一,、前言

輪胎壓力檢測系統(tǒng)（Tire Pressure Monitoring System 縮寫為TPMS）是最近幾年發(fā)展起來的實時壓力溫度檢測系統(tǒng),，可以讓駕駛者時刻了解行駛中車輛輪胎的狀況。目前,，TPMS主要分為兩種類型,，一種是Wheel-Speed Based TPMS（簡稱：WSB TPMS,，或稱為間接式TPMS），這種系統(tǒng)是通過汽車ABS系統(tǒng)的輪速傳感器來比較輪胎之間的轉(zhuǎn)速差別,，以達(dá)到監(jiān)視胎壓的目的,，該類型系統(tǒng)的主要缺點是無法對兩個以上輪胎同時缺氣的狀況和速度超過100公里/小時的情況進(jìn)行判斷。中國上海生產(chǎn)的別克有此系統(tǒng),，這一系統(tǒng)可以測量出汽車4個輪胎的旋轉(zhuǎn)狀況,，并在有輪胎旋轉(zhuǎn)異常時警告駕駛員。另一種是Pressure-Sensor Based TPMS（簡稱：PSB TPMS,，或稱為直接式TPMS）,，這種系統(tǒng)是利用安裝在每一個輪胎里的壓力傳感器來直接測量輪胎的氣壓,，并對各輪胎氣壓進(jìn)行顯示及監(jiān)視，當(dāng)輪胎氣壓太低或有滲漏時,，系統(tǒng)會自動報警,。直接式TPMS從功能和性能上均優(yōu)于間接式TPMS。許多歐洲的汽車廠商將PSB TPMS配裝于自己的車型之中,，其中包括,，德國寶馬的Z8，法國雪鐵龍的C5,，英國阿斯頓·馬汀的超級跑車Vanquish,，林肯大陸，旁蒂克的旗艦Bonneville SE等等,，梅賽德斯—奔馳S級轎車也將TPMS作為選裝件,；另外，2002年夏天上市的克萊斯勒與道奇（Dodge）迷你箱型車以及Chrysler300M與Concorde Limited客車也裝設(shè)TPMS,。國內(nèi)多數(shù)汽車廠家目前還沒有進(jìn)行這方面的研究,，也沒有安裝直接式TPMS。中國加入WTO以后,，隨著國際化的要求,，相信國內(nèi)廠家會跟上這個步伐。

二,、國內(nèi)外產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)狀

在國外,，最早研究輪胎壓力檢測系統(tǒng)的公司是加拿大的Smartire公司。該公司于1987開始輪胎壓力檢測系統(tǒng)的研究和開發(fā),，目前已形成了摩托車,、小汽車、大型客車,、大型載重貨車等系列輪胎壓力檢測系統(tǒng),，最多可接收16個輪胎的壓力檢測。其產(chǎn)品全部采用直接式TPMS的原理生產(chǎn),，產(chǎn)品暢銷美國,、歐洲。日本的Bblanks公司2003年在中國和日本同時推出輪胎壓力檢測系統(tǒng)A.I.S,，國內(nèi)由深圳博安汽車用品有限公司總代理,，目前也正在大力推廣宣傳。其他還有美國的Measurement Sepecialties.Inc,，美國的Better Microsystems,，Inc等一些公司也在生產(chǎn)輪胎壓力檢測系統(tǒng)，但規(guī)模不大,。在國內(nèi),，目前該產(chǎn)品還未得到大規(guī)模推廣,，也未見到類似產(chǎn)品的研究報道。除幾家國外產(chǎn)品的代理外,基本沒有生產(chǎn)銷售TPMS系統(tǒng)的廠家,。

三,、工作原理

本方案采用直接式輪胎壓力測量系統(tǒng)。直接式輪胎壓力測量系統(tǒng)的一般構(gòu)成為：壓力,、溫度檢測和信號發(fā)射部分與壓力,、溫度信號接收及信號處理部分,。壓力傳感器固定在輪胎內(nèi)部,，它實時將檢測到的壓力和溫度信號通過無線方式發(fā)給接收裝置，接收裝置在收到射頻信號后,，首先識別輪胎的ID地址,，然后判斷壓力和溫度是否超限，再做相應(yīng)的顯示和聲光動作,。

四,、研制難點

1)發(fā)射部分的節(jié)能問題

發(fā)射部分裝到輪胎內(nèi)部，在檢測溫度,、壓力以及發(fā)射時都要消耗電能,，尤其是在發(fā)射時，瞬間電路可以達(dá)到12mA,，如果沒有節(jié)能措施,，300mAH的電池將很快消耗完。

2)高頻的接收和發(fā)射部分

目前國外對于消費類和汽車類產(chǎn)品,，無線產(chǎn)品普遍采用ISM頻段作為接收和發(fā)射頻段,，其中434MHz是常用的頻率。該類集成芯片有一定的市場支持,，但由于該頻段無統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),，不同廠家的產(chǎn)品性能存在較大差異，產(chǎn)品設(shè)計無參照可比性,，設(shè)計有一定難度,。另外，對于高頻電路來說,，元件布局,、選取，以及電路板布線,、電路板選材都有要求和不確定性,，硬件設(shè)計是一個難點。

3)接收器的功能和軟件設(shè)計

對于一個汽車胎壓檢測系統(tǒng)來講,，實現(xiàn)基本功能是先決條件,，但要實現(xiàn)個性化設(shè)計,，就要有與其他公司產(chǎn)品不同的或更為先進(jìn)的地方。借鑒國外產(chǎn)品的界面設(shè)計,，從國內(nèi)實際情況出發(fā),，我們對產(chǎn)品功能和用戶界面進(jìn)行了自主設(shè)計。

4)結(jié)構(gòu)設(shè)計

在參考國外設(shè)計的基礎(chǔ)上,，以摩托羅拉的AN1951文檔做為開發(fā)平臺,，我們確定了下列開發(fā)方案：發(fā)射部分以MPXY8000系列電容式壓力傳感器、MC68HC908RF2單片處理和發(fā)射芯片做為核心器件,。MPXY8000系列傳感器是摩托羅拉公司生產(chǎn)的壓力檢測芯片,，它內(nèi)置溫度和壓力傳感器，能同時檢測外界環(huán)境的壓力和溫度,，具有體積小,、重量輕、抗干擾性能好,、溫度范圍寬,、穩(wěn)定性好，功耗小等優(yōu)點,，其數(shù)據(jù)輸出形式為逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換（需要處理器參與轉(zhuǎn)換）,。它有壓力和溫度測量模式選擇管腳、數(shù)據(jù)通訊管腳,、輸出管腳,，其中輸出管腳能每隔3秒鐘輸出一個脈沖來喚醒單片機，同時該管腳也是逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換的比較輸出管腳,。

利用該傳感器,，配合軟件設(shè)計，我們實現(xiàn)了傳感器的檢測和發(fā)射功能,，使傳感器工作時耗能最小,。傳感器的信號發(fā)射和接收部分分別以RF2和MC33594作為主體芯片。RF2可工作于315MHz,、434MHz,、868MHz發(fā)射頻率，能在幅移鍵控（OOK）和頻移鍵控（FSK）兩種發(fā)射方式下工作,，其標(biāo)稱最大發(fā)射功率是3dBm,。我們選用的工作方式是434MHz、頻移鍵控（FSK）,，發(fā)射功率為-3dBm,。

在發(fā)射部分布板時的布板原則是：讓傳感器在可能的情況下，盡量遠(yuǎn)離晶振和發(fā)射電路部分，傳感器底面電路板覆銅,，讓發(fā)射部分對傳感器的干擾減小到最低,；晶振盡量靠近發(fā)射電路，底面電路板覆銅,；發(fā)射和信號處理電路電源正,，采用菊花鏈?zhǔn)讲季€方式連接，濾波電容盡量靠近芯片濾波管腳,；電路板底層大面積覆銅,，并與電源地線連接，元件布局按功能分區(qū),，不交叉擺放,；連線以信號通透順暢為準(zhǔn)，盡量不出現(xiàn)急轉(zhuǎn)急折的布線,。

MC33594是接收部分的主體芯片,，通過內(nèi)部寄存器設(shè)置,，它能接收315MHz,、434MHz的曼徹斯特編碼的射頻信號，將接收到的434MHz的射頻信號解碼后,，將還原的數(shù)據(jù)通過SPI口發(fā)送到單片機處理,，它的接收數(shù)據(jù)速率最大可達(dá)9600bps，接收靈敏度可達(dá)-105dBm,。MC33594的布板與RF2的布板類似,，但為了與其他電路隔離，互不干擾,，MC33594與它的外圍元件應(yīng)靠近電路板邊緣,，并與其他電路有明顯的空間隔離，另外,，引入該區(qū)域的電源線和地線只有一對,，防止電源線正或負(fù)自身形成回路，接收外部干擾信號,。

對于外部元器件的選取也很重要,，電路中的接收和發(fā)射的基準(zhǔn)晶振采用高穩(wěn)定、溫度系數(shù)小,、溫區(qū)寬的汽車認(rèn)證產(chǎn)品,，電容均采用高頻電容，電感也采用高Q值的電感,。接收器設(shè)計,，在國外產(chǎn)品的功能設(shè)置的基礎(chǔ)上，我們設(shè)計了具有自己特色的用戶界面和功能,，使報警含義明確,、直觀,，功能設(shè)置操作簡便。根據(jù)產(chǎn)品功能,，比較不同的單片機芯片,，我們選用MC68HC908LJ12做為接收處理芯片，它具有下列特性：12K的可編程FLASH,；512字節(jié)的片內(nèi)RAM,；兩個16位計數(shù)器，有捕捉輸入和比較輸出功能,；一個SCI和SPI接口,；32個通用口；8位鍵盤中斷端口,；常駐FLASH在線編程程序,；低功耗設(shè)計。

MC68HC908LJ12的優(yōu)勢在于：有硬件SPI接口,，方便與接收芯片MC33594通訊,；需要很少的外圍器件擴充，電路簡單,，能將低成本,；內(nèi)部有可由程序?qū)懭牒筒脸拈W存，便于儲存設(shè)定的數(shù)據(jù),；端口多,、有液晶接口便于以后擴充功能；性價比高,，市場占有率高,，方便采購。

五,、結(jié)論

通過兩套輪胎壓力檢測系統(tǒng)產(chǎn)品的車上試用,，效果良好。本文源自澤天傳感,，版權(quán)所有,，轉(zhuǎn)載請保留出處。