基于SP37和MAXl473的胎壓監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

摘要：介紹了胎壓監(jiān)測系統(tǒng)(TPMS)的基本構(gòu)成和特性，討論了基于SP37和MAX1473的胎壓監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案，給出了詳細的系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計該設(shè)計實現(xiàn)的胎壓監(jiān)測系統(tǒng)具有高集成度、低功耗、低成本等特點。

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”型安保，即在輪胎出現(xiàn)危險征兆時，如輪胎快漏氣、溫度高、氣壓高、氣壓低等能及時報警，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，在我國高速公路上發(fā)生的交通事故中有70％是由爆胎引起的，而在美國這一比例更高達80％，美國汽車工程師協(xié)會的調(diào)查統(tǒng)計表明，美國每年有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)測模塊的汽車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)》的國家標(biāo)準(zhǔn)開始正式實施，相信不久以后相關(guān)的強制法規(guī)也將會頒布施行。

TPMS系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)和工作原理

TPMS系統(tǒng)主要由兩個部分組成：安裝在汽車輪胎里的輪胎壓力檢測發(fā)射模塊和安裝在汽車駕駛臺上的中央接收顯示模塊。輪胎壓力檢測發(fā)射模塊直接安裝在每個輪胎里，宴時測量輪胎壓力、溫度、加速度，將測量得到的信號調(diào)制成高頻信號后無線發(fā)射出去，一個TPMS系統(tǒng)有4個或s個輪胎壓力檢測發(fā)射模塊。中央接收顯示模塊接收到胎壓檢測模塊發(fā)送的信號，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)的報警信號，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。

檢測發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計

TPMS發(fā)射系統(tǒng)主要完成的功能是：對輪胎的壓力、溫度、加速度等信息進行測量，并將測量得到的壓力、溫度等信息進行處理，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是檢測發(fā)射系統(tǒng)的核心，汽車輪胎獨特的工作環(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)境無線信號傳輸穩(wěn)定性要求。

本設(shè)計選用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＋電池的五合一時代，走向傳感器＋電池＋天線的三合一時代：其開發(fā)環(huán)境和語言也更加簡單，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)動程序即可使用。

sp37還具有ASK／FSK調(diào)制發(fā)射，發(fā)射頻點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。

發(fā)射系統(tǒng)電路圖如圖2所示：

接收系統(tǒng)設(shè)計

接收顯示系統(tǒng)主要負責(zé)接收發(fā)射模塊發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，對解碼后的數(shù)據(jù)進行分析、處理，并根據(jù)具體情況啟動相應(yīng)報警。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，工作電壓3.3V或5V，具有－114～0dBm的輸入信號范圍、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STM8S105C6。其片內(nèi)3EKB Flash、2KB RAM；1個UART通道：2個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

發(fā)射系統(tǒng)

因為發(fā)送系統(tǒng)要考慮節(jié)電功能，所以系統(tǒng)平時處于休眠狀態(tài)，當(dāng)接收到加速度喚醒信號時進行測量并發(fā)射數(shù)據(jù)。程序邏輯流程如圖5所示。首先進行系統(tǒng)初始化，然后開始判斷是否到達檢測周期，若檢測周期到則測量壓力值等，否則直接轉(zhuǎn)入休眠：測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；休眠時間到后。系統(tǒng)自動喚醒，重復(fù)上述處理過程。

接收系統(tǒng)

接收系統(tǒng)首先進行初始化的操作，主要包括I／O、總線、外圍器件、定時器和中斷的初始化；初始化完成之后就進入主程序的循環(huán)中，MCu判斷接收芯片解碼后的射頻數(shù)據(jù)校驗和是否正確、ID號是否和自身存儲的是否符合，如符合則對數(shù)據(jù)幀進行解析，提取有效信息。判斷發(fā)送模塊發(fā)送來的輪胎壓力、溫度等信號是否超過報警值，如超過則驅(qū)動揚聲器報警并在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)場測試，發(fā)射模塊以每10秒發(fā)送一次檢測數(shù)據(jù)，接收成功率均在95％以上；路試跑車試驗，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)射一次檢測數(shù)據(jù)、當(dāng)傳感器監(jiān)測到輪胎壓力、溫度異常時。會以6秒一次，不斷發(fā)送密集的監(jiān)測數(shù)據(jù)，保證在輪胎異常時，接收系統(tǒng)能10096收到異常數(shù)據(jù)并報警。本設(shè)計采用的SP37和MAXl473組成的TPMS監(jiān)測系統(tǒng)，由于高集成度，低成本，低功耗，是一種非常優(yōu)秀的設(shè)計方案。