汽車胎壓無線監測系統設計

孫仲鍇、佟慧艷、陳斌、蔣庚原

（遼寧石油化工大學 113001)

0 引言

隨著人們安全意識的提高，胎壓監測功能成為購買汽車時考慮的重要因素。汽車胎壓監測系統TPMS (Tire Pressure Monitor System)能實時監測汽車輪胎的氣壓和溫度等相關參數，可有效防止爆胎，降低油耗。

1 系統總體方案設計

本系統是直接外置式TPMS，通過固定在汽車輪胎內部輪輞上的傳感器，來實時監測汽車4個輪胎壓力和溫度，并通過無線射頻信號發送給主控單元，由駕駛室內的主控單元完成顯示和報警任務。本系統主要由胎壓測量發送控制單元和主控單元2部分組成，系統的總體結構如圖1所示。

圖1 胎壓監測系統總體結構圖

2 系統硬件設計

2.1 胎壓監測控制單元

胎壓監測控制單元主要包括胎壓傳感器MPXY8300A6U、鋰電池和簡單的外圍器件。MPXY8300A6U是由Freescale公司生產的20端子專用胎壓監測芯片[1-2]，內部具有自動補償的壓力和溫度傳感器、8位MCU和兩軸加速儀，可在315/434 MHz頻率上的RF發射器及兩信道低頻率輸入，該芯片具有多種低功耗模式，可以極大程度降低待機功耗[3-4]。電源采用松下耐高溫電池CR2050B，容量345 mAh，性能穩定。胎壓監測控制單元電路圖如圖2所示。

2.2 主控單元設計

主控單元主要由微控制器單元、RF射頻接收單元、LCD單元、聲光報警單元、按鍵單元和直流電源組成。微控制器采用意法半導體的STM32L151C8T6芯片，STM32L151C8T6是32位超低功耗MCU，內置2個16Mbit/s的SPI通信接口，方便與射頻芯片MC33594進行數據交換；MC33594是集成PLL調諧UHF數據接收器，方便設計315/434 MHz的曼徹斯特解碼接收電路，具有自動喚醒等功能，具有SPI可編程接口；本設計中MC33594采用“等待-休眠”循環模式以降低功耗。設計采用LCD12864作為顯示器件，微控制器通過串口與LCD相連，可設置若干按鍵進行主控系統的參數設置及查詢等功能。

3 系統軟件設計

系統軟件主要包括胎壓監測系統軟件和主控系統軟件2部分，系統采用模塊化設計思想，C語言編程，程序可讀性較高。在增加系統需求時，只需要局部程序進行修改即可，升級維護方便。

如圖3所示，在胎壓監測系統開機進行自檢后，進入休眠狀態，通過定時中斷喚醒溫度及壓力采集控制單元。由于傳感器參數變化速度不同，根據車況對采樣頻率進行動態調節，依次測量4個輪胎的壓力和溫度值，并實時與閾值進行比較。若測量值正常，則進入延時省電模式，延時時間到達后將數據組包編碼，通過RF發送出去；若數據異常，則直接組包發送，然后再回到休眠狀態等待喚醒。

如圖4所示，主控單元在系統通電后，各個控制單元進行初始化自檢。當微控制器收到MC33594的SPI中斷信號，則接收并解析數據包，首先判斷數據包的ID是否匹配。若ID不匹配，直接進入待機模式；若ID正確，立即對數據包進行處理，并顯示在液晶屏LCD12864上；若接收胎壓或溫度數據異常，立刻進行聲光報警，并顯示出來，最后進入待機模式，等待再次中斷。

4 結束語

本文介紹了一種汽車胎壓無線監測系統，系統主要由胎壓監測控制單元和中央主控單元組成。由胎壓監測控制單元測出輪胎壓力和溫度等相關數據后，通過無線射頻方式將信息發送給駕駛艙內的主控單元，并在液晶屏上顯示輪胎內部參數狀況。通過對系統的測試，充分考慮溫度條件和輪胎轉速差異等情況，測量胎壓誤差均在2.5%以內，驗證了系統的可行性。

圖2 胎壓監測控制單元電路圖

圖3 胎壓監測控制單元系統軟件框架圖

圖4 主控單元系統軟件框架圖