無線倒車雷達與TPMS的系統設計

單紹柱，李曉會

（北京機械工業自動化研究所，北京 100120）

無線倒車雷達與TPMS的系統設計

單紹柱，李曉會

（北京機械工業自動化研究所，北京 100120）

0 引言

隨著汽車保有量的增加，現代汽車技術發展的主要方向是安全、環保與節能。從市場分析情況看，現在各個國家對汽車安全要求越來越高，TPMS作為汽車主動安全系統，技術逐漸成熟，對保障汽車行駛安全有重要作用。

倒車雷達，又稱泊車輔助系統，或稱倒車電腦警示系統。它是汽車泊車或者倒車時的安全輔助裝置，由超聲波傳感器(俗稱探頭)、控制器和顯示器(或蜂鳴器)等部分組成。它能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車、倒車和啟動車輛時前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。

早期的倒車雷達以臺灣產品為主，但隨著這方面技術的逐漸透明化，內地生產倒車雷達的廠家越來越多，可選擇的品牌也日趨豐富。但是，這些品牌都是單一功能的倒車雷達；倒車雷達主機安裝在汽車尾部，顯示部分安裝在儀表盤附近，布線麻煩，需要拆裝汽車內飾。

在《汽車電子的未來發展》一書中把倒車雷達作為汽車的安全保障加以強調，而作為事前安保型的TPMS也是汽車安全的重要部分，如果將倒車雷達的接收、顯示和TPMS的接收器合二為一 ，成為一種多功能的產品，就可以避免安裝兩套接收系統的繁瑣，減少了一個顯示器，節約了汽車電能，節省了汽車空間，減少了開車時的視覺污染。

鑒于TPMS的市場現狀和倒車雷達的技術穩定，人們對汽車安全的追求，無線倒車雷達與TPMS的二合一系統設計被提到了日程，顯現出了更多的優點：安裝方便、信號可靠、節約成本。

1 系統設計

1.1 系統構成

系統由一臺安裝在駕駛室儀表盤附近的接收顯示器、四個安裝在輪胎內的無線發射器、四個安裝在汽車尾部的探頭、一臺安裝在汽車后備箱的無線倒車雷達主機組成，其框圖如下：

1.2 工作原理

當汽車行駛時，實現輪胎壓力監測功能，輪胎內的發射器實時監測輪胎的壓力、溫度，通過射頻信號送到駕駛室內的接收顯示器，接收顯示器處理壓力、溫度信息，并在壓力溫度出現異常時進行聲、光、數字顯示報警。

駕駛者在倒車時，將汽車的擋位推到R擋，啟動倒車雷達系統，安裝在汽車尾部保險杠上超聲波探頭發射超聲波信號，當遇到障礙物時，產生回波信號，探頭接收到回波信號后經倒車雷達主機進行數據處理，利用超聲波測距原理，判斷出障礙物的位置，然后由倒車雷達主機的發射電路將信號通過無線方式傳輸給接收器，接收器的顯示屏顯示距離并發出不同頻率的警示信號，從而使駕駛者倒車時做到心中有“數”，使倒車變得更輕松。

2 系統硬件設計

2.1 接收器

接收器由高頻信號接收電路、單片機、顯示器、指示燈、蜂鳴器、實時時鐘電路等構成。接收器的工作頻率為433.92MH，用來接收射頻數據。接收器工作電源為直流12V～24V，直接使用汽車的電源。

高頻信號接收電路采用MC33594，單片機采用MC68HC908GT16，此款單片機與MC33594接收電路通過FSK方式進行通訊，利用SPI協議完成數據的傳遞，MC33594與MC68HC908GT8之間的數據傳輸速率是9600波特率。

實時時鐘電路采用SD2000，該電路內部有電池，可維持時鐘5-10年，時間出廠時校準，年誤差小于2.5分鐘，2K存儲器可供故障信息存儲，顯示器采用點陣式液晶。

2.2 發射器

發射器主要由具有壓力、溫度、加速度、電壓檢測功能的傳感器SP12、微處理器+RF發射芯片MC68HC908RF2、晶振、鋰電池組成。

傳感器SP12是針對TPMS應用設計的，具有壓力、溫度、加速度、電壓檢測的智能傳感器。硅壓阻式壓力傳感器采用高精密半導體電阻應變片組成惠斯頓電橋作為力電變換測量電路，具有較高的測量精度、較低的功耗。SP12還包含了加速度計，實現了對汽車運行狀態的檢測，傳感器模塊可按汽車的運動速度自動智能確定檢測周期，節省電能。

單片機采用M C 6 8 H C 9 0 8 R F 2，MC68HC908RF2由兩部分功能塊組成，包括帶有2KB Flash的HC08 單片機和用于射頻傳輸的控制芯片MC33493，集成度高，功耗低，性能可靠。MC68HC908RF2射頻傳輸部分的工作頻率為433.92MHz，該頻率位于為工業、科學和醫療應用而保留的ISM頻段內。

電池采用鋰亞電池，該電池空載電壓3.6V，負載電壓3.4V，放電平穩，自放電極低，高低溫特性較好，是針對TPMS應用生產的一款電池，目前在國內處于領先水平。

2.3 無線倒車雷達主機

電路采用專門的倒車雷達模塊－T8224，它外圍元件少，性能優異，工作非常穩定，與探頭匹配極好。此模塊集成了單片機部分、超聲波電路部分和控制部分。4個探頭探測到的各自距離數據以串行方式送出（單線輸出，數據經過編碼，數據包中加入最近距離方位指示）、由最近距離數據所控制的變頻蜂鳴音驅動、由最近距離所控制的3色LED驅動。

其無線發射部分采用系統中發射器的工作原理，將模塊T8224接收處理的數據通過無線方式發送到系統接收器。

2.4 倒車雷達探頭：

超聲波探頭是實現聲、電轉換的裝置，又稱超聲換能器或傳感器。它能發射超聲波和接收超聲回波，并轉換成相應的電信號。由超聲波傳感器、硅膠減震器、塑膠外殼三部分組成。

3 系統軟件設計

3.1 發射器軟件流程（如下圖所示）

3.2 接收器軟件流程（如下圖所示）

4 系統功能

4.1 TPMS功能

1）超壓報警：輪胎氣壓超過超壓設定值時報警

2）欠壓報警：輪胎氣壓低于欠壓設定值時報警

3）超溫報警：輪胎溫度超過超溫設定值時報警

4）快速報警：輪胎快速漏氣時報警

5）查閱功能：閱讀當前的輪胎壓力、溫度值、報警記錄

6）存儲功能：存儲最近的200條報警記錄

7）設置功能：設置壓力、溫度報警值及壓力、溫度單位

8）時鐘功能：免調整的實時時鐘

9）電池電量和壓力顯示：以圖形方式顯示發射器中電池電量和輪胎壓力值

4.2 無線倒車雷達功能

1）大屏幕液晶數字顯示車后最近障礙物的距離和方位

2）信號無線傳輸，避免拆裝汽車內飾

3）嵌入式安裝探頭，多種顏色選擇，猶如原裝配置，美觀牢固

4）五級漸變報警聲音提示

5）漸進線條顯示車后障礙物距離，直觀、清晰

6）紅、綠雙色燈提示

7）雙角度探頭探測，減小倒車時的盲區

5 結束語

無線倒車雷達與TPMS二合一的系統設計，為其它汽車電子應用提供了較好的集成方案。給多功能、單顯示的汽車電子產品提供了更進一步的啟發，包括：GPS功能、汽車后視鏡功能、汽車VCD功能、汽車行駛記錄儀功能等。無線倒車雷達與TPMS二合一的系統設計已經開始轉變為產品進行生產銷售，此款產品的生產應用，使汽車電子在汽車安全方面得到了更廣泛的應用。產品在銷售應用過程中，得到了終端用戶的好評。

[1]王宜懷.單片機原理及其嵌入式應用教程[M].北京希望電子出版社.

[2]劉慧根,程建平,龔光華,王云飛,許慶豐.Motorola微控制器MC68HC08原理及其嵌入式應用[M].清華大學出版社.

[3]英飛凌.傳感器SP12參數說明書.

A systematical designation of wieless reverse radar and tpms

SHAN Shao-zhu, LI Xiao-hui

本文介紹了汽車電子產品無線倒車雷達與TPMS二合一系統的方案設計，詳細描述了系統設計的主要構成框圖、硬件選型指南、軟件流程框圖、系統主要功能等。

無線倒車雷達；TPMS、系統設計

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.06.57

2009-09-24

單紹柱（1951－），男，高級工程師，研究方向為嵌入式系統。

TP391

B

1009-0134(2010)06-0176-03