基于MC68HC908RF2的汽車(chē)胎壓監測系統的設計與研究

　　自汽車(chē)誕生100多年來(lái)，汽車(chē)爆胎造成的重大交通事故一直是困擾汽車(chē)界的技術(shù)難題。尤其在汽車(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。據相關(guān)統計資料數據表明[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(wèn)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(gè)重要課題。據專(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。為此，基于解決此類(lèi)問(wèn)題的各種胎壓監測系統[2](TPMS) 產(chǎn)品應運而生。本文介紹的TPMS是一種主動(dòng)安全技術(shù)產(chǎn)品，它采用無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)，通過(guò)胎壓監測模塊和接收模塊，對在行使過(guò)程中的汽車(chē)輪胎氣壓、溫度實(shí)時(shí)自動(dòng)地監測，對輪胎漏氣、低壓、溫度過(guò)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(chē)駕駛者提供更可靠的保障。此外還有延長(cháng)輪胎使用壽命，節省燃油的功能。

　　1 MC68HC908RF2芯片簡(jiǎn)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，采用了增強型 M68HC08中心處理單元(CPU08)，適用于多種模式、存儲尺寸和類(lèi)型。這款MCU產(chǎn)品經(jīng)過(guò)優(yōu)化，實(shí)現了低功耗運行，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)；第二部分是射頻轉發(fā)器(部件編號MC33493)，在自由空間中能將數據傳輸幾百米，適用于汽車(chē)胎壓監測系統。

　　MC68HC908RF2的主要特性如下：

(1)高性能的M68HC08體系結構。
(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(shí)的最大內部總線(xiàn)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(shí)器接口模塊(TIM)。
(6)12個(gè)通用I/O口，帶鍵盤(pán)喚醒功能的6位鍵盤(pán)中斷。
(7)1個(gè)內置的高頻發(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(chē)胎壓監測系統工作原理

　　本設計是在基于FREESCALE的MC68HC908RF2、MPXY8020A[4]、MC33594[5]等核心芯片以及優(yōu)化解決方案的基礎上，設計的一套汽車(chē)胎壓監測報警系統，對高速行駛汽車(chē)的胎壓進(jìn)行連續監測及預報，并記錄最后100秒的胎壓信息，為安全行車(chē)及行車(chē)管理提供依據。系統工作原理如圖1所示。

　　由圖1可知，該監測系統由胎壓監測模塊和中央接收模塊兩個(gè)主要部分組成。其中胎壓監測模塊安裝在汽車(chē)輪胎內，該模塊帶有傳感器和無(wú)線(xiàn)發(fā)射裝置，主要用來(lái)監測輪胎內的氣壓和溫度并把監測到的數據通過(guò)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(pán)附近，帶有無(wú)線(xiàn)接收裝置、聲光報警模塊和液晶顯示模塊，無(wú)線(xiàn)接收裝置接收到胎壓監測模塊發(fā)送來(lái)的數據，將各輪胎的氣壓和溫度由液晶顯示模塊顯示，駕駛者通過(guò)顯示模塊即可掌握各個(gè)輪胎的氣壓和溫度狀況，當輪胎氣壓、溫度發(fā)生異常將要出現危險征兆時(shí)，就會(huì )通過(guò)聲光報警模塊自動(dòng)報警，以提醒駕駛者減速慢行或做相應的檢查和檢修，從而保證行車(chē)的安全以及輪胎保持在正常運行狀態(tài)。此外，為了系統功能的更新和維護方便，該模塊還保留了與上位機的USART通信接口。

　　3 汽車(chē)胎壓監測系統硬件設計

　　汽車(chē)胎壓監測系統硬件設計主要分為胎壓監測模塊和中央接收模塊兩大部分，下面介紹具體實(shí)現。

　　3.1 胎壓監測模塊硬件設計

　　由圖2可知，胎壓監測模塊硬件部分主要由傳感器、控制器和天線(xiàn)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(gè)變容壓力傳感元件、一個(gè)溫度傳感元件和一個(gè)接口電路(帶喚醒功能)集成在同一芯片中；具有電源管理和數字輸出功能，其低功耗的特殊功能是專(zhuān)門(mén)為T(mén)PMS而設計，內部的介質(zhì)保護過(guò)濾器可以使其硅片免受環(huán)境影響。MPXY8020A根據對S0、S1管腳的不同配置有4種操作模式：待機/復位模式、測量氣壓模式、測量溫度模式和輸出數據讀取模式。與控制器MC68HC908RF2共有6條引腳連線(xiàn)，其中2個(gè)引腳用于控制其操作模式，2個(gè)引腳用于數據串行交換，1個(gè)引腳用于喚醒控制器。 MPXY8020A還具有復位功能，該引腳作為一個(gè)輸出端子，定時(shí)向控制器發(fā)送復位信號，確保模塊可靠工作。