基于SP370的直接式TPMS系統設計

莊嚴+王凌云+張國玉+王醒華

摘 要：汽車輪胎壓力監測系統（TPMS）是行車安全的保障。文章研究了直接式胎溫胎壓監測系統的結構和工作原理，采用英飛凌SP370傳感模塊和TDA5235RF接收芯片設計了一種直接式汽車胎溫胎壓監測系統。重點解決了輪胎的壓力、溫度數據實時監測及發射器與接收器距離遠，接收信號不可靠等問題。所設計的系統體積小、功耗低，在每天行車15小時的情況下，模塊使用周期在五年以上。且數據采集發射模塊的溫度壓力測量精度高，可以確保傳輸數據的準確性，并能在胎壓過高、過低或溫度過高時報警。進而達到行車安全、節省油耗的作用。

關鍵詞：輪胎壓力；SP370；輪胎壓力檢測系統；TDA5235

中圖分類號：U463.341 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）24-0094-03

Abstract： Automobile tire pressure monitoring system（TPMS） is the guarantee of driving safety. This paper studies the structure and working principle of Pressure-Sensor Based TPMS， adopting Infineon SP370 sensor module and TDA5235RF receiver chip to design a Pressure-Sensor Based TPMS. Focus on solving the tire pressure， tire temperature data real-time monitoring， transmitter is far away from receiver， received signal is not reliable and so on. The designed system is small in size and low in power consumption， In the case of 15 hours driving a day， the module usage cycle is more than five years. And that the temperature and pressure measurement accuracy of data acquisition and transmission module not less than ±2%FS， ensuring the accuracy of data transmission， and when the tire pressure is too high， too low or the tire temperature is too high， the system alarming. Thus， achieving the effectiveness of driving safety， saving fuel consumption.

Keywords： tire pressure；SP370；TPMS；TDA5235

1 概述

汽車自誕生以來，已經走過了一個世紀，一直在人們的生活中扮演著不可或缺的角色。當人們對汽車愈發依賴時，由汽車引發的交通事故也令人們惋惜。其中，由輪胎異常引起的事故在所有的事故中所占比例最大，后果最為嚴重，人們對輪胎問題的關注度也越來越高，汽車胎溫胎壓監測系統應際而生。汽車胎溫胎壓監測系統（Tire Pressure Monitoring System，TPMS）是一種基于無線傳輸技術，通過安置在輪胎內部的高靈敏度的集成傳感器，對輪胎的壓力、溫度等數據實時傳遞，使駕駛員可以隨時了解輪胎狀態的監測系統，是行車安全的保障。

2 直接式TPMS系統硬件設計

胎壓測量發射模塊安放在每個車輪的輪轂上，工作條件惡劣。要求測量模塊具有寬溫、抗干擾能力強、測量精度高、發射穩定性好、體積小等特點。英飛凌最新一代SP37系列芯片SP370-23-156，集傳感器、微處理器和RF發射器于一體，有較高的集成度和測量精度，用戶只需配置外圍電路和程序即可實現信號的采集發送。采用CR2450寬溫電池進行供電，容量為500mAh，工作溫度為40-125℃，滿足極端環境下的使用需求。

RF發射器可以配置成ASK、FSK調制發射及低頻喚醒功能。基于穩定性和可靠性選擇頻率433.92M的FSK發射模式，為了有效降低系統的功耗從而延長模塊的使用壽命，在汽車靜止的時，將測量模塊設置為空閑模式，在汽車行駛時，通過低頻喚醒功能將測量模塊由休眠模式切換成測量模式。發射模塊電路原理圖如圖1所示。

接收顯示模塊將接收到的無線信號解調，MCU對數據分析處理，通過顯示屏對輪胎的胎溫胎壓進行顯示，并對極端情況進行報警處理。

本文中RF接收芯片選用英飛凌公司的TDA5235，TDA5235有數字數據處理能力強、接收靈敏度高等優點。該芯片支持433.92MHz頻段，支持FSK解碼并自動提取出有效數據存入內部FIFO后產生中斷，等待CPU提取信息。CPU與TDA5235 的接口為SPI模式，CPU將提取的數據解碼處理并將壓力、溫度信息顯示在液晶顯示屏上，并在模塊監測到異常胎壓、胎溫時進行報警。接收模塊電路如圖2所示。

3 直接式TPMS系統軟件設計

3.1 發射模塊軟件設計

胎壓發射模塊上電后，首先對SP370模塊初始化，設置各器件的工作狀態，然后通過對SP370測得的加速度參數來判斷車輛是否處于靜止狀態，如果靜止則發射模塊進入超低功耗的空閑狀態。汽車正常行駛過程中，通過低頻喚醒功能來切換模塊的工作模式，發射模塊的軟件流程框圖如圖3所示。endprint

3.2 接收數據包軟件判定設計

由于干擾的存在接收到的數據包不可避免會有誤包存在，如何對數據包進行準確的識別關系到整個系統的精確度。采用CRC檢查能夠剔除數據傳輸過程中的錯誤數據包，循環冗余檢查（CRC）是一種數據傳輸檢錯功能，對數據進行多項式計算，并將得到的結果附在幀的后面，接收設備也執行類似的算法，以保證數據傳輸的正確性和完整性。每個數據包都包含序列號段，用來判斷是否有丟包及重復數據包。數據包還包含SP370出廠帶有的獨一無二的ID號，來匹配輪胎的位置，以便于正確顯示和消除其他汽車發射模塊的干擾。接收數據包判定流程圖如圖4所示。

4 實物測試結果與結論

4.1 實際使用壽命的計算

由于發射模塊的高集成度，導致供電電池無法進行更換，電池的使用壽命決定了整個模塊的工作年限。SP370不同模式下的工作電流如表1所示。

以一個周期36s為例，其中35.9s的時間為待機時間，SP370的測量時間不大于0.02s，發送時間不大于0.08s。可以得出SP370工作一個周期的功耗為：

SP370正常情況下連續工作一小時的功耗為：

根據電池廠家所給的數據，本設計所選用的紐扣電池容量為500mAH，根據技術指標要求，每天行車15小時，可以得到模塊可以使用的天數：

約為5.37年，工作周期在五年以上，滿足使用壽命需求。

4.2 實物測試

所設計的TPMS系統在不同壓力、溫度環境下的實測情況如圖5所示。由于習慣問題，通常將1kg/cm2稱為1kg，即2.29kg為2.29kg/cm2。

5 結束語

文中對系統的結構和原理進行了詳細的闡述，設計了TPMS系統的電路圖，繪制了相應的程序流程框圖，通過對成品的實際測試與計算，所設計的系統在每天工作15小時的情況下，工作周期可以達到五年以上。SP370的溫度壓力測量精度高，確保了傳輸數據的準確性，并在胎壓過高、過低或溫度過高時報警，有較好的市場應用價值。

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