基于MC68HC908RF2的汽車胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

　　自汽車誕生100多年來，汽車爆胎造成的重大交通事故一直是困擾汽車界的技術(shù)難題。尤其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)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料數(shù)據(jù)表明[1]，目前我國在高速公路上發(fā)生的交通事故有70%～80%是由于輪胎問題引起的，其中將近50%為爆胎事故。怎樣防止爆胎已成為安全駕駛的一個重要課題。據(jù)專家分析，保持標(biāo)準(zhǔn)的車胎氣壓行駛和及時發(fā)現(xiàn)車胎漏氣是防止爆胎的關(guān)鍵。為此，基于解決此類問題的各種胎壓監(jiān)測系統(tǒng)[2](TPMS) 產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。本文介紹的TPMS是一種主動安全技術(shù)產(chǎn)品，它采用無線傳輸技術(shù)，通過胎壓監(jiān)測模塊和接收模塊，對在行使過程中的汽車輪胎氣壓、溫度實(shí)時自動地監(jiān)測，對輪胎漏氣、低壓、溫度過高進(jìn)行報警，即在發(fā)生事故前發(fā)出警報，提醒駕駛員采取措施，以防止爆胎事故的發(fā)生，為汽車駕駛者提供更可靠的保障。此外還有延長輪胎使用壽命，節(jié)省燃油的功能。

　　1 MC68HC908RF2芯片簡介

　　MC68HC908RF2[3]微控制器是FREESCALE公司生產(chǎn)的一款低成本、高性能的8位微控制器單元(MCU)，它是M68HC08家族中的成員之一，采用了增強(qiáng)型 M68HC08中心處理單元(CPU08)，適用于多種模式、存儲尺寸和類型。這款MCU產(chǎn)品經(jīng)過優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了低功耗運(yùn)行，采用小型的32針腳小外形四方扁平封裝(LQFP)，該封裝由兩部分組成，第一部分是2KB Flash HC08 MCU(部件編號MC68HC908RK2)；第二部分是射頻轉(zhuǎn)發(fā)器(部件編號MC33493)，在自由空間中能將數(shù)據(jù)傳輸幾百米，適用于汽車胎壓監(jiān)測系統(tǒng)。

　　MC68HC908RF2的主要特性如下：

(1)高性能的M68HC08體系結(jié)構(gòu)。
(2)完全向上兼容M6508、M146805和M68HC05系列的對象代碼。
(3)在3.3V供電時的最大內(nèi)部總線頻率為4MHz。
(4)2KB的片上FLASH存儲器，128B的片上RAM。
(5)16位的2通道定時器接口模塊(TIM)。
(6)12個通用I/O口，帶鍵盤喚醒功能的6位鍵盤中斷。
(7)1個內(nèi)置的高頻發(fā)射模塊UHF(MC33493模塊)。
(8)較寬的工作溫度范圍：-40°C～＋125°C。

　　2 汽車胎壓監(jiān)測系統(tǒng)工作原理

　　本設(shè)計(jì)是在基于FREESCALE的MC68HC908RF2、MPXY8020A[4]、MC33594[5]等核心芯片以及優(yōu)化解決方案的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)的一套汽車胎壓監(jiān)測報警系統(tǒng)，對高速行駛汽車的胎壓進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測及預(yù)報，并記錄最后100秒的胎壓信息，為安全行車及行車管理提供依據(jù)。系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

　　由圖1可知，該監(jiān)測系統(tǒng)由胎壓監(jiān)測模塊和中央接收模塊兩個主要部分組成。其中胎壓監(jiān)測模塊安裝在汽車輪胎內(nèi)，該模塊帶有傳感器和無線發(fā)射裝置，主要用來監(jiān)測輪胎內(nèi)的氣壓和溫度并把監(jiān)測到的數(shù)據(jù)通過發(fā)射裝置發(fā)送給接收模塊；中央接收模塊安裝在駕駛室操作盤附近，帶有無線接收裝置、聲光報警模塊和液晶顯示模塊，無線接收裝置接收到胎壓監(jiān)測模塊發(fā)送來的數(shù)據(jù)，將各輪胎的氣壓和溫度由液晶顯示模塊顯示，駕駛者通過顯示模塊即可掌握各個輪胎的氣壓和溫度狀況，當(dāng)輪胎氣壓、溫度發(fā)生異常將要出現(xiàn)危險征兆時，就會通過聲光報警模塊自動報警，以提醒駕駛者減速慢行或做相應(yīng)的檢查和檢修，從而保證行車的安全以及輪胎保持在正常運(yùn)行狀態(tài)。此外，為了系統(tǒng)功能的更新和維護(hù)方便，該模塊還保留了與上位機(jī)的USART通信接口。

　　3 汽車胎壓監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　汽車胎壓監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要分為胎壓監(jiān)測模塊和中央接收模塊兩大部分，下面介紹具體實(shí)現(xiàn)。

　　3.1 胎壓監(jiān)測模塊硬件設(shè)計(jì)

　　由圖2可知，胎壓監(jiān)測模塊硬件部分主要由傳感器、控制器和天線匹配網(wǎng)絡(luò)三部分組成。其中傳感器采用的是具有測量溫度、壓力功能的MPXY8020A。該傳感器將一個變?nèi)輭毫鞲性?、一個溫度傳感元件和一個接口電路(帶喚醒功能)集成在同一芯片中；具有電源管理和數(shù)字輸出功能，其低功耗的特殊功能是專門為TPMS而設(shè)計(jì)，內(nèi)部的介質(zhì)保護(hù)過濾器可以使其硅片免受環(huán)境影響。MPXY8020A根據(jù)對S0、S1管腳的不同配置有4種操作模式：待機(jī)/復(fù)位模式、測量氣壓模式、測量溫度模式和輸出數(shù)據(jù)讀取模式。與控制器MC68HC908RF2共有6條引腳連線，其中2個引腳用于控制其操作模式，2個引腳用于數(shù)據(jù)串行交換，1個引腳用于喚醒控制器。 MPXY8020A還具有復(fù)位功能，該引腳作為一個輸出端子，定時向控制器發(fā)送復(fù)位信號，確保模塊可靠工作。