基于射頻收發(fā)芯片CC1100的TPMS方案

0 引言
汽車工業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)汽車配備用品行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)升級(jí)。其中，繼安全氣囊、ABS（防抱死制動(dòng)系統(tǒng)）后，國(guó)際汽車領(lǐng)域出現(xiàn)的TPMS（汽車胎壓檢測(cè)系統(tǒng)），被譽(yù)為新一代汽車高科技安全配備用品。在汽車的高速行駛過程中，輪胎故障是所有駕駛者最為擔(dān)心和最難預(yù)防的，也是突發(fā)性交通事故發(fā)生的重要原因。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在高速公路上發(fā)生的交通事故有70％～80％是由于爆胎引起的。怎樣防止爆胎已成為安全駕駛的一個(gè)重要課題。據(jù)有關(guān)專家分析，保持標(biāo)準(zhǔn)的車胎氣壓行駛和及時(shí)發(fā)現(xiàn)車胎漏氣是防止爆胎的關(guān)鍵。

國(guó)外自20世紀(jì)70年代末開始研究輪胎氣壓監(jiān)測(cè)裝置，歸納起來，主要分為兩種類型：一種是基于車輪速度的（間接式）；另一種是基于壓力傳感器的（直接式）?，F(xiàn)在美國(guó)及歐洲一些國(guó)家已將TPMS作為汽車必裝設(shè)備。我國(guó)TPMS的研究雖然起步較晚，但在2003年11月24日頒布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)――《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件（征求意見稿）》中，對(duì)安裝輪胎壓力檢測(cè)裝置作出了說明，可見我國(guó)已開始重視TPMS的發(fā)展。

本文提出的TPMS采用模塊化的設(shè)計(jì)，規(guī)范化的編程，其核心部分是將采集到的溫度壓力數(shù)據(jù)通過無線方式進(jìn)行發(fā)送和接收。利用Chipcon公司生產(chǎn)的無線收發(fā)芯片CC1100能很好地解決這一問題，它支持ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，功耗低，無需申請(qǐng)頻點(diǎn)，傳輸可靠。

1、輪胎工作特性及TPMS技術(shù)要求
輪胎由橡膠和骨架材料制成，裝于輪胎毅的外側(cè)，支承汽車重量，吸收和緩和沖擊與振動(dòng)，并使汽車與地面保持良好的附著性能，從而有效地傳遞汽車的驅(qū)動(dòng)力矩或制動(dòng)力矩。輪胎的工作特性對(duì)汽車的安全行駛影響很大。

影響輪胎正常工作特性的因素主要有：
a）輪胎溫度過高。由于環(huán)境氣溫過高，以及輪胎在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)與地面的摩擦，都有可能導(dǎo)致輪胎溫度過高，從而使橡膠老化，縮短了輪胎的使用壽命。

b）輪胎內(nèi)部氣壓過大或欠壓。當(dāng)汽車負(fù)載過高或者溫度過高而引起胎內(nèi)氣體膨脹時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致輪胎內(nèi)部氣壓過大而發(fā)生爆胎現(xiàn)象。

c）輪胎漏氣導(dǎo)致欠壓，也會(huì)增大輪胎和地面的摩擦，不僅耗油，還會(huì)縮短輪胎的使用壽命。

輪胎的機(jī)械性能主要是通過輪胎內(nèi)部的溫度和壓力反映出來，因此，TPMS只要能夠?qū)崟r(shí)地檢測(cè)到輪胎內(nèi)部的溫度和壓力情況，就可以分析出輪胎的運(yùn)行狀況。

由于TPMS發(fā)射系統(tǒng)處于輪胎的封閉狀態(tài)中，因此，系統(tǒng)的主要技術(shù)要求如下：

a）考慮到安裝并采用紐扣電池供電等問題，采樣發(fā)射端應(yīng)體積小、功耗低。
b）系統(tǒng)能識(shí)別本各采樣發(fā)射端發(fā)來的溫度、壓力測(cè)量值。
c）系統(tǒng)能濾除別的汽車發(fā)來的任何數(shù)據(jù)。
d）接收端能對(duì)各采樣發(fā)射端發(fā)來的溫度、壓力測(cè)量值實(shí)時(shí)顯示，并能進(jìn)行越限報(bào)警。

2、TPMS原理與硬件設(shè)計(jì)
2.1 TPMS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
TPMS由采樣發(fā)射模塊和接收模塊構(gòu)成。采樣發(fā)射模塊安裝在輪胎內(nèi)，接收模塊安裝在車廂內(nèi)。采樣發(fā)射模塊對(duì)壓力傳感器檢測(cè)的氣壓和溫度信號(hào)進(jìn)行采樣，由MCU（微控制單元）進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理后送給射頻發(fā)射電路，信號(hào)經(jīng)調(diào)制后發(fā)射給接收模塊。接收模塊的解調(diào)電路將發(fā)射模塊發(fā)射出來的射頻信號(hào)放大解調(diào)后，將數(shù)字信號(hào)送給MCU。MCU作出相應(yīng)的處理，如更新當(dāng)前壓力值、聲光報(bào)警等，從而實(shí)現(xiàn)輪胎壓力的顯示和監(jiān)控。由傳感器、MCU、發(fā)射、接收等主要芯片組成的TPMS結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。系統(tǒng)總體布局如圖2所示。