轮胎压力检测系统设计论文-自学考试毕业论文

xx科技大学高等教育自学考试毕业论文PAGE26PAGE26轮胎压力检测系统设计摘要：随着汽车工业的发展和道路交通网络的扩大，同时由此而引起的安全问题在人们的生活中也是日益严重，随之引发的交通事故在不断增多。汽车轮胎压力监测系统(TPMS)由此应运而生，它是继ABS、安全气囊后第3个重要的汽车安全电子产品，主要用于在汽车行驶过程中对轮胎气压、温度进行实时自动监测，并对出现的异常情况进行实时报警，是驾车者和乘车人员的生命安全保障预警系统。本论文主要完成的工作分为以下几个过程：1）分析在各种车辆中经常出现的轮胎损耗、爆胎现象与轮胎气压和温度的关系；2）了解TPMS系统的发展历程、现状和趋势；3）对TPMS系统主机的结构进行创新性的改进，并分析新型结构与传统结构所具有的优势；4）完成TPMS系统主机模块的原理、结构、各种构成元件的硬件设计过程和选用器件的引脚配置等；5）确定基本的系统测试方法和测试过程,分析测试结果,得到研究设计结论。直接式TPMS是利用传感器实时测量每一个轮胎中的压力和温度,然后利用无线通信方式与TPMS主机进行通信，主机可以显示各个轮胎的气压和温度信息,并且在轮胎气压过低、过高、有漏气或轮胎内温度异常时发出声音警报，提高了系统的稳定性和准确性。随着我国的汽车数量的增多和人们对汽车安全的注,TPMS的需求必将会增大,TPMS的相关研究也将会更加迫切和深入。本论文通过对无线收发系统方面的改进，提高了TPMS在信息传递的准确率和可靠性，降低了系统功耗。关键词：轮胎；压力；传感器；无线收发系统TirePressureMonitoringSystemDesignAbstract：Withthedevelopmentoftheautomobileindustryandtheexpansionoftheroadtransportnetwork,andtheresultingsecurityproblemsinpeople'slivesisbecomingincreasinglyerious,followedbytrafficaccidentscausedontherise.TirePressureMonitoringSystem(TPMS)whichcameintobeing,itisFollowingtheABS,airbags,threeimportantautomotivesafetyelectronicproducts,mainlyforreal-timeautomaticmonitoringoftirepressure,temperatureinthevehiclewasexceptionandreal-timealarm,motoristsandbuspersonnellifesafetyandsecurityearlywarningsystems.Theworkcompletedbythisthesisisdividedintothefollowingprocess:1)analysisinvarioustypesofvehiclesoftentirewearandtear,puncturetherelationshipbetweenthephenomenonandtirepressureandtemperature;2)tounderstandthedevelopmentprocess,thestatusandtrendsofTPMSsystem;3)thestructureoftheTPMSsystemhostofinnovativeimprovements,andtoanalyzetheadvantagesofthenewstructureandthetraditionalstructure;4)completionoftheprincipleoftheTPMSsystemhostmodule,thestructure,thevariouselementsofthecomponentsofthehardwaredesignprocessandselectionofdevicesthepinconfiguration;5)determinethebasicsystemtestmethodsandtestprocedures,analysisoftestresults,thestudydesignconclusions.DirectTPMSsensorreal-timemeasurementofeachtire'spressureandtemperature,andthenusethewirelesscommunicationwiththeTPMStocommunicatewithhosts,thehostcandisplaytheindividualtirepressureandtemperatureinformation,andthetirepressureistoolow,toohigh,leakageorabnormaltemperatureinsidethetire,soundalerts,improvesystemstabilityandaccuracy.WiththeincreaseinthenumberofChina'sautomobileandvehiclesafetyconcerns,TPMSdemandwillcertainlyincrease,TPMS-relatedresearchwillalsobemoreurgentandin-depth.Inthisthesis,throughthewirelesstransceiversystemimprovementstoenhancetheaccuracyandreliabilityoftheTPMSinthetransmissionofinformation,reducesystempowerconsumption.Keywords：tires;pressure;sensor;wirelesstransceiversystem引言 IV第1章绪论 51.1课题产生背景 51.2课题研究的目的及意义 51.2.1轮胎压力与行车安全 51.2.2轮胎压力与使用寿命 61.3当前国内外相关技术的应用现状及发展趋势 71.3.1TPMS的应用现状 71.3.2当前国内外相关技术的发展趋势 8第2章TPMS的种类、工作原理及各自的优缺点 102.1TPMS的种类 102.1.1直接式TPMS 102.1.2间接式TPMS 122.1.3基于SAW的无源TPMS 132.2各种TPMS的优缺点 14第3章汽车轮胎气压监测系统工作原理及方案设计 153.1系统工作原理 153.1.1轮胎爆胎机理 153.1.2轮胎气压实时监测算法 173.2汽车轮胎气压实时监测系统方案设计 183.2.1系统方案论证 183.2.2系统设计要求 193.2.3系统方案总体设计 213.2.4监测模块的硬件总体设计 213.2.5主机控制模块的硬件总体设计 21第4章元器件选型 234.1传感器 234.2发射处理芯片 244.3TPMS接收芯片与接收控制器 254.4电池 264.5天线 274.6结论 27第5章汽车轮胎压力检测系统的硬件设计 285.1系统硬件总体设计 285.2轮胎监视摸块硬件设计 285.3主机控制模块硬件设计 30第6章结论与展望 316.1工作总结 316.2不足与展望 31致谢 33参考文献 34引言每年由爆胎引起的交通事故在所有的交通事故中占有很大的比重。随着人们对生命安全重视程度的提高，监测汽车轮胎压力就成为汽车安全的一个重要课题。轮胎压力监测系统（TPMS）就是在这个背景下应运而生。当前市场上的TPMS产品主要有二类：直接式TPMS和间接式TPMS。间接式TPMS没有压力传感器，它依靠ABS系统的轮速传感器来比较轮胎之间的转速差别，以达到监视胎压的变化。而直接式TPMS是依靠安装在轮胎内的压力和温度传感器将轮胎内的压力、温度数据以无线电波方式传送到接收器上，使驾车者能随时知晓轮胎的压力和温度的变化情况。本文介绍的是直接式TPMS，在这种方式中，轮胎内轮胎模块一旦装上，电池就不断地工作，因此轮胎和车轮模块低功耗、高速转动时射频接收灵敏度以及噪声抑制就成为系统设计的关键问题。在此原则之下，选用收发灵敏度高、准确率高、功耗低的芯片作为信号收发芯片。这样通过依靠安装在轮胎内的压力和温度传感器将轮胎内的压力、温度数据以无线电波方式传送到接收器上，使驾车者能随时知晓轮胎的压力和温度的变化情况，降低了交通事故的发生。

第1章绪论1.1课题产生背景随着汽车工业的不断发展，交通越来越便利，而随之引发的交通事故也在不断增多，其中由于轮胎的气压引起的比例非常高，这就使得人们需要对行驶中的轮胎气压进行关注。轮胎气压影响着汽车的使用性能和轮胎的寿命。当前，轮胎爆胎，疲劳驾驶，超速行驶已经成为高速公路事故的三大杀手。其中，轮胎爆胎由于其不可预测性和无法控制而成为首要因素。有人曾经用一句话来概括轮胎的重要性：当一个人坐到汽车里面以后，这个人实际上就交给了汽车；一旦汽车行驶起来，这个人实际上就全部交给了汽车。在汽车的高速行驶过程中，轮胎故障是所有驾驶者最为担心和最难预防的，也是突发性交通事故发生的重要原因。据统计，在中国高速公路上发生的交通事故有70％是由于爆胎引起的，而在美国这一比例则高达80％。怎样防止爆胎已成为安全驾驶的一个重要课题。据国家橡胶轮胎质量监督中心的专家分析，保持标准的汽车轮胎气压正常与稳定和及时发现车胎漏气是防止爆胎的关键。而汽车轮胎压力监视系统（TirePressureMonitoringSystem，简称TPMS）毫无疑问将是理想的工具。在客车和轻型卡车上必须安装轮胎气压监测系统（TPMS）以便在轮胎气压低于规定值时发出警报。于是，汽车轮胎气压监测技术应运而生。1.2课题研究的目的及意义1.2.1轮胎压力与行车安全轮胎压力对于汽车安全行驶的重要性众所周知，其性能的优劣，将直接影响汽车的驱动性，通过性，平顺性，稳定性，安全性和舒适性等。在引起交通事故的原因中，轮胎问题排在第三位。轮胎气压不足，将加大胎侧的弯曲变形，易导致胎内内壁帘线松散断裂。当气压高于标准值时，轮胎与路面接触面积减小，轮胎胎面中部区域承受的压力增高，磨损加剧，花纹底部开裂。又因此时轮胎刚度增大，起不到应有的缓冲作用，增大了轮胎与路而间的动载荷，汽车的平顺性变坏。轮胎的回正力矩减小，促使汽车操纵性能降低。行驶中遇到障碍物的冲击，易发生轮胎破裂，导致轮胎使用寿命的缩短。而轮胎与路面之间动载荷的增大，也意味着轮胎与路面之间的最小正压力增大，从而降低车轮的地面附着力，影响汽车的行驶安全性。当汽车高速行驶时，如果轮胎气压低于标准值，轮胎会急剧升温而脱层，这会削弱轮胎的强度及承载能力，最后导致轮胎破裂漏气。另外，如果前轮左右轮胎的气压不同，易造成行驶方向不稳定；如果后轮左右轮胎的气压不同，易造成局部超载而加剧轮胎的磨损；气压不同的双轮胎并装，易使气压高的轮胎负荷过重而出现早期磨损。因此，轮胎压力过高和过低都会对行车安全造成不利影响。1.2.2轮胎压力与使用寿命统计数据表明，当轮胎压力低于其额定值0.03MPa时，轮胎的正常使用寿命将会减少25％；当轮胎压力高于标准值25％时，其寿命将会降低15％～20％；对于轿车，其轮胎内压每下降0.05MPa，其承载力就减少l00N。从表1-1可以看出，随着气压的减少，轮胎的行驶里程逐渐缩短，使用寿命降低。气气压（%）行驶里程（%）气压（%）行驶里程（%）1001007050959765409088603385805530807050277560——表1–1不同气压下的行驶里程表（注：标准气压和标准气压下的行驶里程为100%）在使用过程中，能够按轮胎的标准气压充气，轮胎在行驶过程中就会均匀的磨损；保持了轮胎的最佳承载状态和良好的弹性，大大地延长轮胎的行驶里程。可见气压的大小对轮胎的使用性能有直接影响。气压对行驶里程的影响见图1-1标准内压%图1–1气压对轮胎行驶历程的影响的曲线图综上，气压是轮胎环境的重要因素，它控制着轮胎的使用寿命和各种特性。汽车轮胎压力检测系统能够时刻监视轮胎压力状况，保持行驶中车辆每个轮胎压力足够，防止轮胎爆胎以便行车安全，并且还可节省燃油以及延长轮胎寿命。1.3当前国内外相关技术的应用现状及发展趋势轮胎压力监测系统（TPMS）技术早在上世纪80年代就已提出，但由于当时缺乏有效的技术条件和成熟的市场环境，而仅停留在设想层面上。随着近几年来汽车工业和交通事业的发展，汽车的速度越来越高，拥有汽车的家庭越来越多，由轮胎爆胎引发的大量交通安全事故使这一课题成为研究热点。结合新的无线射频应用技术和集成电路工艺，研制TPMS已经提到日程上来。1.3.1TPMS的应用现状在TPMS及相关技术的研究发面，西方汽车工业发达国家在近几年都取得了相应的进展，出现了一批新产品。早在1996年丰田就有一种系统产品应用于当时生产的MarkⅡ型车上。但该系统不能直接测量轮胎压力，并存在容易产生误差的因素，数据的时效性与准确性也存在不足。2002年，约翰逊公司的轮胎压力实时监测系统被国际汽车工程（AE1）评为当年20个最有价值的汽车产品之首。这个系统包括一个特殊设计的车内后视镜、四个胎压传感器和发射、接收设备。系统工作时胎压数据是通过集成在轮胎气门阀内的发射机传送给风挡内的集成接收机，然后在后视镜上利用射频技术显示出来。这个系统在工作时可以将每个轮胎的压力数据实时显示，有较高的实用性和可行性。此外，还有一些同类相关产品问世，如西门子VDO汽车配件公司自主开发的轮胎哨兵（TireGuard）监测装置，英国A.I.R汽车配件公司生产和销售的轮胎守护神（TireShield）监测装置；法国米其林集团公司与威柏可（Wabco）公司合作开发的一种轮胎充气内压监测装置，是专供商用车使用的监测装置；德国BEAU公司与美国Lear公司联合推出的轮胎压力实时监测系统，将电子门锁装置与系统集成在一起，是近期推出的一种极具价格竞争力的整体解决方案。从最近发布的世界新车资料中得知，林肯大陆、奔驰、宝马、标志、道奇等中高档车均安装了TPMS。从以上这些目前国际市场上的汽车轮胎压力监测技术产品来看，通过对轮胎压力的监测来实现预防轮胎行车故障进而提升汽车安全性能，已成为当前汽车安全技术的新发展方向，也揭示了一种新的行车安全防范理念。美国及欧洲一些技术先进国家开展轮胎压力监测装置技术的研究很早，而轮胎压力监测装置技术在中国的发展还很滞后。目前，国内轮胎压力监测装置的相关产品虽然推出较多，但据对相关市场的调查了解，都是技术性能不甚完善、可靠性较差的简易系统产品，要么系统工作寿命极短，要么系统在低温或高温环境下失效，要么工作可靠性较差，在这方面的技术成熟产品基本还是空白。性能可靠、功能完善、技术成熟的均是一些国外公司品牌产品的代理，如来自日本的汽车轮胎压力监测装置“汽管严”，但价格高昂。因此，研制性能可靠、技术完善且价格能为当前多数国内消费者所接受的轮胎压力监测技术产品很有必要。1.3.2当前国内外相关技术的发展趋势当今的汽车轮胎压力监测系统在实现方式上可以归类为直接轮胎压力监测装置和间接轮胎压力监测装置。直接轮胎压力监测装置，要求在每个轮胎内使用压力传感器，并安装无线发射器，用于将压力信息从轮胎内部发送到中央接收器模块上的主机系统。间接轮胎压力监测装置，要求使用车辆防抱死制动系统（ABS）来确定轮胎压力变化。ABS是通过车速传感器来确定车轮是否抱死，从而决定是否启动防抱死系统。对于在4个轮子上都装有车轮速度传感器的系统来说，轮胎压力变低也会导致车速发生变化，此类软件的升级可以用于监测车速的变化，因为当轮胎压力降低时，车辆的重量会使轮胎直径变小，这反过来会导致车速发生变化。经过正确计算，这种车速变化可用于轮胎压力判别，并触发警报系统来向司机发出警告。每个系统都有自己的优点。直接系统可以提供更高级的功能，使用中可以随时测定每个轮胎内部的实际瞬压，很容易确定故障轮胎。间接系统相对便宜，使用间接系统，已经装备了4轮ABS（每个轮胎装备1个轮速传感器）的汽车只需对软件进行升级就可以监测车速的变化，从而间接的测量轮胎压力。根据美国交通部门的统计，在2000年时，安装了ABS系统的车辆已占总车辆数的67%。但是，目前这种系统没有直接系统准确率高，它根本不能确定故障轮胎。此外，在某些情况下此类系统会无法正常工作：例如同一车轴的2个轮胎气压都低。第2章TPMS的种类、工作原理及各自的优缺点目前TPMS主要分为两种类型：直接式TPMS（Pressure–SensorBasedTPMS）和间接式TPMS（Wheel-SpeedBasedTPMS）。2.1TPMS的种类2.1.1直接式TPMS直接式TPMS的工作原理本质上是利用安装在每一个轮胎里的压力传感器和温度传感器来直接控制并测量轮胎压力和温度，并对各轮胎气压进行实时的显示与监控。它的优点是在轮胎压力过高、过低、轮胎缓慢漏气或温度异常变化时可以及时向车载无线接收报警器报警，有效防止爆胎，可以同时监测所有轮胎的状况，并且系统对汽车的行驶速度没有要求；缺点在于无线电波容易受到外界干扰，感应模块的电池存在使用寿命问题。目前直接式TPMS主要是直接主动式TPMS和机械式TPMS，它们的区别在于传感器的类型。直接式TPMS的温度压力传感器一般是植入轮胎内部，而机械式TPMS的温度压力传感器一般是安装在轮胎的气门芯上的。直接式TPMS的工作原理图如图2-1所示。图2–1直接式TPMS的原理图直接机械式TPMS:机械式直接TPMS将系统分为轮胎模块和中央接收模块两部分。其中轮胎模块由压力传感器，控制器和发射器组成；中央接收模块由接收机，控制器和显示报警部分组成。机械式的TPMS与其它的TPMS的主要区别在于其压力传感器部分使用的是机械式压力传感器。直接主动式TPMS:目前大多数厂家所研制和汽车所使用的都是直接主动式TPMS，其原理框图如图2-2所示。TPMS系统主要有二个部分组成：安装在汽车轮胎里的远程轮胎压力监测模块（采样端）和安装在汽车驾驶台上的接收和显示模块（监测端）。直接安装在每个轮胎里测量轮胎压力和温度的模块，将测量得到的信号调制后通过高频无线电波（RF）发射出去。一个TPMS系统有4个或5个（包括备用胎）TPMS监测模块。接收模块接收TPMS监测模块发射的信号，将各个轮胎的压力和温度数据显示在屏幕上，供驾驶者参考。如果轮胎的压力或温度出现异常，中央监视器根据异常情况，发出报警信号，提醒驾驶者采取必要的措施。a)轮胎监视模块的结构图b)主机控制模块的结构图图2–2直接主动TPMS的结构图直接式TPMS还可以分为单向通信系统TPMS和双向通信系统TPMS。目前大多数直接式TPMS都是单向通信系统，即只存在从轮胎电子模块到接收机的单向信息通路，轮胎模块工作在完全自主的模式下。双向通信是指系统的遥感传感器及射频收发模块响应车体内射频收发和信息处理模块发来的状态报告要求，立即向内射频收发和信息处理模块报告轮胎目前的工作状况，遥感传感器及射频收发模块具备无线射频收发功能，永远处于待机状态，无条件的接收车体内射频收发和信息处理模块的指挥。轮胎模块监测到胎压/温度的变化或出现异常时，就发信息给接收机，但它无法确保接收机能够正确接收到此信息。由于汽车在实际行驶过程中，轮胎气压总是在一定范围内波动变化的，为了检测到轮胎气压的标准状态，程序设计成在200次的连续采样次数内，若有连续20次采得的气压值都属于同一个胎压状态，则认为气压状态是稳定的；若在200次的连续采样次数内，没有连续20次采得的气压值都属于同一个胎压状态的气压状态，则说明此时气压还不稳定，就必须重新开始新一轮的连续200次采样。目前还有学者提出一种三度EM的模拟方法，使得设计开发人员能够在初期的设计和研发阶段评估在不同测试环境下TPMS的性能。还可以根据传感器的不同将TPMS分为内置式TPMS和外置式TPMS，内置式TPMS是将压力传感器和信号发射部分直接固定在车轮钢圈上，主要用于真空轮胎，一般为汽车生产厂或轮胎生产厂选用，需根据各厂商的不同车型或者轮胎压的要求进行定制，可解决汽车厂商的一体化要求，而外置式TPMS安装比较简单，适合用于各种轮胎，但安装后需要对轮胎的平衡性等指标进行调校，以达到安全目的。2.1.2间接式TPMS间接式TPMS工作原理的本质在于在压力监测的过程中压力信号由轮胎至车体是非接触性传输或者气压值并非有传感器直接给出。目前常见的间接式TPMS有间接计算式TPMS和间接磁敏式TPMS。间接计算式TPMS：间接计算式TPMS是通过汽车系统的速度传感器比较轮胎之间的转速差别，来监测两轮胎压力的相对变化以达到监控胎压的目的。它的优点是耐用性强、可靠性高，不需要电池，也不存在受到无线电波的干扰的问题，不需要对汽车轮胎改装，成本比较低；它的缺点是无法对两个以上轮胎同步变化的状态和速度超过100公里/小时的情况进行判断。在汽车行驶过程中，轮胎的弹簧常数随轮胎气压的变化而发生变化。利用4个车轮上安装的ABS车轮传感器产生的波形信号并经过VSC（VehicleStabilityControlSystem）处理，求出轮胎的共振频率，由此可得轮胎的弹簧常数，在根据轮胎气压和弹簧常数成严格正比关系，最后求出轮胎气压，控制流程如图2-3所示。图2–3计算式间接TPMS的工作原理图间接磁敏式TPMS：图2-4为磁敏式间接轮胎气压监视系统组成框图。其中轮胎气压传感器安装在车轮轮毂上，而霍尔装置安装在与悬架支柱固接的托架或车轮制动底板上。汽车行驶时，轮胎气压变化引起压力传感器中磁性元件磁场方向变化（由此可见，虽然这里采用了气压传感器，气压值并非有传感器直接给出，故将其归为间接式），从而使通过霍尔装置磁敏元件的磁感应强度变化，霍尔装置的输出信号随之变化，由此实现充气压力信号由轮胎至车体的非接触传递。电子控制单元由单片机和外围接口组成，单片机对经过调理的霍尔装置的输出信号进行采样，并将数据送人存储器中，经运算分析和比较判断，得到轮胎气压值及其状态，通过接口芯片和驱动器，驱动显示报警装置在面板显示轮胎气压或在压力异常时进行声光报警。图2–4磁敏式间接TPMS的工作原理图2.1.3基于SAW的无源TPMS基于SAW的无源TPMS仍然属于主动式TPMS，但是它与一般的直接式TPMS的区别在于该系统在采样端不需要电池，因此将它作为一种特殊的关系列出来进行介绍。表面声波（SurfaceAcouticWave,SAW）是由英国物理学家瑞利在1885年发现的。他发现在弹性晶体的表面上上存在一种形式的波动，成为表面声波。并以波动数学理论证明其现象，故此表面成为瑞利波。只是当时他的研究结果，并没有引起任何在实务发展的回响。直到1965年，加州大学柏克莱分校的R.M.White和F.M.Voltmer两位教授，将指状电极（InterdigitalTransducers；IDT）结构制作在压晶体管的表面，并成功的产生了表面声波讯号后才正式开启了表面声波组件的应用。由于SAW组件可藉有不同的电极结构设计来产生不同的频率响应，故此后的30年，SAW组件被广泛的要运用在各类通讯领域的振荡器、谐振器及滤波器等电路中。另一方面，SAW在感测技术发展上，也具有相当大的潜力，因为SAW组件的灵敏度高，当晶体受到扰动影响，所产生的频率漂移都在数百KH间，利用目前的测量仪器，可精确侦测到1Hz的微小变化量。采用SAW传感器的无源TPMS主要由无线查询单元、中央处理单元以及SAW传感器3部分组成，前两部分可合称为中央收发处理单元。工作时，中央收发处理单元通过天线发出RF脉冲信号，SAW传感器通过天线接收射频脉冲信号并转换为声表面波；声表面波在传感器里传播时收集有关数据。随后声表面波再次被转换为射频信号并通过天线发射出去，中央收发处理单元接收信号并对所接收的内容进行判断处理。2.2各种TPMS的优缺点目前间接式TPMS有着明显的缺陷，这主要表现在：1)当前间接式的TPMS系统必须比较处于对角线上的两轮速度之和，不能比较前后两车轮的速度。2)当4个轮胎同样胎压不足时或者同一轴上两轮，同一边的两轮同样胎压不足时，系统不能够监测出来，而只能当两轮处于对角线上能监测出来；当速度超过100km/h的情况时，系统就不能够正常工作了；只有在单个轮胎或对角线上的两个轮胎以及3个轮胎的压力低于其他轮胎压力的30%以上，才能监测到低压现象；NHTSA在调查中发现，使用目前间接型TPMS的轮胎，在处于明显低压状态时只有占调查总数的50%发生了报警，而直接型TPMS都能发出报警。相比于间接式TPMS，直接式TPMS有着很多优点：能在任意瞬时监测到4个轮胎内的温度和压力大小，测量精度和准确度都要比间接式的要高，但它有不可避免的存在着一些弊端，比如，安装在4个轮胎内压力、温度传感器，信号处理和发射模块会打破原先的动平衡，在恶劣潮湿的环境下，轮胎内的电池会出现漏电现象，使得系统使用年限缩短。基于SAW的无源TPMS优点：可以测量轮胎温度、压力和轮胎道路摩擦力，不需要在轮胎内使用电源，实现了无源化，维护简单，减轻了传感器重量，降低了轮胎的动态负载，能够适用轮胎的恶劣工作环境。第3章汽车轮胎气压监测系统工作原理及方案设计轮胎是汽车行驶系统的重要部件，其性能的优劣，将直接影响汽车的驱动性、通过性、平顺性、稳定性、安全性和舒适性等。在汽车高速行驶过程中，轮胎爆胎是所有驾驶者最为担心和最难预防的，也是突发性交通事故发生的重要原因。因此，汽车轮胎气压实时监测系统的研制在提高行车安全、延长轮胎寿命等方面都有着重大的现实意义。本章主要来介绍汽车轮胎气压实时监测系统的工作原理。3.1系统工作原理3.1.1轮胎爆胎机理目前，国内由轮胎故障引起的突发交通事故的直接原因主要是轮胎充气压力的不足或过高。同时，国内的轮胎爆裂突发交通事故中也存在着其它人为因素影响。由于技术解决方案是有针对性地解决技术领域内的问题，所以，对汽车高速行驶状态下存在的轮胎结构选用不当、实际行驶速度高于轮胎规定速度、轮胎花纹过度磨耗、胎体意外损伤及违规超载等因素，这里不作讨论范围。（1）充气压力对轮胎爆胎的影响气压是轮胎的生命，掌握轮胎的标准充气压力，并按标准充气压力对轮胎充气是非常重要的。轮胎制造商在设计制造各种规格的轮胎时，已确定了它的最大负荷和相应的标准充气压力，充气压力过高和过低都会缩短轮胎的使用寿命。试验数据表明，当轮胎压力低于其额定值0.03MPa时，轮胎的正常使用寿命将会减少约25%；当轮胎压力高于标准值25%时，其寿命将会降低15%～20%。充气压力过低，轮胎胎体变形过大，会产生过度屈挠运动，使内层受到的压缩力与外层受到的伸张力远远超过允许屈挠极限，造成轮胎过度生热，从而导致橡胶老化加速和帘布层脱层，严重时甚至会致使帘线折断，轮胎瞬间爆破。同时充气压力过低，轮胎的接地面积增大，胎肩的磨损加剧。如果双胎并装中有一条轮胎气压不足，行驶中大部分负荷将集中到另一条轮胎上，常常会造成这条轮胎严重超载。就车辆来说，轮胎充气压力过低，会造成轮胎侧偏刚度下降，拖矩增大，车辆的制动性能变坏，在高速行驶的条件下遇到紧急情况会非常危险。气压过高，轮胎帘线受到过度的伸张变形，胎体弹性降低，车辆高速行驶时受到的动载荷（震动、应力来不及分散）增大，如再受到冲击，轮胎会产生内裂或爆破。气压过高，轮胎的接地面积还会相对减小，以致胎冠中部在加快磨损的同时温度急剧上升，使胎冠容易爆破。气压过高还会致使轮胎减震性能变劣，导致车辆底盘部件损坏，使轮胎接地附着力下降，车辆的制动效果降低，成为高速行车的安全隐患。在汽车高速行驶过程中，轮胎气压低于标准值时，将加大胎侧的弯曲变形，轮胎会急剧升温而脱层，削弱轮胎的强度及承载能力，导致轮胎内壁帘线的松散断裂，最后导致轮胎的漏气或爆胎；轮胎气压高于标准值时，轮胎与路面接触面积减小，轮胎胎面中部区域承受的压力增大，使轮胎磨损加剧，形成花纹底部开裂。又由于此时轮胎刚度增大，起不到应有的缓冲作用，增大了轮胎与路面间的动载荷，使汽车的平顺性变差，导致汽车操纵性能降低。另外，如果汽车前轮左右轮胎的气压不同，其后果是汽车的行驶方向不稳定；如果汽车后轮左右轮胎的气压不同，会使气压高的轮胎负载过重而出现磨损或爆胎。保持适合的轮胎气压不但可以保证轮胎的工作寿命，减少不必要的燃油消耗，更对汽车的安全行驶起着关键作用。（2）温度对轮胎爆胎的影响轮胎在行驶过程中会因生热而出现温度大幅度升高现象。轮胎温度的升高除会使橡胶强度降低外，还会导致帘线强力降低。当轮胎温度从0℃升高到100℃时，对尼龙轮胎来说，帘线强力会降低20%左右，橡胶强度则下降50%左右；轮胎温度高于临界温度（100℃以内是正常温度，100～121℃是临界温度，121℃以上是危险温度）时，橡胶强度和帘线强力降低更多，因此轮胎的温升对其使用寿命的影响很大。汽车在行驶过程中，特别是在高速公路上高速行驶时，驾驶员即使没有操作失误，轮胎也会突然爆破。究其原因，主要是与轮胎温升的影响有关，即轮胎会由于超过正常温度而爆破，而在轮胎爆破以前，其受热破坏的情况通常不易控制和掌握。当胎内温度超过120℃时，轮胎结构层的强度将明显下降；当轮胎温度超过硫化点（140℃）时，轮胎的各组成部分将被破坏，失去承载能力。由此可见，轮胎温升对轮胎使用寿命长短以及高速行驶状态下的爆胎发生率的影响很大。（3）其它因素对轮胎爆胎的影响一般来说，行驶速度越高，轮胎在单位时间内与地面的接触次数越多，摩擦越频繁，变形频率越大；同时由于胎体的振动，周向和侧向产生的扭曲变形增大。当轮胎的转速达到临界转速时，胎冠表面的振动呈波浪形，即形成所谓的“驻波”，也叫静止波。静止波的滞后损失（轮胎的弹性变形来不及恢复造成）使轮胎压力与温度急剧上升，有可能在几分钟内就导致轮胎爆破。显然，速度越高，振动频率越大，变形恢复越少（大部分变形转变为热能），轮胎温升越高，再加之内压增大，其后果必然是帘布胶的老化加速和帘布的耐疲劳性能降低，轮胎出现早期脱层或爆破现象。因此，轮胎的使用寿命与行驶速度成反比关系，即行驶速度越高，轮胎的生热越大，温升越高，受到的冲击力也就越大。在这种高速高温情况下，轮胎的胎面磨损加快，早期肩空、冠空甚至爆破的情况会随时发生。车辆装载时，必须按轮胎的额定负荷装载客货。这是因为各类轮胎的额定负荷是根据轮胎的结构、帘布层数、强度以及标准气压和行车速度等设计的。如果轮胎在超负荷下运行，就会使其变形，特别是胎侧的弯曲变形增大，使胎肩部位的磨损加重。同时，胎体材料的分子摩擦及部件的机械摩擦也会导致轮胎内部温度升高和胎体帘布层脱层，从而加速轮胎的损坏。总之，车辆超载越多，胎体的屈挠伸张越大，轮胎的升温速度越快，在高速公路上高速行驶时爆破的可能性就越大。此外，还有轮胎质量以及轮辋尺寸等影响轮胎气压实时监测的因素。从以上轮胎爆胎的主要原因分析来看，要想在汽车行驶过程中防范气压监测重大误差的发生，除了加强交通运输规章管理、轮胎选型合理等人为措施以外，最直接有效的办法就是对轮胎的压力和温度状态进行实时监控。3.1.2轮胎气压实时监测算法行车的安全以及高效率的运行要依赖于优良的轮胎性能，而对轮胎性能的实时掌握，必须要对轮胎的工作状态进行监控，根据轮胎状态参数的变化情况及时做出科学准确的判断，以预防危及行车安全的轮胎故障发生。在汽车由于轮胎而引发的事故的诱发因素中，分为不可避免因素和可避免因素两大类情况。其中，行车环境中变化的气温以及粗糙的路况等因素属于不可避免因素；适合的轮胎气压以及良好的驾驶习惯等因素属于可避免因素。对于不可避免因素，只能提高重视、加强警惕，将不可预测的偶然性因素造成的损失降到最小。而本文所讨论的技术问题，只有针对可避免因素中那些采取技术措施可以预防的环节，通过监测可控因素来达到对轮胎爆胎的预警，才是合理有效的技术解决途径。综合上一小节本文对轮胎爆胎机理及影响因素的分析，轮胎充气过度会导致抓地力下降，影响到汽车的舒适性、保护功能和轮胎寿命；同时轮胎会对冲击或碰撞较敏感，刹车性能降低。充气不足可能会导致油耗增大、轮胎过热、车辆操控不良，安全性能下降；引起胎体疲劳导致轮胎工作不佳或者无法修复及翻新，形成爆胎的隐患。如发现轮胎压力低于标准气压20%，即使临时补气，也只是紧急情况下不得已的缓冲之计，无法从根本上解决问题。必须尽快到就近的轮胎店将轮胎拆下来，由专业人员进行检查，否则可能会导致严重伤亡事故。若认为轮腔内的气压过高或过低都不会直接导致轮胎爆胎，只有胎体强度的下降才是导致爆胎的真正原因，通过监控胎体的结构变化来预防爆胎，不但实现起来比较困难，而且只能在轮胎出现事故前很短时间内监测到异常，虽然报警准确率会很高，但留给驾驶员处理故障的反应时间太短。因此，当前轮胎气压实时监测系统的预警算法主要集中在对工作状态下的轮胎压力和温度进行监控，这是当前比较容易实现同时也是比较有效的技术途径。以传感器技术和现代电子技术来实现上述监测功能，可以将轮胎实时监测系统算法细分为以下几种情况。（1）充气压力不足或过高：也就是根据事先确定好的标准轮胎压力为门限阈值，对实测轮胎压力值进行判别，超出最大压力值或低于最小压力值就视为轮胎状态异常。（2）漏气导致压力持续下降：在轮胎温度比较稳定情况下，一定时间间隔内，轮胎压力连续下降且幅度较大，即使未达到（1）中异常条件，也视为轮胎状态异常。（3）轮胎温度急剧升高：在一定时间间隔内，轮胎温度上升幅度较大，即使未达到（1）中异常条件，也视为轮胎状态异常。对以上监测算法的具体实现，如标准轮胎压力值的确定、一定时间间隔的长短、压力和温度较大幅度变化的幅值等，都需要针对具体车型和轮胎型号进行具体分析与试验，才能最终得到准确可靠的气压监测算法。3.2汽车轮胎气压实时监测系统方案设计3.2.1系统方案论证就目前情况看，轮胎压力监测技术的种类繁多。按适用对象分类，可分为轿车专用、商用车专用、汽车/大型工程机械专用；按监测技术分类，可分为主动式和被动式；按功能分类，分为只监测充气压力的单一型，集监测充气压力、温度、受力于一身的综合型；按传感器的安装方式分类，可分为悬挂式和植入式。下面着重介绍几种方案：（1）磁敏法检测轮胎压力通过霍尔装置采用磁敏检测法检测轮胎的充气压力。其中轮胎气压传感器安装在车轮轮辋上，而霍尔装置安装在与悬架支柱固接的托架或车轮制动底板上。汽车行驶时，轮胎气压变化引起压力传感器中磁性元件磁场方向变化，从而使通过霍尔装置磁敏元件的磁感应强度变化，霍尔装置的输出信号随之变化，由此实现充气压力信号由轮胎至车体的非接触传递。车体的控制单元对经过调理的霍尔装置输出信号进行采样，并将数据送入存储器中，经运算分析和比较判断，得到轮胎压力值及其状态。该方案优点是抗干扰能力和可靠性较好，但系统测量精度难以保证。（2）数字集成压力传感器及无线射频数据传输随着集成电路制造技术的发展，出现了新型制造工艺表面微机械加工（MEMS），应用该技术制造出的集成多种功能的传感器芯片，克服了早期压力传感器体积较大、只能模拟量输出等不易应用于汽车轮胎压力实时监测的条件限制，为TPMS技术的发展和普及提供了坚实的基础。目前的轮胎压力监测系统主要以无线传输/电子测量为主要的工作方式，并逐步以此进入产业化阶段。然而不同车辆不同地区对这个系统的要求是各不相同的，这些问题将随着轮胎压力监测系统的不断发展和完善而得到解决。本文研制的轮胎气压实时检测系统采用当今比较流行的数字集成传感器加无线射频数据传输的系统模式。3.2.2系统设计要求（1）系统工作环境轮胎气压实时监测系统是用来实时监控汽车轮胎的工作状态的。为实时测得轮胎的压力数据，其具有数据测量功能的轮胎模块需要安装在汽车轮胎内部，工作在轮胎封闭的环境中。对有内胎轮胎，轮胎模块安装在内胎外面的垫胎上或嵌入垫胎中；对无内胎轮胎，轮胎模块可固定安装在轮辋上。由于在汽车行驶过程中，轮胎始终处于高速旋转状态，因而在数据的传输方式上不能采用有线方式。结合汽车行驶中的复杂环境，能够让驾驶员及时可靠地得到预警报警信息，通过无线射频通信方式来传输轮胎数据信息是最佳选择。图3-1是安置在轮胎内部的轮胎模块的无线发射示意图。由于轮胎在汽车行驶过程中的高速旋转和震动，安置于轮胎内部的轮胎模块必须固定牢靠。当发射电路随着轮胎旋转到远离主机位置（如图3-1的位置2）时，由于金属轮辋对信号的屏蔽作用，主机模块接收灵敏度将会有所下降。但在轮胎高速旋转状态下不会对系统的可靠性产生影响。系统工作在室外现场环境，须有较宽的工作温度范围。图3–1轮胎模块无线发射示意图（2）系统功能要求轮胎气压实时监测系统主要用于实时监测汽车轮胎的工作状态，对轮胎压力异常或漏气给予实时数据读取并显示，加强汽车高速行驶的行车安全性。本课题研究的系统是新型的主动直接式轮胎压力监测产品。系统在汽车行驶状态下通过置于轮胎内部的轮胎模块实时测量轮胎压力，通过射频发射模式将测得的轮胎状态信息发送到驾驶室内的系统主机，定时通过主机显示各轮胎的当前状况，让驾驶员直观了解轮胎的实时状态信息。在汽车轮胎的使用过程中，轮胎胎面会逐渐被磨耗。但由于各车轮受力不同，轮胎在路面的滑动量不同，以及受拱型路面的影响，使汽车的前后轮、左右轮的磨损速度不同。有的轮胎磨损重，有的磨损轻，甚至还会出现轮胎的单边磨损不均匀。为了延长轮胎的使用寿命，必须定期对轮胎进行换位，这是汽车轮胎保养的有效方法。轮胎的维护换位能够提高轮胎行驶里程、平衡胎体疲劳强度和磨损。因此，研制的系统必须具有轮胎换位后的重新定位功能。汽车轮胎气压实时监测系统的系统功能要求归纳如下：①实时监测各个轮胎的压力状态情况；②并显示该轮胎当前的具体压力状况；③轮胎保养换位后可重新对各轮胎进行定位。（3）系统技术要求结合前文所述，给出系统主要技术指标要求：体积小，重量轻，便于保持轮胎的动平衡；功耗低，轮胎模块的功耗尽可能要低，使用过程中不用更换电池即可以长期工作；适当的有效发射接收范围，使驾驶室内的主机及时可靠地接收到发送来的信息；较高的压力测量精度，要求达到±0.01Mpa以上；考虑到技术推广和产品化，要保持合理的全套系统成本。3.2.3系统方案总体设计本文采用主动直接式轮胎压力监测技术，针对轮胎气压实时监测系统的实际应用情况，确定轮胎气压实时监测系统由轮胎模块和主机模块两部分构成的系统研制方案。系统设计方案框图如图3-2所示。图3–2汽车轮胎气压实时监测系统组成3.2.4监测模块的硬件总体设计监测模块即信号收集与发射系统的功能主要有两种：信号采集处理和信号发射。从压力传感器出来的信号，由微处理器完成采样。然后由微处理器进行数据分析处理，在进行软件编码，将数据流送给射频发射电路；信号经调制后发射给接收系统。设计框图如图3-3所示。图3–3监测模块的设计图3.2.5主机控制模块的硬件总体设计主机控制模块由解调电路、接收处理、声光报警及人机接口四部分组成；如图3-4所示，解调电路将轮胎发射出来的射频信号调解后由接收装置接收，将数字信号送给微处理器串行接口。微处理器在进行译码，从数据流提取个轮胎的位置和压力值；然后做出相应的处理，如更新当前电压值，声光报警等人机接口部分主要包括LED显示，按钮等。LED主要起轮胎位置及轮胎当前安全状况。按钮则可以进行系统的功能读取当前轮胎压力大小。图3–4主机控制模块的设计图第4章元器件选型4.1传感器轮胎压力监测系统（简称TPMS）发射模块工作在剧烈振动、环境温差变化很大和不便于随时检修的工作场合，汽车轮胎独特的工作环境条件，决定了对胎压实时监测的压力传感器的高要求：要求宽温区、宽电源电压范围内较高的精度和可靠性；低功耗；恶劣环境无线信号传输稳定性。传感器是整个TPMS的关键元件，信息的准确采集和发射是系统功能实现的决定因素，其工作环境的特殊性又为传感器的选择增加了难度。目前传感器主要有GE的NPXI系列、英飞凌的SP12和飞思卡尔的MPXY8020A。本文对这三款主流轮胎压力传感器的优缺点进行分析，并讨论了如何选择和使用。1.飞思卡尔的MPX8020A飞思卡尔公司生产的MPXY8020A基于MEMS技术的压力温度传感器，电压为2.7V~3.3V，温度为0℃~70℃，压力为250kPa~450kPa，即轮胎正常运行时，压力测量的误差为±10.0kPa。MPXY8020A具有校准功能，可以对压力、温度数据进行检测和校准。内置低频振荡器，具有3s唤醒功能，实现了模块级的能耗管理，功耗低，待机电流为600nA、压力采样电流为1.5mA；4种工作模式灵活运用以实现省电。专用于TPMS温度和压力测量，是一款8引脚的胎压监视传感器，输出经过校准的8位数字压力和温度数据。SSOP封装可提供强大的介质保护，体积小巧，抗干扰能力强。其引脚图如图4-1所示：DATA，CLK引脚用于数据串行交换；OUT引脚接收数据；\RST为复位引脚；VDD，VSS为正负电源。图4–1MPXY8020A引脚图2.英飞凌的SP12英飞凌科技的TPMS开发系统采用了基于MEMS技术的硅压阻式压力传感器作为胎压监测单元,SP12和SP12T传感器可以同时传输4组不同的数据（温度、压力、加速度和供电电压）。主要特性如下：卓越的介质兼容性和可靠性；独特传感器ID,可实现轻松识别；片上LF（低频）输入接口实现双向通信,LF方式还具有自动轮胎定位功能；数字接口（SPI）为独立TPMS传感器（SP12/SP12T）带来了灵活设计；异常温度下关闭,避免不准确的数据测量。SP12具有补偿功能,可以对压力、加速度、温度、供电电压信号进行检测和补偿,准确提供不同型号轮胎在不同环境下的正确补偿值,有效地保证了测量可靠性。SP12传感器中内置了加速度传感器,利用其质量块对运动的敏感性,可以实现汽车启动自动开机先进入系统自检,如果检测到加速度很小时（表示汽车没有运动）,则让系统进入睡眠状态,大大降低了系统功耗。3.GE的NPX系列GE一直致力于传感器产品的开发，比较成熟的产品是NPX1，它集成了压力、温度和电池电压传感器和一个125KHz低频唤醒电路，其内部还集成了一个FlashROM单片机。NPX2在NPX1的基础上增加了一个加速传感器，进一步降低PCB空间，增强传感器模块的智能型。NPX系列采用了基于MEMS技术的硅压阻式压力传感器作为胎压监测单元,具有数字补偿功能,在-40℃~+125℃,电池电压2.1V~3.0V范围内,测压精度优于1.5%FS。LF（低频）唤醒方式可以最大限度的降低功耗，但却需要在轮胎附近安装LF发射天线,而且需要在RTPM模块里安装LF接收天线和一级天线驱动如ATA5275,无疑带来相当大的麻烦,同时又增加了RTPM模块的成本和体积。通过对以上元件的介绍，由于MPX8020A具有很强的抗干扰能力、低功耗、体积小、较好的精度，选则MPX4.2发射处理芯片发射处理芯片采用MC68HC908RF2，其引脚如图4-2所示。该芯片无需外加RF发射电路,这样可缩小系统体积，安装在轮胎中，对轮胎的正常工作影响很小；抗干扰能力强，完全满足轮胎内的恶劣工作环境。图4–2MC68HC908RF2引脚图4.3TPMS接收芯片与接收控制器TPMS接收芯片选用MC33594，接收控制器选用MC68HC908GT8。MC33594是与MC33493相对应的单片集成PLL调谐UHF数据接收器。该芯片内含660kHz的中频带通滤波器、完整的压控振荡器（VCO）、可消除镜像的混频器、曼彻斯特编码时钟再生电路以及完整的SPI接口，可用于设计315MHz/434MHz的OOK/FSK接收电路。MC33594芯片内部结构可分为射频部分和控制部分。射频部分由能消除镜像干扰的混频器、660kHz的中频带通滤波器、自动增益控制级和OOK/FSK解调器组成；控制部分则包含有数据管理器、配置寄存器、串行接口、状态控制器等。MC33594的串行接口采用Motorola公司开发的三线制SPI（SerialPeripheralInterface）串行外部接口总线协议。通过SPI接口可对UHF接收器的数据解调类型、数据率、UHF频段、ID控制字等进行初始化编程，接收到的数据也可以在数据管理器工作时从SPI端口输出。MC33594与微控制器之间的通信一般通过SPI进行，其SPI接口通过以下三个输入/输出引脚来实现操作：串行时钟SCLK；主控输出受控输入MOSI；主控输入受控输出MISO。微控制器可通过引脚STROBE选通MC33594，也可让MC33594内部工作在等待-休眠循环模式下来降低功耗，在引脚STROBE上加高电平就能将处于休眠状态的MC33594激活。当接收电路工作在315MHz频段时，应选择9.864375MHz晶振；工作在434MHz时，选13.580625MHz的晶振。图4-3是主机模块MC33594的接收电路图。与发射电路相对应的是，接433.92MHz频段，MC33594的50Ω匹配网络由电感L1、电容C5和C7构成，其中电感取值68nH±2%，电容C5＝1.5pF±10%，C7=100pF±10%。当MC33594工作在FSK模式下。图4–3MC33594接收电路图4.4电池电池选用锂亚电池，以保证远程轮胎压力监测系统模块在高低温环境中都能正常工作。传统的锂电池在-40℃低温时丧失电能，在100℃高温时会自动放电。轮胎压力监测系统模块的整体电源管理是十分正要的，一个锂亚电池要向这个模块提供3—5年的工作能源，做好电源管理和如何省电是关键所在。由于在设计过程当中，电池的设计并非核心，因为在研发成功并测试通过后，很可能到时候电池性能远优于目前所提供的。所以仅仅从可以使用考虑，选择了ABLE公司设计的型号为ER2450电池，该电池性能指针如下：1.空载电压：3.66V，负载电压：3.45V；2.容量：0.5Ah；3.工作温度：-40℃到1254.保存时间：10年以上；焊脚纽扣型，外壳加厚，可焊在PCB板上，安装更牢固，防震动性能更好。4.5天线天线是远程轮胎压力监测模块发射功率提升的关键，天线技术涉及及天线的几何形状、材料、介质等诸多因素。TPMS发射器的天线靠近气门嘴，位于轮毂内，因而再设计天线时必须考虑金属轮子和轮胎金属丝网的屏蔽，以及车轮高速行驶时天线不断变换方向、角度的影响。螺旋天线可能是一种比较好的选择，它可扩大发射和接收的角度，有效地克服静态动态盲点。TPMS的天线不同于手机、电台、雷达，目前没有专业的设计生产厂家，因此需要我们自己来制作，根据前面所选择的元器件，单端螺旋天线可能比较好。4.6结论综合以上分析和选择，最终选择轮胎监视模块以传感器MPXY8020A和轮胎发射处理芯片MC68HC908RF2为核心，主机控制模块以接收芯片MC3359和接收控制器MC68HC908GT8为核心。第5章汽车轮胎压力检测系统的硬件设计5.1系统硬件总体设计汽车轮胎气压实时监测系统的硬件电路按系统功能划分，可分为轮胎模块和主机模块两大部分。其中，轮胎模块整体安装在轮胎内，主要完成轮胎压力和温度数据的采集、数据的初步处理以及信息的无线传输功能。主机模块安置于汽车驾驶室内，主要完成信息的无线接收、数据的区分处理、声光报警控制以及系统特征值设定等功能。系统硬件功能框图如图5-1所示。在系统的工作运行中，轮胎模块始终处于封闭环境中，驾驶室内的系统主机必须依靠无线方式来完成数据信息的传输，才能将轮胎的状态信息实时地提供给驾驶员。因此，轮胎模块与主机模块之间的无线通信是实现系统功能的关键，同时，这也是系统硬件设计工作的重点之一。5.2轮胎监视摸块硬件设计TPMS设计中的关键部分就是说据的传输部分，系统的数据传输部分由轮胎监视模块部分和主机控制模块部分组成。这两部分设计的可靠性是系统优良性能的重要体现。TPMS轮胎监视模块结构如图5-2所示。利用压力传感器检测轮胎内部压力信号，经A/D转换后进入微处理器。微处理器管理发射模块中的外围设备，对压力等参数进行补偿、校准，同时对无线射频（radiofrequency，RF）发射进行控制。RF射频发射电路将检测并经过微处理器处理的信号用RF射频信号通过天线发射出去，以实现与车内接收模块的双向通信。发射模块中的所有能量由3V锂电池提供。轮胎中的传感器采用摩托罗拉公司的MPXY8020A传感器。传感器内部集成有一个可变电容的压力感应元件、一个温度感应元件和一个有唤醒功能的内部电路，并采用元件封装形式（shrinksmall-outlinepackage，SSOP）超小型封装。传感器将测量的轮胎压力、温度信号转换成电压信号送到取样电容中，这个取样电容由一个带门限调节的电压比较器监控。当门限电压小于取样的电容电压时输出端输出高电平。当门限电压大于或等于取样电容电压时则输出低电平。MC68HC908RF2MCU是Freescal的低成本、高性能的8位微控制器（MCU）M68HC08系列的成员之一。MC68HC908RF2集成了MCU和UHF发射芯片，采用小型的32针脚小外形四方扁平封装LQFP，非常适合用于轮胎气压监测系统的监测发射模块。该封装由2部分组成：第1部分是2KB闪存HC08MCU（等于MC68HC908RK2）；第2部分是射频发射器（等于MC33493），在自由空间中能将数据传输几百米。MC68HC908RF2还有以下主要特性：①完全向上兼容M6508、M146805和M68HC05系列的对象代码；②最大内部总线频率为4MHz；③128字节的片上RAM；④16位的2通道定时器接口模块；⑤6位键盘中断，带有唤醒功能；⑥-40℃～+125图5–2MC68HC908RF2与MPXY8020A连接简图轮胎监视模块的原理图如图5-3。5.3主机控制模块硬件设计TPMS主机控制模块如图5-5所示。接收器通过天线接收来自轮胎发射来的RF射频信号，再经过微处理器将各个轮胎的压力等数据显示在车内监视器屏幕上，供驾驶者参考。如果轮胎的压力出现异常，监视器自动报警，以提醒者采取必要的措施。TPMS主机控制模块的能量由车载直流电源提供。TPMS接收芯片选用MC33594，接收控制芯片选用MC68HC908GT8，接收模块的电路图如图5-4所示。MC33594将接收