在TPMS中應用無線數據通信技術現狀闡述

李超

摘 要：本文主要針對在TPMS中應用無線數據通信技術現狀展開深入分析，先分析了TPMS系統結構和工作原理現狀，然后又闡述了TPMS系統無線通信部分硬件設計和無線數據傳輸軟件流程設計，如無線通信部分硬件芯片選擇、無線通信收發部分接口設計、工作模式的選擇、通信協議，通過以上設計，將其系統的優勢體現出來。

關鍵詞：TPMS;無線數據通信技術;優勢體現

0 引言

經研究表明下，輪胎毀損大部分原因是由于輪胎壓力不足導致的。由此可見，有效監測和控制輪胎氣壓和溫度是非常重要的，而汽車輪胎壓力檢測系統（TPMS）運生就是在以上需求下。對于TPMS進行分析，能夠實時自動檢測汽車行駛時輪胎氣壓，如果輪胎出現漏氣或者是低氣壓的現象，能進行報警，為行車安全提供重要的保障。目前，最流行的系統是直接式TPMS系統，主要是在每一個輪胎里安裝壓力傳感器，對輪胎氣壓直接測量，通過無線傳輸給主控模塊，進而顯示和監視各輪胎氣壓。如果輪胎出現低壓，系統會自動報警。

1 TPMS系統結構和工作原理現狀分析

對TPMS系統結構和工作原理進行分析，主要輪胎模塊有4個，主控模塊有1個。輪胎模塊分別在每個輪胎上進行安裝，其中主要的組成結構有壓力傳感器、溫度傳感器、控制器、天線和電池等。在安裝的過程中，由于輪胎模塊的電池電量有一定的限度，一般情況下，對TPMS壽命要求比較高，所以在設計TPMS過程中，最關鍵的問題就是節能問題。目前，從TPMS使用節能方法的角度上來看，主要有加速度觸發和壓力觸發兩種方法激活胎壓傳感器。對使用加速度傳感器原理進行分析，車子開動時，加速度傳感器對車子轉動產生離心力充分利用，激活傳感器發送無線數據。對使用壓力觸發TPMS工作原理進行分析，當壓力傳感器檢測到輪胎壓力發生變化時激活傳感器發射射頻數據。將駕駛內安裝主控模塊，其中組成結構有射頻接收器、天線、CAN信號收發器。

2 TPMS系統無線通信部分硬件設計

對于TPMS系統來說，在輪胎模塊中，通過溫度壓力傳感器對溫度壓力采集數據，將其傳送在駕駛臺，為了更好地傳輸信息，必須需要無線通信方式。數據可靠運輸直接關系到整個系統安全，為了更好地控制單片機，可選擇合適射頻芯片，為信息的準確性，傳輸實時性提供重要保障。

2.1 無線通信部分硬件芯片選擇

在整個系統中，最基本的要求是，電池供電、低功耗。基于此，在對芯片選擇的過程中，要給予充分考慮功耗的問題。

2.1.1 微控制器、無線射頻發送芯片

微控制器芯片能夠滿足整個系統的低功耗和高性能要求，充分運用了NXP公司生產的FXTH87系列胎壓芯片，是8位單片機，內置100～900 kPa氣壓傳感器、x軸z軸加速度傳感器、315 MHz和434 MHz無線發射器，曼徹斯特、雙相或NRZ數據編碼，從MCU直接訪問RF發射器以獲取獨特格式，六個通用GPIO引腳。

2.1.2 無線接收芯片

無線接收芯片采用Atmel公司的ATA5781芯片，該芯片有20Kbyte的ROM，支持315.00 MHz/433.92 MHz/868.30 MHz和915.00 MHz無線信號，在10 Kbit/s時接收靈敏度為-111 dBm的接收靈敏度，在20 Kbit/s的時候為-108.5 dBm的接收靈敏度，可編程的帶寬，兩種服務配置位于SRAM中，可以通過SPI或嵌入式應用軟件進行修改，自動低功耗信道輪詢，靈活的輪詢配置，涉及時間，訂單和參與渠道，反應時間快，多通道接收，為胎壓射頻接收提供了可靠的接收性能。

2.1.3 無線通信收發部分接口設計

在設計TPMS系統的過程中，數據傳輸部分是最關鍵的一點，對于數據傳輸來說，由駕駛室中的無線接收部分和輪胎中無線發射部分組成。無線發送模塊內置無線發送模塊，可以直接通過配置主芯片的寄存器實現無線發送，接收模塊中帶有SPI接口是無線接收系統最大特點，通過SPI接口，實現微控和收發芯互連，通過SPI接口配置，可進行數據的收發，促使編程簡單化。無線收發數據傳輸部分準確性和穩定性充分體現出整個系統優良性能。

3 無線數據傳輸軟件流程設計

3.1 軟件設計

為了使發射機電池的使用壽命能夠達到10年，需從固件入手，使發射機在不需要胎壓數據的時候處于睡眠模式，在需要胎壓數據的時候處于工作模式。使發射機在準確反映胎壓信息的條件下盡量地減少耗電量。因此，我們需要區分睡眠模式和工作模式。我們通過LF和時間中斷進入工作模式，在處理好對應的任務后，進入睡眠模式。

3.2 通信協議

在4個輪胎模塊和中央接收模塊中，為了實現無線通信，對于發送和接收來說，必須要按照要求下，對一個簡單通信協議支持。

調制頻率：433.92 MHz;波特率：19.2 kbps;調制方式：FSK;編碼方式：曼徹斯特編碼;頻偏±45 kHz。

無線數據格式如表1：

前導頭：0XFF、0XFF、0XFF;幀頭：0XFF、0XF6;傳感器ID：每個傳感器唯一的標識;狀態位：傳感器當前狀態;壓力：輪胎壓力;溫度：輪胎溫度;校驗位：采用CRC8校驗，校驗起始位置為傳感器ID共7個字節，校驗初始值為0xFF，校驗多項式為0x2F。

4 結束語

在汽車安全系統中，必備的功能之一是輪胎壓力和溫度實時檢測。充分應用FXTH87一體胎壓芯片下，將其設計方案得出來。在低功耗和收發距離方面，此系統優勢體現較為明顯，從某種程度上來看，應用前景較為廣泛。

參考文獻：

[1]張明明.淺談無線通信技術的發展趨勢[J].中國新通信，2018，20（14）：151-152.

[2]李紀舟，鐘建強，王瑜.無線通信技術發展現狀及趨勢研究[J].通信技術，2019，48（06）：631-636.