基于SP37和MAXl473的胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：介紹了胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(TPMS)的基本構(gòu)成和特性，討論了基于SP37和MAX1473的胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，給出了詳細(xì)的系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有高集成度、低功耗、低成本等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：TPMS：SP37；MAXl473；低功耗

前言

輪胎氣壓監(jiān)視系統(tǒng)屬于“事前主動(dòng)”型安保，即在輪胎出現(xiàn)危險(xiǎn)征兆時(shí)，如輪胎快漏氣、溫度高、氣壓高、氣壓低等能及時(shí)報(bào)警，采取措施，將事故消滅在萌芽狀態(tài)，確保汽車在行駛過程中始終處于安全狀態(tài)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)高速公路上發(fā)生的交通事故中有70％是由爆胎引起的，而在美國(guó)這一比例更高達(dá)80％，美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)的調(diào)查統(tǒng)計(jì)表明，美國(guó)每年有26萬起交通事故是由于輪胎氣壓低或滲漏造成的。

正由于TPMS在汽車安全性上的重要性，我國(guó)于2008年5月形成了TPMS標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿，同年12月形成了標(biāo)準(zhǔn)送審稿。2011年7月《基于胎壓監(jiān)測(cè)模塊的汽車輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)》的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)開始正式實(shí)施，相信不久以后相關(guān)的強(qiáng)制法規(guī)也將會(huì)頒布施行。

TPMS系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)和工作原理

TPMS系統(tǒng)主要由兩個(gè)部分組成：安裝在汽車輪胎里的輪胎壓力檢測(cè)發(fā)射模塊和安裝在汽車駕駛臺(tái)上的中央接收顯示模塊。輪胎壓力檢測(cè)發(fā)射模塊直接安裝在每個(gè)輪胎里，宴時(shí)測(cè)量輪胎壓力、溫度、加速度，將測(cè)量得到的信號(hào)調(diào)制成高頻信號(hào)后無線發(fā)射出去，一個(gè)TPMS系統(tǒng)有4個(gè)或s個(gè)輪胎壓力檢測(cè)發(fā)射模塊。中央接收顯示模塊接收到胎壓檢測(cè)模塊發(fā)送的信號(hào)，將接收的輪胎壓力、溫度數(shù)據(jù)顯示在屏幕上，供駕駛者參考。如果輪胎的壓力、溫度出現(xiàn)異常，中央接收顯示模塊根據(jù)異常情況，發(fā)出相關(guān)的報(bào)警信號(hào)，提醒駕駛者采取必要的措施。系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示。

檢測(cè)發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)

TPMS發(fā)射系統(tǒng)主要完成的功能是：對(duì)輪胎的壓力、溫度、加速度等信息進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)量得到的壓力、溫度等信息進(jìn)行處理，判斷是否出現(xiàn)高溫、高壓、低壓等情況，若出現(xiàn)上述情況之一，則系統(tǒng)把數(shù)據(jù)信息疊加到433.92MHz的載波上，通過天線無線發(fā)射，提供給接收顯示系統(tǒng)。

MCU／Sensor是檢測(cè)發(fā)射系統(tǒng)的核心，汽車輪胎獨(dú)特的工作環(huán)境條件，決定了壓力傳感器的高要求：寬溫工作區(qū)(－40～125℃)、較低的功耗、惡劣環(huán)境無線信號(hào)傳輸穩(wěn)定性要求。

本設(shè)計(jì)選用Infineon公司2011年3月最新推出的SP37芯片，其相比Infineon早期的傳感器(如SPl2、SP30)，采用了更高的集成度，不但集成了壓力／溫度／力口速度傳感器模組、MCU模組，還集成了RF發(fā)射模組，這樣使發(fā)射系統(tǒng)由以前的傳感器＋KF＋MCU＋天線＋電池的五合一時(shí)代，走向傳感器＋電池＋天線的三合一時(shí)代：其開發(fā)環(huán)境和語言也更加簡(jiǎn)單，SP37~MCU內(nèi)核采用常見的8051內(nèi)核，用c語言就可編程開發(fā)，開發(fā)環(huán)境為的Keil uVision，安裝Infineon SP3xSID 2.0驅(qū)動(dòng)程序即可使用。

sp37還具有ASK／FSK調(diào)制發(fā)射，發(fā)射頻點(diǎn)315MHz和433.92MHz可選，發(fā)射功率5dbm／8dbm軟件可調(diào)等功能。滿足不同系統(tǒng)的要求，工作溫度：－40～125℃，休眠電流：0.6μA，工作電壓：1.9V～3.6V，完全可滿足發(fā)射系統(tǒng)寬溫、低功耗、寬電壓的要求。

本設(shè)計(jì)考慮到提高接收系統(tǒng)的靈敏度和接收的可靠性，采用TASKN制發(fā)射、8dbm發(fā)射功率、433.92MHz發(fā)射頻點(diǎn)。

發(fā)射系統(tǒng)電路圖如圖2所示：

接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)

接收顯示系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)接收發(fā)射模塊發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，對(duì)解碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，并根據(jù)具體情況啟動(dòng)相應(yīng)報(bào)警。從功能上接收顯示系統(tǒng)主要包括：射頻接收、數(shù)據(jù)處理、顯示和報(bào)警、按鍵等，組成框圖如圖3所示。

射頻接收采用RF射頻接收芯片選用時(shí)要求接收靈敏度較高，這里選用Maxim公司的MAXI 473芯片。MAXI473是一款完全集成的、低功耗，CMOS超外差接收器，采用TSSOP 28引腳封裝設(shè)計(jì)，工作電壓3.3V或5V，具有－114～0dBm的輸入信號(hào)范圍、高于50dB的鏡像載波抑制，用于接收300MHz～450MHz頻率范圍的幅度鍵控(ASK)數(shù)據(jù)信號(hào)非常理想。這款芯片在關(guān)斷模式下電流消耗低于2.5μA，接收模式下電流消耗為5.2 mA，可接收高達(dá)100kbps的數(shù)據(jù)速率，工作溫度范圍－40℃～＋85℃。

MCu選用ST公司的8位單片機(jī)STM8S105C6。其片內(nèi)3EKB Flash、2KB RAM；1個(gè)UART通道：2個(gè)12C通道，最高速率400kHz，可滿足接收顯示系統(tǒng)的控制顯示要求。RF接收電路如圖4所示。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

發(fā)射系統(tǒng)

因?yàn)榘l(fā)送系統(tǒng)要考慮節(jié)電功能，所以系統(tǒng)平時(shí)處于休眠狀態(tài)，當(dāng)接收到加速度喚醒信號(hào)時(shí)進(jìn)行測(cè)量并發(fā)射數(shù)據(jù)。程序邏輯流程如圖5所示。首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，然后開始判斷是否到達(dá)檢測(cè)周期，若檢測(cè)周期到則測(cè)量壓力值等，否則直接轉(zhuǎn)入休眠：測(cè)量完成后判斷是否需要發(fā)射，如果需要發(fā)射則發(fā)射射頻數(shù)據(jù)，否則轉(zhuǎn)入休眠；休眠時(shí)間到后。系統(tǒng)自動(dòng)喚醒，重復(fù)上述處理過程。

接收系統(tǒng)

接收系統(tǒng)首先進(jìn)行初始化的操作，主要包括I／O、總線、外圍器件、定時(shí)器和中斷的初始化；初始化完成之后就進(jìn)入主程序的循環(huán)中，MCu判斷接收芯片解碼后的射頻數(shù)據(jù)校驗(yàn)和是否正確、ID號(hào)是否和自身存儲(chǔ)的是否符合，如符合則對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行解析，提取有效信息。判斷發(fā)送模塊發(fā)送來的輪胎壓力、溫度等信號(hào)是否超過報(bào)警值，如超過則驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器報(bào)警并在LCD屏上顯示，程序流程圖如圖6所示。

結(jié)束語

本系統(tǒng)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，發(fā)射模塊以每10秒發(fā)送一次檢測(cè)數(shù)據(jù)，接收成功率均在95％以上；路試跑車試驗(yàn)，接收成功率在90％以上。由于系統(tǒng)軟件策略是：平常發(fā)射系統(tǒng)每30秒發(fā)射一次檢測(cè)數(shù)據(jù)、當(dāng)傳感器監(jiān)測(cè)到輪胎壓力、溫度異常時(shí)。會(huì)以6秒一次，不斷發(fā)送密集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，保證在輪胎異常時(shí)，接收系統(tǒng)能10096收到異常數(shù)據(jù)并報(bào)警。本設(shè)計(jì)采用的SP37和MAXl473組成的TPMS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由于高集成度，低成本，低功耗，是一種非常優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方案。