高集成度胎壓監(jiān)測發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

　　摘要：介紹了胎壓監(jiān)測(TPMS)發(fā)射系統(tǒng)的基本構(gòu)成和特性，給出了基于SP37的胎壓監(jiān)測發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計方案，討論關(guān)鍵元器件的選取及使用注意事項，并介紹了系統(tǒng)的軟件設(shè)計和低功耗策略。該設(shè)計實現(xiàn)的發(fā)射系統(tǒng)具有高集成度、低功耗、低成本、射頻效率高等特點。

　　前言

　　車輛在行駛過程中，車輛駕駛?cè)藛T最擔(dān)心和最難預(yù)防的就是爆胎問題，它會引起或誘發(fā)嚴重的交通事故，特別是在車輛高速行駛時，輪胎爆破將更加危險。據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)的公路交通事故70%以上都是由輪胎問題引起的，而在美國這一比例則高達80%。為了預(yù)防爆胎，輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)逐漸成為車輛的必要配置，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)。

　　發(fā)射系統(tǒng)的組成

　　安裝在輪胎內(nèi)的TPMS發(fā)射模塊是整個TPMS的核心部件，輪胎內(nèi)部環(huán)境非常惡劣，輪胎又是經(jīng)常處于高速的運動狀態(tài)下。該產(chǎn)品又是汽車產(chǎn)品安全件，其應(yīng)在各種環(huán)境下具有高可靠性，如陰天、下雨、雪天等不同天氣環(huán)境;各種路況，例如國道、高速、鄉(xiāng)村公路、山路等等;冬季中極寒冷地區(qū)(-40℃);夏季中的炎熱地區(qū)(汽車在頻繁剎車時輪胎內(nèi)溫度可達125℃);不同的車速(0～200km/h)等。另因其防水、防腐蝕需要，整個發(fā)射PCB板和電池被環(huán)氧灌封膠所密封，所以發(fā)射模塊一旦安裝上，整個使用期間，就不能更換電池和元器件，一般發(fā)射系統(tǒng)都要求有5～6年使用工作壽命，這就需要在設(shè)計時要嚴格選擇各個器件。

　　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，通過天線進行發(fā)射，提供給車身控制器。根據(jù)胎壓發(fā)射系統(tǒng)需要完成的功能，發(fā)射系統(tǒng)需要包括：(1)壓力溫度傳感器;(2)微控制器;(3)RF發(fā)射器;(4)電池;(5)天線。依據(jù)上面的描述，汽車胎壓監(jiān)測發(fā)射系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

　　關(guān)鍵元器件選擇

　　傳感器選擇

　　傳感器芯片是發(fā)射系統(tǒng)的核心元器件，汽車輪胎獨特的工作環(huán)境條件，決定了傳感器的高要求：寬溫工作區(qū)(-40～125℃)、寬電源電壓范圍內(nèi)較高的測量精度和可靠性、較低的功耗、惡劣環(huán)境無線信號傳輸穩(wěn)定性要求。

　　較早以前的TPMS發(fā)射系統(tǒng)一般由溫度壓力傳感器+微控制器+RF芯片(如SP12+PIC16F+TDK5100F或MAX7044)組成，到后來的溫度壓力傳感器，微控制器集成在一起+RF芯片(如SP30+TDK5100F或MAX7044)組成，到最近的Infineon(英飛凌)公司推出的把溫度壓力傳感器，微控制器、RF芯片都集成在一塊芯片上，整個TPMS發(fā)射系統(tǒng)只需要一顆SP37芯片就可以完成控制、測量、發(fā)射射頻的所有功能，大大簡化開發(fā)的時間和系統(tǒng)成本。

　　Infineon(英飛凌)公司的SP370-25-106-0，芯片內(nèi)部集成了圖2所有功能處理模塊，其整合了硅顯微機械加工的壓力傳感器、溫度傳感器與加速度傳感器，內(nèi)部集成一個低功耗8位兼容8051指令的控制器，并內(nèi)部集成了ASK/FSK調(diào)制方式的發(fā)射器，射頻輸出功率5～8dBm(50Ω負載);集成了高靈敏度125kHz低頻接收器。

　　SP37具有下電、運行、空閑、關(guān)斷4種工作模式，并有IT/LT喚醒、PORT喚醒和LF低頻檢測喚醒3種喚醒方式，能夠有效地滿足系統(tǒng)低功耗設(shè)計要求。壓力測量范圍0~3.5Bar;溫度測量范圍-40~+125℃，向心加速度測量范圍-12g~115g，工作電壓范圍1.9~3.6V?；赟P37的電路原理圖如圖3所示。