TPMS外置編碼存儲器式輪胎定位技術(shù)設計方案

TPMS外置編碼存儲器式輪胎定位技術(shù)設計方案

TPMS技術(shù)及輪胎定位原理 　　

汽車(chē)輪胎壓力監測系統（TPMS）主要用于在汽車(chē)行駛時(shí)，適時(shí)地對輪胎氣壓進(jìn)行自動(dòng)監測，對輪胎漏氣造成低胎壓和高溫高胎壓爆胎進(jìn)行預警，確保行車(chē)安全。 TPMS中的輪胎定位是指系統接受輪胎發(fā)射模塊發(fā)出的信號，并識別、判定出是哪個(gè)輪胎的過(guò)程。

輪胎重新定位問(wèn)題的提出 　

汽車(chē)因為前后左右車(chē)輪負荷不均、前輪負責轉向和前后軸懸掛角度不同等原因，通常各輪胎磨損程度和位置也不同。為了延長(cháng)輪胎的使用壽命，達到四個(gè)輪胎同步均勻磨損的效果，這就需要定期進(jìn)行輪胎換位。在輪胎換位的過(guò)程中，相應的發(fā)射檢測模塊也會(huì )換位。這就導致了原先存儲在接收顯示模塊MCU中的ID碼與輪胎對應識別關(guān)系信息不再適用于換胎后的輪胎位置，即顯示屏上的輪胎壓力和溫度信息和輪胎的對應關(guān)系產(chǎn)生錯誤。如果調換新的輪胎或者某一輪胎的發(fā)射檢測模塊損壞，用戶(hù)需要更換該模塊時(shí)。新模塊的ID碼與損壞的發(fā)射檢測模塊不同。原先存儲在接收顯示模塊MCU中的ID碼與輪胎對應身份識別關(guān)系信息不再適用于更換模塊后的ID碼，接收顯示模塊會(huì )將更換的模塊的信息丟棄，顯示屏上將無(wú)法顯示新模塊發(fā)出的壓力和溫度信息。 這樣在輪胎換位或調換輪胎時(shí)就存在一個(gè)輪胎重新定位的問(wèn)題。

現有TPMS采用的輪胎定位技術(shù) 　　

目前，解決TPMS輪胎換位和調換輪胎時(shí)的重新定位問(wèn)題常見(jiàn)的有以下四種方式。

1 定編碼式 　　定編碼方式中，接收顯示模塊MCU中的ID碼與輪胎對應定位關(guān)系信息在出廠(chǎng)時(shí)是固化的，在使用中不可更改。這種方式的不足之處是：安裝錯位會(huì )導致定位混亂；發(fā)射模塊損壞后，用戶(hù)必須向原廠(chǎng)商購買(mǎi)與損壞模塊編碼一致的模塊；輪胎換位時(shí)發(fā)射檢測模塊必須按照其標記位置重新安裝一次。

2 界面輸入式 　　界面輸入式定位技術(shù)是將每個(gè)發(fā)射模塊的識別ID碼打印在外包裝或產(chǎn)品上，但當輪胎換位或發(fā)射模塊損壞后，就必須將識別ID碼用按鍵輸入到接收端進(jìn)行重新定位。界面輸入式的識別ID碼長(cháng)為16或32位，輸入流程復雜，容易出現碼組輸入錯誤問(wèn)題。此外，這些按鍵在本來(lái)就儀表眾多的車(chē)上顯得十分突兀。

3 低頻喚醒式 　　低頻喚醒式定位技術(shù)是利用低頻（LF）信號（125kHz）的近場(chǎng)效應。在該方案中，在每個(gè)輪胎附近有個(gè)LF天線(xiàn)；TPMS可以通過(guò)對應輪胎附近的LF天線(xiàn)發(fā)出LF信號，單獨觸發(fā)對應輪胎的發(fā)射檢測模塊，然后由被觸發(fā)的發(fā)射檢測模塊將身份識別碼通過(guò)RF發(fā)射出來(lái)，接收模塊通過(guò)RF信號得到相應ID，從而自動(dòng)確定輪胎位置。該定位方式的不足之處是：需要4個(gè)LF天線(xiàn)安裝在對應的輪胎附近，安裝及布線(xiàn)工作量大；LF信號可能會(huì )誤觸發(fā)相鄰的發(fā)射檢測模塊；汽車(chē)上電磁環(huán)境復雜，存在各種干擾，會(huì )對低頻信號造成干擾，導致身份識別失效。

圖1 外圍編碼存儲器式定位技術(shù)原理圖

4 天線(xiàn)接收近發(fā)射場(chǎng)式 　　該定位技術(shù)接收顯示模塊的接收天線(xiàn)有4個(gè)，分別延伸到每個(gè)輪胎20～30cm的近場(chǎng)內，接收天線(xiàn)由數控微波開(kāi)關(guān)控制。當需接收某個(gè)輪胎發(fā)射檢測模塊的信息時(shí)，只有靠該輪胎接收天線(xiàn)的微波開(kāi)關(guān)是導通的，其他都處于關(guān)閉狀態(tài)，接收顯示器上顯示該輪胎的氣壓和溫度。該定位技術(shù)的不足之處是：天線(xiàn)布線(xiàn)復雜，微波開(kāi)關(guān)成本高，目前技術(shù)水平下RF開(kāi)關(guān)隔離度不夠，有串碼（即接收到了別的輪胎的信息）的可能；汽車(chē)上的電磁干擾可能導致定位失效；射頻開(kāi)關(guān)的導通時(shí)序是按一定規則的，而４個(gè)輪胎發(fā)射檢測模塊的發(fā)射是隨機的，故會(huì )存在某個(gè)輪胎附近的射頻開(kāi)關(guān)導通時(shí)，該輪胎的發(fā)射檢測模塊正好沒(méi)有發(fā)射信號，導致漏幀。

外置編碼存儲器式輪胎定位技術(shù) 　　外置編碼存儲器輪胎定位技術(shù)是一種新型的TPMS輪胎定位技術(shù)。如圖1所示，采用外置編碼存儲器的TPMS同樣由發(fā)射檢測模塊和接收顯示模塊組成，其特征在于，在接收顯示模塊接插有插入式編碼存儲器，每個(gè)發(fā)射檢測模塊均有一個(gè)固定的ID碼，與對應編碼存儲器的ID碼一致。 　　輪胎換位或者更換時(shí)，只需調換或更換插入式編碼存儲器。外置編碼存儲器式輪胎定位技術(shù)通過(guò)調整顯示模塊編碼存儲器中的ID碼與每個(gè)發(fā)射檢測模塊中的ID碼的對應關(guān)系，將重新識別身份的問(wèn)題轉換成ID碼的換位設置問(wèn)題，是簡(jiǎn)單、有效的解決方案。其插頭插入的操作方式簡(jiǎn)單可靠。通過(guò)I/O讀入插入式編碼存儲器電路中的編碼，避免了用無(wú)線(xiàn)方式讀入ID編碼，從根本上解決了干擾的問(wèn)題。

外置編碼存儲器的電路設計 　圖2是TPMS系統的電路實(shí)現框圖，本文主要對外置插入式編碼存儲器電路進(jìn)行闡述，不涉及發(fā)射機和顯示器本身的電路。外置編碼存儲器電路的設計包括兩部分，一是和主機的連接部分，即連接電路的設計，二是存儲器的設計。

圖2 TPMS系統電路框圖

1 連接電路的設計 　連接電路即將編碼存儲器電路和主控制器電路連接在一起的接口。由于是在汽車(chē)上應用，要考慮接口的可靠性，有如下的幾種設計。

（1）插頭和插座

圖3 移位存儲電路

圖4 二極管存儲矩陣 　　

通過(guò)插頭和插座的連接接口電路，這種設計的好處是可以使用市場(chǎng)上通用的插座；缺點(diǎn)是尺寸比較大。

（2）卡座 　　在PCB上做出鍍金接頭，即金手指。將PCB通過(guò)金手指直接插在插座上，通過(guò)金手指和插座連接。這種設計簡(jiǎn)單，成本低，但是對于振動(dòng)的抵抗力差，可靠性較低。

（3）SIM卡或IC形式 　　將存儲電路做在SIM卡中，通過(guò)SIM卡或IC卡接口讀出存儲器中的編碼；接口也做在SIM卡中，采用SIM卡通用的接口設計。優(yōu)點(diǎn)是可靠性高、體積小，缺點(diǎn)是成本也高。 　　在方案實(shí)施的過(guò)程中，在連接器電路上選擇了一種帶卡扣鎖緊的插頭以保證了可靠性。

2 編碼存儲器的設計 　　存儲器的形式很多，可分為移位存儲器和矩陣存儲器兩種。目前可以采用分離元件做，也可以采用市面上的成熟電路來(lái)制作。汽車(chē)電子應用的電路對電磁兼容的要求很高，以下列舉幾個(gè)具體電路。

（1）移位存儲器 　　如圖3所示，寫(xiě)入數據時(shí)，每次時(shí)鐘信號到來(lái)，將D1數據移入寄存器，同時(shí)所有數據右移一位。讀出數據時(shí)，每次時(shí)鐘信號到來(lái)，所有數據左移一位，讀出D1端口上的值，優(yōu)點(diǎn)是占用I/O端口少，缺點(diǎn)是讀取速度較慢，而且需要時(shí)鐘的同步，實(shí)際上是串行口。

（2）矩陣存儲器 　　可以用開(kāi)關(guān)、二極管、mos管、三極管或PLA實(shí)現，優(yōu)點(diǎn)是讀取速度快，缺點(diǎn)是占用I/O口多，實(shí)際上是并行口。

● 二極管存儲矩陣 　　如圖4所示，二極管存儲矩陣實(shí)際上是一個(gè)二極管編碼器，當PTB0～PTB3上的某一根線(xiàn)上是低電平，其余的線(xiàn)是高電平時(shí)；可以讀出PTB0～PTB3上的值；PTB0～PTB3上有上拉電阻，接點(diǎn)上連接有二極管的為邏輯“0”；沒(méi)接的為邏輯“1”。當PTB0～PTB3上的4根線(xiàn)依次為低電平時(shí)，PTB0～PTB3就可以讀出4個(gè)4位編碼，一起構成一個(gè)16位的編碼。

● MOS管和三極管存儲矩陣

圖5 管存儲矩陣 　　

如圖5所示，MOS管和三極管存儲矩陣原理上和二極管存儲矩陣是一致的，只是將二極管換成了MOS管和三極管。 　　在存儲器電路的選擇上，為了避免在汽車(chē)的電磁環(huán)境下對時(shí)鐘的影響，放棄了移位存儲器，而選擇了矩陣存儲器，雖然占用的I/O口的數目較多，但是可靠性高而且讀取的速度快。選用的方案有兩種，一是耐高低溫的并行口數據存儲芯片，二是采用二極管的矩陣存儲器電路，優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單可靠且成本低。

外置編碼存儲器輪胎定位技術(shù)的實(shí)現 　　每一個(gè)發(fā)射檢測模塊對應一個(gè)插入式外置編碼存儲器（ID編碼插頭），編碼插頭中的編碼電路存儲的ID碼和對應的發(fā)射檢測模塊中固化在存儲器中的ID碼相同。 　　顯示模塊上每個(gè)輪胎數據顯示區域旁有ID識別碼編碼插座，當有插入式編碼存儲器插入ID識別碼編碼插座時(shí)，接收機通過(guò)定位ID碼插座讀出插入式編碼存儲器中的ID碼，并將該ID碼和對應輪胎數據顯示區域建立對應定位關(guān)系。 　　在每次開(kāi)機時(shí)，接收顯示模塊讀取插在各插座上的插入式外置編碼存儲器（ID編碼插頭）中的ID碼，然后重新設置存儲在接收顯示模塊MCU中的ID碼與輪胎對應定位關(guān)系信息，并保存起來(lái)。發(fā)射模塊發(fā)射來(lái)的對應信息后，接收模塊讀取其中的ID碼后，根據在接收顯示模塊MCU中的ID碼與輪胎對應定位關(guān)系信息來(lái)判斷是哪一個(gè)輪胎發(fā)出的信號，并將壓力和溫度信息顯示在對應區域。 　　用戶(hù)在使用時(shí)，如需輪胎換位，將對應的插入式編碼存儲器換位便可。當下一次開(kāi)機后，接收顯示模塊重新設置存儲在其MCU中的ID碼與輪胎對應定位關(guān)系信息，保證將信息顯示在正確的位置。 　　若用戶(hù)發(fā)現某一發(fā)射機損壞，只需到市場(chǎng)上購買(mǎi)一只發(fā)射檢測模塊套件（插入式外置編碼存儲器作為附件）。因為發(fā)射機中隨附一只插入式外置編碼存儲器，只需將損壞的發(fā)射模塊的插入式外置編碼存儲器拔下，重新插上隨機新的插入式編碼存儲器即可。當下一次開(kāi)機后，接收顯示模塊重新設置存儲在其MCU中的ID碼與輪胎對應定位關(guān)系信息，保證將新發(fā)射檢測模塊發(fā)出的信號顯示在正確的位置。