计包括无线信号接收处理软件设计和显示报警的 程序设计。其功能框图如图3-8所示。图3-8系统功能框图3.4.1轮胎发射系统的软件设计软件设计是轮胎压力检测系统研究工作的重要组成部分。本系统的轮胎温度 和压力数据的采集，人机交互，无线信号的收发，数据分析和报警，都需要通过 软件来实现的。因此开发性能优良、工作稳定的应用软件是整个系统能够正常和 可靠运行的基本前提。本系统将采用软件工程的方法来进行相关控制软件的设 计，并使这些软件具有高度的可扩展性和

26、可维护性，满足系统最终的设计要求。根据系统的设计思想，该程序要完成压力和温度信号的采样， 数据处理，数 据编码和发送这几部分的功能。因为轮胎模块只有一块电池供电，所以系统需要 具有高效率的计算能力，因此设计时必须综合考虑一下问题：(1 )测量部分参数使用的能量要少于获得完整的加速度，压力，温度和电压所需 要的能量；(2 )选择适当的气压，温度测量频率和数据发送的频率；(3 )为确保在任何恶劣的环境下都能使数据到达接收器，轮胎模块应能多次发送 报警信号。3.4.2轮胎各项数据的读取程序设计为了节约能量，将车辆的行驶状况分为停放，启动，高速行驶三种状态，由 测得的轮胎加速度决定车辆处于哪种状态中。

27、 不同的状态轮胎需测量的数据和发 送的频率不同。轮胎模块测量部分流程图如图。停止状态轮胎模块上电复位，测量轮胎加速度，如果加速度为Og,则不测量其他数据，也不发射数据。ATAR862设置SP12为待机模式，而自身为休眠模式。6秒 钟后SP12的唤醒信号唤醒 ATAR862进入工作模式，再重新测量实时的加速 度。启动状态一旦测量的加速度不等于Og且大于存储在 ROM里的设定加速度阈值A，则车辆进入启动状态。在该状态中，轮胎模块测量压力数据和温度 数据并发送。每6秒发送一次，只发送一帧。高速行使状态加速度如果小于设定的加速度阈值，车辆便进入高速行驶状态。轮胎模块除 了测量压力和温度数据外，还需测量

28、传感器的电压值。传输数据的时间间隔也相 应缩短，每800ms测量一次并发送。N(J3-9数据读取流程图343通信协议为了实现4个轮胎模块与中央接收模块进行无线通信的目的，发射机和接收机都需要按要求支持一个简单的通信协议。数据以9600bps的速率传送，采用FSK调制时，其发射方必须采用曼彻斯特编码方式，只有这样的码型接收机才能 够接收。曼彻斯特编码就是一个数字信号值在每一个比特位周期内作高、低电平之间切换。前半周期低电平后半周期高电平表示数字 0,而先高后低表示数字1 o 轮胎模块以数据包（帧）的形式发送数据，当轮胎模块中的 MCU决定要发送数据 （由传感器采集到的温度、压力数据）时，通过发送

29、数据帧的前导位唤醒接收模块, 随后后发送数据帧，其数据帧格式如下：前导位设备ID斥力值温度值校验位停止位1632888823.4.4轮胎模块发射程序流程因为轮胎模块要适应长期工作，因此轮胎模块传输程序的算法选择不但要保 证数据的可靠传输，同时还要保证最低的电能消耗。发射程序流程如图所示。如果车辆的状态为启动状态，则只发送一次数据帧。 如果车辆进入高速行使状态，则表示任何轮胎的状况都会产生严重的后果，应保持警戒状态。所以，此时为了增加接收机接收数据的可靠性，连续发送255帧。3.5轮胎模块接收程序流程3.5.1无线信号接收程序设计接通电源后，接收机先后自行初始化和配置。 一旦确认接收机配置完成，

30、所 有的LED就闪烁一次告知使用者模块准备就绪。在收到一个数据帧后，就要重 新计算校验并与已经接收到的数据帧进行比较。数据帧经过确认后，某个轮胎和 ID则要与存储在 8051存储器中的4个ID值比较。如果发现一个相配的 ID，则数据就被处理并点亮相应的 LED。最后，数据帧通过串行口发送出去以 供外部数据接收和存储。由于每个轮胎模块要发送相同格式的数据， 接收机控制器能在收到全部数据帧后中断，这样它可以在大部分时间都处于低能耗睡眠状态。 它还有许多节能选 项，即使汽车停很长时间，也不会消耗完一块电池。3.5.2接收数据处理程序设计数据处理在接收到数据之后进行，首先保存接收的数据 ：历史采样压

31、力、温度值依次移动，保存当前温度值与压力值在采样压力值1与采样温度值1单元:轮胎状态值保存在轮胎发射模式字节中，首先转变为千帕的量纲，然后变 成BCD码保存在“压力转换值”，因为温度数据具有强的非线性，所以，对于温 度信号先进行线性化转换为度的量纲，然后转换为BCD码进行保存：最后把轮胎 无数据计数两个清零，完成数据处理。程序框图如图所示。3-10数据处理流程图3.5.3显示报警程序设计显示报警模块在中断部分调用，并且在多次计数，当显示内容变换时进行调用。 在无报警状态，循环显示压力、温度值，并通过指示灯对所显内容的属性 进行指示。在有报警状态时，显示报警是首要的，循环显示报警的内容，首先要

32、对数据进行判断看是否有报警，报警分为压力报警和温度报警，另外无信号指示 在正常数据循环显示时进行指示。根据转换的数据，判断压力是否有高报警和低报替，判断温度是否有高报警， 分别设置报警状态对应的位。判断无信号时间是否长于设定时间， 如果是，设置 报警状态对应的位，并且无信号时间字节减 I。然后4个轮胎的报警状态汇总到 实际报警状态一个字节，经与报警屏蔽码进行与操作以后，保存在报警屏蔽码再 用实际报警状态与报警屏蔽码进行异或操作，保存在显示报警状态中。当显示报警状态中出现报警时，循环扫描判断这一个字节，进行对应报警， 并用报警计数记忆报警的内容，在下次扫描时，从当前内容之后进行，根据报警 的内容

33、设置显示内容的3个字节。无报警时，进入正常循环显示的内容。无报警 正常循环显示时，根据正常显示循环计数的值判断应该显示值的属性，然后判断对应轮胎是否长时间无数据，由此得出应该显示的内容，设置显示内容，并且调 整正常显示循环计数的值指示下次显示的内容。4. TPMS系统的抗干扰设计由于汽车轮胎内部的环境非常复杂，系统的环境干扰对整个系统的影响是比 较大的。因此在轮胎检测系统的设计中，特别是涉及到高频无线信号，必须考虑 与设计系统的抗干扰能力。抗干扰设计主要包括硬件抗干扰设计和软件抗干扰设 计。4.1系统的干扰现象分析干扰一般都是以脉冲的形式进入微控制器，干扰窜入系统的渠道主要有三 条：空间干扰，

34、通过电磁波的辐射窜入系统；I/O通道干扰，由于用电设备的频 繁启动电火花的干扰，用电设备对电源的污染都可以从系统的电源窜入。微控制器应用系统出错的主要现象及原因：（1）死机。主要原因是微控制器内部程序指针错乱，指向了其他位置，程 序进入死循环；还可能是 RAM数据被冲乱，使系统进入死循环。（2）显示数据混乱或闪烁。主要原因是微控制器内部程序指针混乱，连 续不断进行错误显示数据输出，在显示电路部分的寄存器或者输入数据的干扰， 造成显示单元不断的闪烁。（3）测量数据不准确。主要原因是系统的上述干扰现象，主要从硬件，软 件两方面着手考虑。硬件技术适合于消除频率较高信号干扰， 软件技术则适宜消 除频率

35、较低信号中的干扰。4.2硬件抗干扰设计子机的工作频率很高，因此采样发射部分的抗干扰及电磁兼容性设计就显 得尤为重要。针对此问题采取了如下措施：（1） 原件的布置。子机前置部分与高频发射部分间隔一定距离，避免高频 信号对数字电路的干扰。整个电路布件，走线紧凑；高频电路中分布参数小。（2）电源去耦。极化的去耦电容，额定电容是 O.luF。去耦电容的最典型 的使用值是O.OluF到O.luF。一般使用O.luF电容，因为它有多余的容抗以防 止电扰动，并由于它的低等效串接电阻而能够对电流涨落快速响应。（3）数字地与模拟地。前置放大级的模拟地，发射电路的模拟地和单片机 系统的数字地分开，单独走线，最后在

36、一点交合，在电气安装上遵循“一点接地” 的原则。（4） 走线的布置。数字信号输入端与模拟信号输入端尽量远离，否则数字信号将通过布线间的寄生电容耦合到模拟输入端；在有感应的线路中间要置一根隔地线，且尽量缩短信号线长度。走线平滑自然，避免长距离平行走线以抑制印 刷线条之间的串音干扰；尽可能用铜箔做成大面积接地；在印刷板的各关键位置 配置去耦电容。（5）精心选择元器件。元器件是构成系统的基础。应该选择那些继承化程 度高，抗干扰能力强，功耗又小的元器件。我们基本上都采用贴片元件。它们有 体积小，高频性能好，电器性能好，温度系数小等优点。4.3系统软件的抗干扰设计系统在使用时，大量的干扰源一般不会造成硬

37、件系统的损坏，但常常46使系统不能正常运行，传入系统的干扰，频带很宽，而硬件系统采用的抗干扰措 施，只能抑制高频率段的干扰，仍有一些干扰会侵入系统，因此，除了采用硬件 抗干扰方法外，还必须采用软件抗干扰措施。在该系统中，干扰会造成的后果：程序运行失常，数据的采集或通讯时发生数据的改变， 以至于造成误报警。干扰 引起的程序运行失常，以至于系统的失效，是一种比较严重的干扰后果，一般会 造成程序乱飞或者陷入死循环，对这种干抚后果的软件对策主要是发现失常时， 能够及时引导程序恢复原始状态，传统上常用的方法有：（1）指令冗余技术程序计数器PC值因干扰出现错误，会使程序出现乱飞，出现操作数数值 改变以及操

38、作数或者操作码的错误。为了避免这种结果，应该多使用单字节指令， 在关键部分插入NOP空指令，或者有效单字节指令重写，指令。（2）软件陷阱技术对于跑飞的程序指向非程序区，则指令冗余方法无能为力了，这就需要软件 陷阱技术，也就是用引导指令强行将捕捉到的乱飞程序引向复位入口指令， 使程 序纳入正轨。（3）看门狗技术看门狗（Watchdog技术是针对程序陷入死循环的状态，看门狗技术就是不 断监视程序循环运行的时间，若发现时间超过已知的循环设定时间， 则认为进入 了“死循环”，强制复位。使系统纳入正轨。5. 结果分析采用上述选用的器件用仿真软件进行电路连接，整套设备的基本功能可以实 现。传感器采集压力信号，单片机将传感器信号进行处理和调制后， 经无线发射 电路把信号送给接收器接收，中央处理器对接收到的信号进行处理， 以便显示和 报警。综上所述，本系