直接式胎壓監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【摘要】汽車輪胎壓力監(jiān)控系統(tǒng)(TPMS),主要用于在汽車行駛時(shí)實(shí)時(shí)地對(duì)輪胎氣壓進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測，對(duì)輪胎漏氣和低氣壓進(jìn)行報(bào)警，本文設(shè)計(jì)了一種基于MPXY8020A傳感器、無線發(fā)射芯片MC33493的直接式胎壓監(jiān)控系統(tǒng)，給出了硬件電路，該系統(tǒng)符合NHTSA輪胎壓力監(jiān)測裝置標(biāo)準(zhǔn)，在交通安全方面有較好統(tǒng)計(jì)表明，美國每年有26萬起交通事故是由于輪胎故障造成的，而75%的輪胎故障是由于輪胎壓力不足或滲漏引起的[1]。在中國高速公路上發(fā)生的交通事故有70%是由于爆胎引起的，而在美國這一比例則高達(dá)80%。如何防止爆胎已成為車輛安全防范的一個(gè)重要課題。根據(jù)國家橡膠輪胎質(zhì)量監(jiān)測中心分析，保持在正常的輪胎內(nèi)壓力(簡稱胎壓)和胎內(nèi)溫度(簡稱胎溫)下行駛是防止車輛爆胎的關(guān)鍵。輪胎壓力監(jiān)控系統(tǒng)TPMS(TirePressureMonitoringSystem)可實(shí)時(shí)監(jiān)控胎內(nèi)的壓力和溫度信息，本文設(shè)計(jì)了一種直接式TPMS,由遠(yuǎn)程輪胎壓監(jiān)視模塊RTPM(RemoteTireressureMonitoring)和車載接收模塊組成，RTPM模塊直接安裝在無內(nèi)胎輪胎鋼轂上，測量輪胎壓力和溫度，并將測量得到的信號(hào)通過高頻無線電波(RF)發(fā)系統(tǒng)通常有4個(gè)或5個(gè)(包括備用胎)RTPM模塊。車載接收模塊接收RTPM模塊發(fā)射的信號(hào)，將各個(gè)輪胎的壓力和溫度數(shù)據(jù)顯示在屏幕上，在異常時(shí)報(bào)警提醒駕駛者采取必要的措施。RTPM模塊主要由壓力/溫度傳感器、微處理器和RF射頻發(fā)射電路組成。微將檢測到的壓力、溫度數(shù)據(jù)無線發(fā)射出去。2.2車載接收模塊工作原理車載接收模塊主要由RF接收電路、微處理器、計(jì)算機(jī)顯示報(bào)警裝置等組成。壓力/溫度傳感器是整個(gè)TPMS系統(tǒng)的關(guān)鍵元件，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集和發(fā)射是系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的決定因素，本系統(tǒng)采用的是MPXY8020A[2],該器件是Motorola公司為測量汽車胎壓和胎溫而設(shè)計(jì)的高度集成芯片能夠測量0～637.5Kpa的胎壓和-40℃~+125℃范圍內(nèi)的胎溫，主要包括硅集成式壓力檢測單元、溫度檢測單元、SPI串行數(shù)據(jù)接口、DAC數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、模擬值比較電路及待機(jī)喚醒電路等。MPXY8020A滿足輪胎模塊特殊工作環(huán)境對(duì)傳感器的要求。M68HC908RF2是M68HC908家族低功耗，高性能的8位MCU,它內(nèi)部集成68HC908FlashMCU和RF發(fā)送器MC33493。因?yàn)樗鼮榈凸奶貏e優(yōu)化，特別由于M68HC908RF2芯片中集成了發(fā)射芯片MC33493,MC33493是Motorola公司的一款數(shù)據(jù)傳輸用PLL諧的UHF發(fā)射器芯片，頻率為315～434MHz和868～928MHz,具有FSK和OOK調(diào)制。其電源電壓為1.9V～3.6V,符合ETSI的一般輸入輸出引腳，可以復(fù)用為外部鍵盤中斷，在此系統(tǒng)中它作為一般IO口，PTA4相連，這兩個(gè)引腳是其內(nèi)部D/A轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器的串行接口，其中DATA是數(shù)在RF2中沒有SPI總線，我們可以用軟件模擬。當(dāng)使用這兩個(gè)引腳時(shí)MCU是主設(shè)備，而MPXY8020是從設(shè)備，所以數(shù)據(jù)傳輸僅僅是從控制器到傳感器。引腳有4種不同的功能。在輸出模式，OUT與采樣的模擬比較器相連。當(dāng)D/A時(shí)間輸出一個(gè)低電平，這個(gè)電平可以喚醒處于停止模式或者等待模式中的MCU。另外在所有模式下，該引腳都有自動(dòng)防止故障功能，能夠發(fā)出類似復(fù)位引腳輸出RF2發(fā)射部分完全由其自身PTB口控制。BAND與PTBO相連用于選擇頻帶，MODE可以用來選擇調(diào)制方式，它與電源相連，故調(diào)制模式是FSK方式。FSK方式抗干擾能力很好，適用于輪胎中的惡劣環(huán)境。選擇不同的晶振和鎖相環(huán)分頻率就可唯一確定系統(tǒng)調(diào)制頻率。3.2車載接收模塊設(shè)計(jì)微處理器采用Motorola公司的MC68HC908LJ12[4],射頻接收器采用Motorola公司的MC33594。MC33594是專門為射頻發(fā)射芯片MC33493配套的射頻接收/數(shù)據(jù)解調(diào)芯片，其工作頻帶為314MHz和434MHz;數(shù)據(jù)速率為1~10.6kbaud(即1～10.6kb/s);RF靈敏度為-105dBm;中頻帶寬500kHz;MC33594最快喚醒時(shí)間為1ms。MC33594通過SPI總線接口與中央處理模塊通訊，當(dāng)接收模塊被匹配的射頻信號(hào)喚醒，MC33594接收前兩個(gè)字節(jié)的曼徹斯特編碼，解碼判斷該兩字節(jié)是接收余下字節(jié)，并將余下字節(jié)除冗余校驗(yàn)字節(jié)外的八字節(jié)傳送給中央處理模塊。MC33594與MC68HC908LJ12通訊是以SPI主方式進(jìn)行通訊，因此通訊的頻率由MC33594控制。C8和R7的值決定選通振蕩器的周期，取C8,R7值分別為68nF和470kΩ,保證選通振蕩器周期為3.8ms,C19為FSK調(diào)制低通濾波電容，其對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)速率的取值范圍如下表1所示：本文設(shè)計(jì)了一種低功耗的直接式TPMS方案，硬件上高度集成的射頻系統(tǒng)級(jí)芯片，可降低系統(tǒng)功耗，工作于待機(jī)模式的傳感器芯片增強(qiáng)了系統(tǒng)的模式化管理功能，為軟件的低功耗管理提