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Zigbee无线网络在汽车轮胎压力监测中的应用

1  Zigbee技能概述 

  Zigbee技能是一种近间隔、低复杂度、低功耗、低数据速率、低本钱的双向无线通讯技能,首要适合于自动操控和长途操控范畴,可以嵌入各种设备中,一起支撑地舆定位功用。一般来说, 跟着通讯间隔的增大,设备的复杂度、功耗以及体系本钱都在添加。相对于现有的各种无线通讯技能,Zigbee技能将是最低功耗和本钱的技能。一起依据Zigbee技能的低数据速率和通讯规模较小的特色,也决议了Zigbee技能适合于承载数据流量较小的事务。Zigbee技能的首要长处有:省 电、牢靠、本钱低、时延短、网络容量大、安全。

  Zigbee是一组依据IEEE同意经过的802.15.4无线规范研制开发的,有关组网、安全和运用软件方面的技能规范。它不仅仅仅802.15.4的姓名。IEEE仅处理初级MAC层和物理层协议,Zigbee联盟对其网络层协议和API 进行了规范化。彻底协议用于一次可直接衔接到一个设备的根本节点的4K字节或许作为Hub或路由器的和谐器的32   K 字节。每个和谐器可衔接多达255个节点,而几个和谐器则可构成一个网络,对路由传输的数目则没有约束。Zigb ee 联盟还开发了安全层,以确保这种便携设备不会意外走漏其标识,而且这种运用网络的远间隔传输不会被其它节点取得。

  完好的Zigbee协议套件由高层运用规范、运用集聚层、网络层、数据链路层和物理层组成。网络层以上协议由Zi gbee 联盟拟定,IEEE802.15.4担任物理层和链路层规范。图1所示为Zigbee协议架构。

Zigbee无线网络在汽车轮胎压力监测中的应用

  2  Zigbee在轿车轮胎压力监测体系中的运用

  现在高速公路的车辆交通事端日益增多,很大部分是因为轮胎的气压过高或过低导致轮胎爆胎引起的。轮胎压力监测体系全天候对轮胎里的压力进行监测,对轮胎的漏气和低压、高压进行监测和报警,使车辆一直处于安全运转状况。尽量防止因轮胎气压所导致的交通事端。 

  Zigbee首要运用在间隔短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间,典型的传输数据类型有周期性数据、 间歇性数据和低反应时刻数据。依据想象,它的运用方针首要是:工业操控( 如自动操控设备、无线传感器网络),轿车无线监测( 如轮胎气压、温度等),医护( 如监督和传感) ,家庭智能操控( 如照明、水电气计量及报警),消费类电子设备的遥控装置、PC外设的无线衔接等范畴。

  2.1 体系组成及原理

  轮胎压力监测体系由轮胎压力传感器、操控器、射频发射器和接纳机组成。轮胎压力传感器由摩托罗拉公司开发的集成电容式压力传感器MPXY8020A作为胎压检测单元,具有低功耗和全集成的特色。选用Zigbee模块CC2430作为信号操控处理与发射接纳单元。  

  装在每一个车轮胎里的压力传感器将轮胎里的压力、温度信息经射频发射器将轮胎压力、温度等信息从轮胎内部传送给驾驭室里的接纳器模块,可以让驾驭员在轿车运转时了解到轮胎的作业情况,检测轮胎的气压、温度是否正常,并进行反常报警,确保安全。智能轮胎与轿车仪表盘上一个接受器及显现器合作,即构成一个轮胎压力器监测系 统( TP MS) 。  

  2.2  CC2430在轿车检测体系的运用

  发射接纳、数据处理元件以CC2430为中心的轮胎压力检测体系的原理结构如图2所示。

      Zigbee无线网络在汽车轮胎压力监测中的应用

 图2

 1 ) 传感器数据的处理。装在每一个车轮胎里( 4 个轮在车上,1个备用轮) 的压力传感器( Motorola器材号MP XY8020A)是电容型 ME MS压力传感器,专用于满意TP MS在温度和压力前言兼容方面的要求。它是一个单体压力和温度传感器,并具有电源办理和数字输出功用。

  2 ) 轮胎数据发射。为了确保在恶劣的环境下收发数据的牢靠性,以及依据本运用信息量小、数据简略的特色,选用信息冗余的方法来确保数据牢靠地接纳,即接连发送相同内容的信息。数据的发送处理,这儿选用CC2430模块。 

  3 ) 轮胎数据接纳。为了下降功率,节省电池的电能,在驾驭室数据处理器中装置有加速度传感器,一旦车辆发动,就激活各轮胎中的压力检测发射电路,车辆中止,轮胎中电路进入睡觉方式。 

  4 ) 轮胎压力显现、报警。依据轮胎类型、时节, 可在驾驭室操控器中设置轮胎压力、温度数据。操控器在车辆运转时接连接纳轮胎数据,并进行数据剖析、保存、显现。假如出现反常,报警提示驾驭员。存储在FLASH中的数据可供过后剖析事端运用。

  2.3  CC2430模块

  CC2430芯片以强壮的集成开发环境作为支撑,内部线路的交互式调试以遵照IDE的IAR工业规范为支撑,得到嵌入式组织很高的认可。它结合Chipcon公司全球先进的Zigbee协议栈、工具包和参阅规划,展现了抢先的Zigbee解决方案。其产品广泛运用于轿车、工控体系和无线感应网络等范畴, 一起也适用Zigbee之外2.4 G Hz 频率的其他设备。

  1 ) CC2430芯片的首要特色:高性能和低功耗的8051微操控器核:集成契合IEEE802.15.4规范的2.4GHz的RF无线电收发机;优秀的无线接纳灵敏度和强壮的抗干扰性;在休眠方式时仅0.9的流耗,外部的中止或RTC能唤醒体系;在待机方式时少于0.6的流耗,外部的中止能唤醒体系;硬件支撑cSMCA功用;较宽的电压规模(2.0~ 3.6V);数字化的RSSI /LQ1支撑和强壮的DMA功用;具有电池监测和温度感测功用;集成了14位模数转化的ADC;集成AES安全协处理器;带有2个强壮的支撑几组协议的USART,以及1个契合IEEE802.15.4规范的MAC计时器,1个惯例的16位计时器和2个8位计时器;强壮和灵敏的开发工具。CC2430的Zigbee根本组成框图如图3所示。

Zigbee无线网络在汽车轮胎压力监测中的应用

图3

2 ) 典型运用电路。CC2430的典型运用电路如图4所示,其间:图4(a) 为TP MS发送器,图4(b)为TP MS接纳器, 图4(c) 为 CC2430模块原理图。该电路首要用于低功耗耐压监控体系。

Zigbee无线网络在汽车轮胎压力监测中的应用

  3  TPMS体系软件规划

  TPMS的软件比较简略,轮胎监测模块首要对气压、温度及电源电压数据进行丈量、处理和传输。主机显现模块接纳到数据帧并经校验后显现气压、 温度和电压值,而且与报警阈值进行比较以判别是否需求报警。整个体系对低功耗规划要求十分高,所以应尽或许合理安排程序流程,优化软件算法。轮胎监测模块的主程序在履行完初始化功用后便依据当时气压值与报警阈值的差值设置守时时刻,然后进入低功耗方式。模块供电电压、轮胎气压和温度的监测与数据的传输都放置在守时程序,守时完毕当即进入低功耗方式。主机上电后,进行CC2430初始化,装备完层次CC2430后,模块进入等候数据作业状况。在接纳到一个数据帧并经CRC校验和轮胎ID判别无误后,送数码显现并点亮相应的指示灯以表明各模块作业正常。当轮胎监测模块供电电压、气压及温度接纳或低于报警阈值时,主机发动LED闪耀正告或蜂鸣器报警。轮胎中模块软件流程图如图5所示, 车内操控器软件流程如图6所示。

Zigbee无线网络在汽车轮胎压力监测中的应用

图5  轮胎中模块流程图

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图6  车内操控器流程图

  为了完成4个轮胎模块与中心接纳模块进行无线通讯的意图,发射机和接纳机都需求按要求支撑一个简略的通讯协议。轮胎模块以数据包( 帧) 的方式发送数据,当轮胎模块中的MCU决议要发送数据(由传感器收集到的温度、压力数据) 时,经过发送数据帧的前导位唤醒接纳模块,随后发送数据帧。 

  4   完毕语

  Zigbee技能弥补了低本钱、低功耗和低速率无线通讯商场的空缺,经过传感器无线网络衔接到轿车各种智能仪表、监控设备以及报警设备,到达监测轮胎压力、提早预警,防止因轮胎气压不契合规范所导致的交通事端的意图。该TPMS体系具有体积小、本钱低、双向全时的特色,将会得到广泛的运用。 


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