汽車(chē)胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(tpms)的設(shè)計(jì)與發(fā)展

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1、福建農(nóng)林大學(xué)FUJIANAGRICULTUREANDFORESTRYUNIVERSITY汽車(chē)胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TPMS）的設(shè)計(jì)與發(fā)展班級(jí)：09車(chē)輛工程學(xué)號(hào)：091237015姓名：葉向榮指導(dǎo)老師：郭雷2012年4月15日9汽車(chē)胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TPMS）的設(shè)計(jì)與發(fā)展摘要：隨著汽車(chē)進(jìn)入家庭步伐的加快，人們對(duì)汽車(chē)的安全性能的要求越來(lái)越高，作為提高汽車(chē)主動(dòng)安全性能措施之一的TPMS系統(tǒng)受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。汽車(chē)胎壓監(jiān)視系統(tǒng)(TPMS)主要用于在汽車(chē)行駛時(shí)實(shí)時(shí)地對(duì)輪胎氣壓進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，對(duì)輪胎漏氣和低氣壓進(jìn)行報(bào)警，以保障行車(chē)安全，是駕車(chē)者和乘車(chē)人員的生命安全保障預(yù)警系統(tǒng)。本文詳細(xì)介紹了TPMS系

2、統(tǒng)的組成以及器件選擇和安裝等設(shè)計(jì)考慮因素,TPMS軟件設(shè)計(jì),并提出引導(dǎo)TPMS系統(tǒng)發(fā)展的三點(diǎn)看法。關(guān)鍵詞：汽車(chē)胎壓監(jiān)視系統(tǒng)；設(shè)計(jì)方案；接收囂；顯示囂；數(shù)據(jù)處理；報(bào)警；輪胎氣壓1、TPMS系統(tǒng)組成PSBTPMS主要由安裝在汽車(chē)輪胎內(nèi)的壓力、溫度傳感器和信號(hào)處理單元、RF發(fā)射器組成的TPMS發(fā)射模塊。以及安裝在汽車(chē)駕駛臺(tái)上包括數(shù)字信號(hào)處理單元的RF接收器、液晶顯示器(LcD)組成。圖l是系統(tǒng)軟件的功能框圖。1.1、TPMS傳感器TPMS傳感器是一個(gè)集成了半導(dǎo)體壓力傳感器、半導(dǎo)體溫度傳感器、數(shù)字信號(hào)處理單元和電源管理器的片上系統(tǒng)模塊。為了強(qiáng)化胎壓檢測(cè)功能，有不少TPMS傳感器模塊內(nèi)還增

3、加了加速度傳感器、電壓檢測(cè)、內(nèi)部時(shí)鐘、看門(mén)狗，和帶l2位ADC、4kBFlash、2kBROM、128BRAM128BEEPROM及其它功能的A9SIC數(shù)字信號(hào)處理單元。這些功能芯片使得TPMS傳感器不僅能實(shí)時(shí)檢測(cè)汽車(chē)開(kāi)動(dòng)中的輪胎壓力和胎內(nèi)溫度的變化，而且還能實(shí)現(xiàn)汽車(chē)移動(dòng)即時(shí)開(kāi)機(jī)、自動(dòng)喚醒、節(jié)省電能等功能。電源管理器確保系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)低功耗，使一節(jié)鋰電池可以使用3～5年。TPMS壓力傳感器是一個(gè)片上系統(tǒng)模塊其內(nèi)部典型架構(gòu)包括整合了硅顯微機(jī)械加工的壓力傳感器、溫度傳感器、加速度計(jì)、電池電壓檢測(cè)、內(nèi)部時(shí)鐘，以及一個(gè)包含模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、取樣，保持(S／H)、SPI口、校準(zhǔn)、數(shù)據(jù)管理、I

4、D碼的數(shù)字信號(hào)處理單元，模塊具有掩膜可編程性，即可以利用客戶專用軟件進(jìn)行配置。壓阻式傳感器是由MEMS壓力傳感器和半導(dǎo)體SoC電路，用集成電路工藝做在一個(gè)封裝里的。在封裝的上方留有一個(gè)壓力／溫度導(dǎo)人孔，將壓力直接導(dǎo)入在壓力傳感器的應(yīng)力薄膜上，周邊固定的圓形應(yīng)力薄膜內(nèi)壁由半導(dǎo)體應(yīng)變片組成惠斯頓測(cè)量電橋，同時(shí)這個(gè)孔還將環(huán)境溫度直接導(dǎo)人半導(dǎo)體溫度傳感器上。1.2壓力，溫度信號(hào)處理與發(fā)射壓力，溫度信號(hào)經(jīng)TPMS傳感器模塊內(nèi)的ASIC／SoC電路處理，通過(guò)其SPI口傳輸給安裝在發(fā)射模塊內(nèi)的信號(hào)處理單元，綜合成數(shù)據(jù)流再進(jìn)入同一封裝內(nèi)的RF發(fā)射Ic，按設(shè)定的超高頻率(UHF)調(diào)制發(fā)射給安裝在駕

5、駛臺(tái)內(nèi)的接收器。為了縮小汽車(chē)輪胎內(nèi)的測(cè)量、信號(hào)處理Ic所占面積與發(fā)射模塊的體積，壓力／溫度信號(hào)處理與發(fā)射也采用組合的SoC，如ATMEL的ATAR862、飛思卡爾的MC68HC908RF2，它們都是將一片MCU、一片超高頻(uHF)RF發(fā)送器整合在同一封裝內(nèi)。MCU一般為4位或8位CPU核，包括時(shí)鐘管理、EEPROM、RAM、多個(gè)計(jì)時(shí)器、多個(gè)I／O口、內(nèi)部晶振等。UHFRF發(fā)送器以ATAR862為例，其內(nèi)部嵌入的是T5754UHFAsl(，F(xiàn)SKRF發(fā)送器，T5754內(nèi)部由PLL、VCO、功率放大器等組成，外部晶振源經(jīng)串口諧振器供給VCO。PLL向MCU提供時(shí)鐘，MCU將已編碼的

6、數(shù)據(jù)流經(jīng)功率放大器調(diào)制在UHF指定頻率，交由天線發(fā)射。天線采用印制在PcB板上的環(huán)狀天線，發(fā)射功率要求PA在9．5m9A時(shí)能輸出7～10dBm。1.3、發(fā)射模塊1.3.1發(fā)射模塊軟件設(shè)計(jì)發(fā)射模塊軟件程序的主要工作為系統(tǒng)的初始化，對(duì)溫度、壓力、加速度、電壓等檢測(cè)的控制，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單預(yù)處理以及編碼發(fā)射控制。其主程序流程圖如圖2所示。1.3.2數(shù)據(jù)測(cè)量與處理的軟件設(shè)計(jì)發(fā)射模塊測(cè)量部分流程圖如圖3所示。輪胎發(fā)射模塊上電復(fù)位后，先測(cè)量加速度，讀取補(bǔ)償后的加速度，如果加速度為09，則汽車(chē)處于停止?fàn)顟B(tài)，不測(cè)量數(shù)據(jù)，也不發(fā)送數(shù)據(jù)，測(cè)量和處理程序進(jìn)入停止模式，等待啟動(dòng)設(shè)置MPXY8300為待機(jī)

7、模式，定時(shí)一段時(shí)間后喚醒MPXY8300進(jìn)入工作模式，再重新測(cè)量實(shí)時(shí)的加速度。1.3.3數(shù)據(jù)發(fā)射的軟件設(shè)計(jì)輪胎發(fā)射模塊的環(huán)境非常差，所以輪胎發(fā)射模塊既要保證數(shù)據(jù)的可靠有效傳送，又要滿足低功耗的要求，使發(fā)射模塊的使用工作壽命盡可能地延長(zhǎng)。發(fā)射程序流程如圖4所示。1.3.4TPMS發(fā)射模塊的安裝由于現(xiàn)在的汽車(chē)大多都已取消了內(nèi)胎，因此給TPMS發(fā)射模塊安裝帶來(lái)了極大的方便，目前TPMS發(fā)射模塊在汽車(chē)輪胎內(nèi)的安裝有兩種方式：利用氣門(mén)咀安裝和利用緊箍扣安裝在輪轂上。無(wú)論采用哪種方式，安裝完