TPMS解决方案中的几个关键问题

经典word整理文档，仅参考，双击此处可删除页眉页脚。本资料属于网络整理，如有侵权，请联系删除，谢谢！TPMS解决方案中的几个关键问题||引言爆胎引发的交通事故占事故总数的70％；在美国，这一比例更是高达80％。爆胎造成的经汽车安全系统必备的功能。车轮胎气压监测系统TPMS(TirePressureMonitoringSystem)应运而生。TPMS有直接式和间接式两种，本文提出的是直接式TPMS。历经一年多的时间，笔者成功地完成了TPMS工作可靠，能够达到安全预警的目的。下面着重探讨和总结一些关键技术问题。1汽车轮胎气压监测系统(TPMS)解决方案TPMS包括传感器、发射模块和接收模块三大部分。传感器和发射模块连接原理框图如图l所示。1．1传感器系统选用的是Infineon公司的硅压阻式压力传感器SPl2SoC温度传感器，加速度计，电池电压榆测，内部时钟和一个包含ADC、取样／保持、SPI口、数据管理以及ID码的数字信号处理单元。模块可以利用客户专用软件进行配置，其测量精度能达0．0l％～O．03％Fs(FullScale，满量程)。此外，它还具备唤醒瞬态工作模式，每6s会产生一个唤醒脉冲，每50min会产生一个复位脉冲。1.2射频发射、接收芯片RF发射是主要的耗能元件。Infineon公司专门为低功耗无线射频数据传输而设计的射频芯片TDK5100F。它具有工作频带宽、功耗低、工作环境温度范围宽、数据传输速度快、工作电压范围宽、可工作在FSK和ASK两种方式及自带锁相环(PLL)等优点。另外，系统选用了与TDK5100F芯片配套的无线射频接收芯片TDA5210。TDA5210具有功耗低、灵敏度高、工作频带宽等优点。1.3电路示意图及程序设计策略发射模块电路原理框图如图2所示。发射模块程序设计如下：系统上电完成自检进入正常工作后，微控制器PICl6F54首先发指令使SPl2测试压力和温度值，判断压力和温度是否异常，接收模块；若正常，PICl6F54继续发指令使SPl2测轮胎的加速度值(指轮胎旋转的离心加速度。该加速度可用来估计汽车当时的行驶速度)，以此来设定测试压力、温度数据的时间间隔(速度高时检测适当频繁，反之，检测适当减少)；合理变长；在速度高的情况下，合理变短，从而使系统通过软件设计成功实现低功耗。接收模块电路原理框图如图3所示。接收模块程序设计如下：接收芯片TDA52lO接收到从轮胎模块发送来的数PDO脚传送给主控制器P89V51RD2。P89V51RD2通过硬件串口的形式读取来自TDA5210的一帧数据后，先重新计算校验和以确保接收的数据无据帧中的轮胎ID与存储在P89V51RD2存储器中的4个ID可保存相应的温度和压力值(包括左前胎、左后胎、右前胎、右后胎)；同时，P89V51RD2按照一定的时间间隔(比如3s)循环显示4判断温度和压力值是否正常，以决定是否启动报警功能。报警功能包括高压报警、低压报警、泄漏报警和高温报警。2系统开发中的几个关键问题2．1天线的设计1/4，就本系统而言。使用的电磁波的频率是433．92MHz，那么波长所以0.25λ=17.3cm第二个重要参数是天线的阻抗。阻抗匹配在天线设计中异常重要，l／4波长天线的典型阻抗是36Ω。算公式如下：①相邻导线间的电容式中：l为平行线的长度(cm)s为相邻导线间距(mm)l为导线厚度(mm)，w为导线宽度(mm)，εr为基板的相对介电常数；所求电容的单位为μF。②导线电感式中：l为导线长度(cm)，w为导线宽度(cm)，t为导线厚度(cm)；所求电感的单位为μH。③平行导线问互感式中：l为导线长度(cm)，D为两导线中心距(cm)；所求互感单位为μH。12m左右的基础上改进到后来的30m以上，大大增加了信号的传输距离和传输稳定性。2.2低功耗由于传感器电池很难更换，为了保证TPMS发射模块在一节锂电池下能工作5～7年，系统的低功耗是一个十分重要的课题，因此只有在大多数时间让系统进入睡眠状态，才能省电与延长电池寿命。本系统选择了英飞凌公司的SPl2传感器。利用该传感器的唤醒瞬态工作模式(每6s输出一个唤醒信号，每50min输出一个复位信号)，当它工作在睡眠模式时，电流消耗仅O．6μA／s；另外，在该传感器模块中增加了加速度传感器，时(表示汽车没有运动)，让系统进入睡眠状态，可大大降低系统功耗；在汽车开动射数据时间间隔。加速度大(即车速高)的时候测试和发射数据的频率高，加速度小(即车速低)寿命。SPl2测得的加速度是轮子转动的离心加速度，轮子转速大，a=ω2r(其中，ω为车轮转动的角速度；r为发射模块相对于轮轴的距离)，只要知道车轮转动的角速度w就可求得加速度a。2.3无线信号传输TPMS需要着力解决的一个关键技术是无线信号传输的稳定性和可靠性问而且汽车内电子产品丰富，信号会出现漂移及时有时无的情况；另外在使用手机、汽车音响等产品时，信号相互会有干扰，信号的稳定性会受到影响，因此，屏蔽和抗干扰等问题就显得尤为重要。为此，在选择无线信号传输收／发模块时使用了芯片组TDK5100F和TDA5210；同时，为提高数据抗干扰能力，采用Mailchest编码和FSK(Frequency-ShiftKeying频移键控)(CRCCCITT)对无线信号传输质量进行检查控制，进一步保证了无线信号传输的稳定性和可靠性。3系统性能分析笔者用人工模拟的方法对高压、低压、高温、漏气以及SPl2的加速度功能确。整体效果较好。30m压和温度状况。结语