基于ZigBee技術(shù)的新型TPMS設計

汽車(chē)輪胎壓力監視系統(TPMS)是一種能對汽車(chē)輪胎氣壓進(jìn)行自動(dòng)檢測，并對胎壓異常情況進(jìn)行報警的預警系統。本文結合ZigBee技術(shù)的低成本、低功耗、設備地址唯一等優(yōu)點(diǎn)，將輪胎內部安裝的壓力、溫度傳感器組成一個(gè)微型ZigBee網(wǎng)絡(luò )。

監測網(wǎng)絡(luò )總體設計
ZigBee技術(shù)是新興的一種近距離、低成本、低功耗、低數據速率的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。它基于IEEE 802.15.4協(xié)議標準，主要工作在免授權的2.4GHz頻段，數據速率為20～250Kb/s，最大傳輸范圍在10～75m。ZigBee網(wǎng)絡(luò )中定義了兩種物理設備類(lèi)型:全功能設備 (FFD)和精簡(jiǎn)功能設備 (RFD)。其中，FFD支持任何拓撲結構，可以充當網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器，能和任何設備通信；RFD不能完成網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器功能，且只能與FFD通信，兩個(gè)RFD之間不能通信，但它的內部電路比FFD少，因此實(shí)現相對簡(jiǎn)單，也更利于節能。

直接式TPMS系統利用安裝在每一個(gè)輪胎里的壓力傳感器來(lái)直接測量輪胎的氣壓，通過(guò)無(wú)線(xiàn)或者有線(xiàn)的方式將數據傳到安裝在駕駛臺的監視器上，監視器實(shí)時(shí)顯示各個(gè)輪胎的狀況，一旦出現異常，系統就會(huì )自動(dòng)報警以提醒司機進(jìn)行及時(shí)處理。本監測網(wǎng)絡(luò )就是一種直接式TPMS系統。

ZigBee監測網(wǎng)絡(luò )原理框圖如圖1所示，該監測網(wǎng)絡(luò )包括四個(gè)輪胎監測器和一個(gè)車(chē)載監視器。工作原理：四個(gè)輪胎監測器是RFD網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，安裝在輪轂上，能實(shí)時(shí)檢測輪胎內的溫度和壓力值并發(fā)送到車(chē)載監視器顯示；駕駛員也可以通過(guò)車(chē)載監視器主動(dòng)訪(fǎng)問(wèn)各個(gè)輪胎的氣壓狀態(tài)。車(chē)載監視器是FFD設備，充當網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器，通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式接受各輪胎的壓力、溫度和監測器狀態(tài)，并通過(guò)顯示設備進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示或聲光報警。由一個(gè)FFD網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器和四個(gè)RFD終端節點(diǎn)共同組成一個(gè)星型拓撲結構的微型ZigBee胎壓監測網(wǎng)絡(luò )，射頻方式符合IEEE 802.15.4協(xié)議標準。

圖1 監測網(wǎng)絡(luò )原理框圖

監測網(wǎng)絡(luò )硬件方案設計
該監測網(wǎng)絡(luò )中包括兩種硬件模塊：輪胎監測器和車(chē)載監視器。基于ZigBee技術(shù)的原理和特點(diǎn)，本文以Chipcon公司的系統級芯片CC2430為核心，設計了輪胎監測器和車(chē)載監視器的硬件電路，如圖2所示。

a) 輪胎監測器

b) 車(chē)載監視器

圖2 硬件模塊框圖