基于射頻收發(fā)芯片CC1100的TPMS方案

0 引言
汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)汽車(chē)配備用品行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)升級。其中，繼安全氣囊、ABS（防抱死制動(dòng)系統）后，國際汽車(chē)領(lǐng)域出現的TPMS（汽車(chē)胎壓檢測系統），被譽(yù)為新一代汽車(chē)高科技安全配備用品。在汽車(chē)的高速行駛過(guò)程中，輪胎故障是所有駕駛者最為擔心和最難預防的，也是突發(fā)性交通事故發(fā)生的重要原因。據統計，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。據有關(guān)專(zhuān)家分析，保持標準的車(chē)胎氣壓行駛和及時(shí)發(fā)現車(chē)胎漏氣是防止爆胎的關(guān)鍵。

國外自20世紀70年代末開(kāi)始研究輪胎氣壓監測裝置，歸納起來(lái)，主要分為兩種類(lèi)型：一種是基于車(chē)輪速度的（間接式）；另一種是基于壓力傳感器的（直接式）?，F在美國及歐洲一些國家已將TPMS作為汽車(chē)必裝設備。我國TPMS的研究雖然起步較晚，但在2003年11月24日頒布的國家標準――《機動(dòng)車(chē)運行安全技術(shù)條件（征求意見(jiàn)稿）》中，對安裝輪胎壓力檢測裝置作出了說(shuō)明，可見(jiàn)我國已開(kāi)始重視TPMS的發(fā)展。

本文提出的TPMS采用模塊化的設計，規范化的編程，其核心部分是將采集到的溫度壓力數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式進(jìn)行發(fā)送和接收。利用Chipcon公司生產(chǎn)的無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片CC1100能很好地解決這一問(wèn)題，它支持ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，功耗低，無(wú)需申請頻點(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，支承汽車(chē)重量，吸收和緩和沖擊與振動(dòng)，并使汽車(chē)與地面保持良好的附著(zhù)性能，從而有效地傳遞汽車(chē)的驅動(dòng)力矩或制動(dòng)力矩。輪胎的工作特性對汽車(chē)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(guò)高。由于環(huán)境氣溫過(guò)高，以及輪胎在高速旋轉時(shí)與地面的摩擦，都有可能導致輪胎溫度過(guò)高，從而使橡膠老化，縮短了輪胎的使用壽命。

b）輪胎內部氣壓過(guò)大或欠壓。當汽車(chē)負載過(guò)高或者溫度過(guò)高而引起胎內氣體膨脹時(shí)，都會(huì )導致輪胎內部氣壓過(guò)大而發(fā)生爆胎現象。

c）輪胎漏氣導致欠壓，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。

輪胎的機械性能主要是通過(guò)輪胎內部的溫度和壓力反映出來(lái)，因此，TPMS只要能夠實(shí)時(shí)地檢測到輪胎內部的溫度和壓力情況，就可以分析出輪胎的運行狀況。

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

a）考慮到安裝并采用紐扣電池供電等問(wèn)題，采樣發(fā)射端應體積小、功耗低。
b）系統能識別本各采樣發(fā)射端發(fā)來(lái)的溫度、壓力測量值。
c）系統能濾除別的汽車(chē)發(fā)來(lái)的任何數據。
d）接收端能對各采樣發(fā)射端發(fā)來(lái)的溫度、壓力測量值實(shí)時(shí)顯示，并能進(jìn)行越限報警。

2、TPMS原理與硬件設計
2.1 TPMS的系統結構
TPMS由采樣發(fā)射模塊和接收模塊構成。采樣發(fā)射模塊安裝在輪胎內，接收模塊安裝在車(chē)廂內。采樣發(fā)射模塊對壓力傳感器檢測的氣壓和溫度信號進(jìn)行采樣，由MCU（微控制單元）進(jìn)行數據分析處理后送給射頻發(fā)射電路，信號經(jīng)調制后發(fā)射給接收模塊。接收模塊的解調電路將發(fā)射模塊發(fā)射出來(lái)的射頻信號放大解調后，將數字信號送給MCU。MCU作出相應的處理，如更新當前壓力值、聲光報警等，從而實(shí)現輪胎壓力的顯示和監控。由傳感器、MCU、發(fā)射、接收等主要芯片組成的TPMS結構框圖如圖1所示。系統總體布局如圖2所示。