基于SP37和STM32的汽車無線胎壓監測系統設計*

曹景勝 石晶 段敏 魏丹

（遼寧工業大學）

在導致交通事故的眾多原因中，輪胎故障是主要原因之一[1-2]。由輪胎壓力過低、過高和輪胎溫度過高導致的爆胎嚴重影響了駕駛員的行車安全[3-4]。汽車胎壓監測系統是汽車行駛工況下的三大安全系統之一。2012年前后，歐美和日韓等國已經將汽車胎壓監測系統作為強制安裝的標準，而在國內，自主車企生產的汽車胎壓監測系統裝配率依然很低。隨著電子通信技術的發展和國家強制標準的實施，在汽車上安裝智能化與無線化的胎壓監測系統是必要且必須的。文章針對輪胎故障等問題開發了基于SP37和STM 32的汽車無線胎壓監測系統。

1 系統總體設計

系統以SP37胎壓監測傳感器和STM 32微控制器為核心，通過4個胎壓采集傳感器對汽車輪胎進行胎壓監測，將數據實時無線發送到駕駛室內部的接收終端進行無線接收與解調，并顯示在12864液晶上，使得車主能夠實時觀測到汽車胎壓。若胎壓異常，接收終端會進行聲光電報警。系統總體框圖，如圖1所示。

圖1 汽車無線胎壓監測系統總體框圖

2 系統硬件設計

系統硬件平臺主要分為采集發射硬件終端和接收顯示硬件終端，其電路框圖，如圖2所示。由于采集發射終端要安裝在汽車的4個輪胎上并且裸露在外部環境中，因此需要設計體積小、功耗低及鋰電池供電等?；诖耍x用了英飛凌公司生產的SP37無線胎壓監測傳感器，該芯片集成了壓力傳感器、溫度傳感器、RF射頻發射器以及微控制器等。其中RF射頻發射器可設置為ASK和FSK調制發射[5]，其頻率可選擇315 M H z和434 M H z。其最小系統電路原理圖，如圖3所示。

圖2 汽車無線胎壓監測系統硬件平臺電路框圖

圖3 SP37最小系統的電路原理圖

采集發射終端的電源設計為鋰電池供電，主要完成單節鋰電池從3.7 V到3.3 V的穩壓。穩壓芯片采用XC6206低壓差LDO穩壓芯片，該芯片最低壓差可達100 m V，非常適合便攜式應用。電源穩壓電路原理圖，如圖4所示。

圖4 采集發射終端的電源穩壓電路原理圖

接收顯示終端要求穩定性好、性價比與實時性高?？紤]到該終端完成的功能較多，文章采用了意法半導體公司生產的STM 32F103C8T6微控制器，該芯片基于ARM Cort ex-M 3內核，專門為高性能、低成本及低功耗的嵌入式應用設計，因此廣泛應用在汽車主動安全監控領域。該微控制器最小系統的電路原理圖，如圖5所示。接收顯示終端無線接收SP37傳感器采集的胎壓和溫度數據，設計中采用TDA5240無線射頻接收芯片，該芯片是為匹配SP37胎壓監測傳感器應用而推出的低功耗和高靈敏度的無線射頻接收器[6]，其同樣可以設置為ASK和FSK調制發射。該芯片通過SPI接口與STM 32微控制器進行硬件連接，其實物模型圖，如圖6所示。

圖5 接收顯示終端的STM32最小系統電路原理圖

圖6 TDA5240芯片的實物模型圖

接收顯示終端采用12864液晶顯示屏的主要目的是為了實時顯示汽車行駛過程中4個輪胎的胎壓和溫度信息，若胎壓低于標準值等異常情況發生，則在12864液晶顯示屏上進行報警提示。該液晶顯示屏與STM 32微控制器的接口電路原理圖，如圖7所示。

圖7 STM32與12864液晶的接口電路原理圖

3 系統軟件設計

本系統軟件包括胎壓采集發射軟件和無線接收顯示軟件。采集發射軟件運行于采集發射終端，該終端安放于汽車4個輪胎處；無線接收顯示軟件運行于接收顯示終端，該終端安放于駕駛室內部。胎壓采集發射軟件主要包括系統初始化模塊、汽車胎壓采集模塊、車輪溫度采集模塊及RF無線發射模塊等，其軟件流程圖，如圖8所示。

圖8 采集發射終端的軟件流程圖

無線接收顯示軟件主要包括系統初始化模塊、TDA5240 RF無線接收模塊、RF數據解調模塊及12864中文液晶顯示模塊等，其軟件流程圖，如圖9所示。

圖9 接收顯示終端的軟件流程圖

系統實物研發完畢后，將采集發射終端安裝在汽車輪胎氣門處，接收顯示終端安裝于汽車駕駛室儀表盤附近，進行調試，其胎壓性能測試和試驗數據，如表1所示。將系統監測的胎壓值與實際胎壓值進行比對，結果表明相對誤差控制在設計指標范圍（±3%）內，達到了設計預期，可以滿足實際應用的需求。

表1 胎壓性能試驗數據

4 結論

文章針對汽車行駛過程中車輪爆胎問題研究了胎壓監測系統的原理及結構，在此基礎上設計了一種智能化無線胎壓監測系統，并進行了測試和試驗，試驗結果驗證了本系統設計的可行性，達到了設計預期目標，同時本系統成本低、體積小巧且安裝簡單，極大地提高了汽車行車的安全性，具有很好的市場應用前景。