摘要：輪胎壓力檢測系統(tǒng)(TPMS)是目前汽車消費者最為關心的汽車安全技術之一。本文應用最新的集成TPMS芯片MPXY8300，設計出TPMS的整體方案，系統(tǒng)具有一定的實用價值和應用前景。
關鍵詞：輪胎壓力檢測系統(tǒng)；發(fā)射；接收
0 引言
在汽車行駛中，汽車輪胎的低氣壓、高氣壓、漏氣、溫度過高等都可能造成爆胎，從而引發(fā)嚴重的交通事故。TPMS(汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng))主要用于在汽車行駛時實時地對輪胎壓力進行自動檢測，對輪胎漏氣和高氣壓進行報警，以保證行車安全。
本文是基于MPXY8300設計的TPMS系統(tǒng)，由安裝在輪胎里的發(fā)射模塊與安裝在駕駛室內(nèi)的接收模塊組成。發(fā)射模塊實現(xiàn)輪胎壓力、溫度、加速度等的檢測；測量數(shù)據(jù)的初步處理；數(shù)據(jù)的RF無線傳輸?shù)裙δ?。接收模塊完成信號的接收、解調(diào)、處理、判斷、顯示和報警等功能。
1 系統(tǒng)組成
TPMS的發(fā)射模塊由MPXY8300、電源和發(fā)射天線組成。MPXY8300是飛思卡爾推出的最新集成度很高的胎壓檢測芯片，內(nèi)部集成了溫度、壓力、加速度和電壓傳感器、信號補償調(diào)理電路、8位微控制器、RF發(fā)射器等，集成度高，性價比高；電源用放電電壓平穩(wěn)、自放電極低、高溫和低溫特性都好的鋰亞電池供電；天線用體積小、成本低、功耗小的小環(huán)天線。
接收模塊由接收芯片MC3 3 596、微控制器MC68HC908KX8、顯示報警和電源電路組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。
2 發(fā)射模塊電路
2．1 發(fā)射電路
發(fā)射電路如圖2所示。NX3225為16．0132MHz的晶振，為MPXY8300提供時基。載波頻率為434MHz，數(shù)據(jù)傳輸速率9600b／s，數(shù)據(jù)采用曼徹斯特編碼，調(diào)制方式為頻移鍵控。輪胎數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)幀發(fā)送，數(shù)據(jù)幀格式為前導碼+設備ID+壓力數(shù)據(jù)+溫度數(shù)據(jù)+狀態(tài)+校驗碼+停止位。汽車在高速運動時輪胎內(nèi)的電磁、溫度、濕度、壓力等情況十分復雜，所以該模塊的設計要按軍用級產(chǎn)品的要求來選擇元器件，安裝在輪胎上的輪胎壓力、溫度實時檢測和數(shù)據(jù)處理及發(fā)送系統(tǒng)裝置的所有器件、材料都要滿足一40℃到+125℃的使用溫度范圍。MPXY8300系列采用了新一代電容式傳感器技術，使之功耗更低、集成能力更高。綜合比較傳感器的各種性能、考察供貨情況、資料獲得情況，選擇MPXY8300為設計TPMS的傳感器。[!--empirenews.page--]
2．2 發(fā)射模塊電源
由于輪胎發(fā)射模塊是安裝在輪胎內(nèi)部，無法利用汽車電源，所以只能采用電池供電。輪胎發(fā)射模塊的環(huán)境非常差，要耐高低溫、防潮、抗沖擊震動、抗離心力作用、抗電磁干擾、抗高氣壓，對電池的影響很大。這就對作為輪胎模塊的電源的電池提出了更高的要求，電池的使用壽命，關乎發(fā)射模塊的壽命、穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)發(fā)送的準確性等，甚至關乎系統(tǒng)的壽命。
目前工業(yè)用電池主要有三類：鋰亞電池、鋰錳電池及鋰氟電池。三種電池的特性比較如表1所示。從表中可以看出，鋰亞電池放電電壓平穩(wěn)，自放電極低，高溫和低溫特性都好，能量體積比最高，瞬間放電脈沖比小，價格適中，滿足TPMS設計需要。
2．3 發(fā)射天線
輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)射模塊安裝在輪胎的內(nèi)部，輪胎的胎面、輪轂、子午胎的鋼絲都會影響到天線的工作。系統(tǒng)還要求體積小、質(zhì)量輕、成本低、功耗小。小環(huán)形板載天線是一種結構簡單的天線，體積小、質(zhì)量輕、成本低、安裝牢固，因此，在汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)方案中，選用小環(huán)形板載天線來發(fā)射射頻信號。小環(huán)形板載天線的周長小于所發(fā)射信號波長的1／10，輻射場與環(huán)的面積、匝數(shù)和環(huán)上的電流成正比，與工作波長的平方和距離成反比，與環(huán)的形狀關系不大。小環(huán)板載天線電場和磁場的形式類似于無限小偶極子的電場和磁場，在垂直于天線平面的方向沒有分量，在天線平面上具有最大分量。在TPMS系統(tǒng)中，將接收天線安裝在小環(huán)板載天線平面上，可使系統(tǒng)獲得最佳的傳輸效果。[!--empirenews.page--]
3 接收模塊電路
3．1 接收電路
接收模塊的核心是UHF接收芯片MC33596，MC33596支持304MHz到915MHz的OOK和FSK解調(diào)；片內(nèi)支持數(shù)據(jù)曼徹斯特解碼，節(jié)省了外部微控制器解碼軟件系統(tǒng)占用；具有片內(nèi)定時喚醒、片腳喚醒并可設置特定幀喚醒外部MCU功能，節(jié)省系統(tǒng)功耗；同時支持兩套系統(tǒng)參數(shù)配置。接收電路如圖3所示。
3．2 接收電源電路
安裝在駕駛室內(nèi)的接收系統(tǒng)，所處的溫度、壓力等工作環(huán)境相對比較穩(wěn)定，其工作電源的提供可以有多種選擇?？紤]到系統(tǒng)的適用性，兼顧了車載供電和電池供電，系統(tǒng)的接收電路的工作電壓為5V，采用MC7805三端穩(wěn)壓芯片，一般三端集成穩(wěn)壓電路的最小輸入、輸出電壓差約為2V，否則不能輸出穩(wěn)定的電壓，一般應使電壓差保持在4～5V的輸入是7～25V，輸出為5V，滿足本系統(tǒng)需要。設計電路如圖4所示。
3．3 微控制器和顯示報警電路
飛思卡爾的MC68HC908KX8也稱為KX8，屬于低成本高性能的芯片，最大總線內(nèi)部頻率5V時8MHz、在3V時為4MHz，無需外部元件，軟件可以選擇總線頻率。
系統(tǒng)要求顯示電路通過數(shù)字顯示屏向駕駛員實時提供輪胎的狀態(tài)信息和報警信息，其核心器件選用液晶顯示模塊LCM046。LCM046模塊為四位八段帶小數(shù)點液晶顯示，可直接驅(qū)動LED，帶有蜂鳴片驅(qū)動電路，3～4線串行接口，可與任何單片機、接口IC接口，內(nèi)含WDT看門狗時鐘發(fā)生器，顯示比較清晰，對比度較高，穩(wěn)定可靠，性價比高。
本系統(tǒng)采用聲光報警方式來提示輪胎的非正常工作狀態(tài)，通過系統(tǒng)狀態(tài)LED、蜂鳴器、輪胎位置報警LED實現(xiàn)系統(tǒng)報警功能。
4 結論
輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)是駕駛者、乘車者的生命安全保障預警系統(tǒng)，在硬件設計上，采用集成化芯片，保證模塊體積小、重量輕，保證系統(tǒng)可靠性和減少模塊功耗。
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