基于射頻收發(fā)芯片CC1100的TPMS方案

0 引言
汽車工業(yè)的發(fā)展帶動汽車配備用品行業(yè)的發(fā)展和技術升級。其中，繼安全氣囊、ABS（防抱死制動系統(tǒng)）后，國際汽車領域出現(xiàn)的TPMS（汽車胎壓檢測系統(tǒng)），被譽為新一代汽車高科技安全配備用品。在汽車的高速行駛過程中，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(jù)統(tǒng)計，在高速公路上發(fā)生的交通事故有70％～80％是由于爆胎引起的。怎樣防止爆胎已成為安全駕駛的一個重要課題。據(jù)有關專家分析，保持標準的車胎氣壓行駛和及時發(fā)現(xiàn)車胎漏氣是防止爆胎的關鍵。

國外自20世紀70年代末開始研究輪胎氣壓監(jiān)測裝置，歸納起來，主要分為兩種類型：一種是基于車輪速度的（間接式）；另一種是基于壓力傳感器的（直接式）?，F(xiàn)在美國及歐洲一些國家已將TPMS作為汽車必裝設備。我國TPMS的研究雖然起步較晚，但在2003年11月24日頒布的國家標準――《機動車運行安全技術條件（征求意見稿）》中，對安裝輪胎壓力檢測裝置作出了說明，可見我國已開始重視TPMS的發(fā)展。

本文提出的TPMS采用模塊化的設計，規(guī)范化的編程，其核心部分是將采集到的溫度壓力數(shù)據(jù)通過無線方式進行發(fā)送和接收。利用Chipcon公司生產(chǎn)的無線收發(fā)芯片CC1100能很好地解決這一問題，它支持ZigBee無線網(wǎng)絡技術，功耗低，無需申請頻點，傳輸可靠。

1、輪胎工作特性及TPMS技術要求
輪胎由橡膠和骨架材料制成，裝于輪胎毅的外側，支承汽車重量，吸收和緩和沖擊與振動，并使汽車與地面保持良好的附著性能，從而有效地傳遞汽車的驅(qū)動力矩或制動力矩。輪胎的工作特性對汽車的安全行駛影響很大。

影響輪胎正常工作特性的因素主要有：
a）輪胎溫度過高。由于環(huán)境氣溫過高，以及輪胎在高速旋轉時與地面的摩擦，都有可能導致輪胎溫度過高，從而使橡膠老化，縮短了輪胎的使用壽命。

b）輪胎內(nèi)部氣壓過大或欠壓。當汽車負載過高或者溫度過高而引起胎內(nèi)氣體膨脹時，都會導致輪胎內(nèi)部氣壓過大而發(fā)生爆胎現(xiàn)象。

c）輪胎漏氣導致欠壓，也會增大輪胎和地面的摩擦，不僅耗油，還會縮短輪胎的使用壽命。

輪胎的機械性能主要是通過輪胎內(nèi)部的溫度和壓力反映出來，因此，TPMS只要能夠?qū)崟r地檢測到輪胎內(nèi)部的溫度和壓力情況，就可以分析出輪胎的運行狀況。

由于TPMS發(fā)射系統(tǒng)處于輪胎的封閉狀態(tài)中，因此，系統(tǒng)的主要技術要求如下：

a）考慮到安裝并采用紐扣電池供電等問題，采樣發(fā)射端應體積小、功耗低。
b）系統(tǒng)能識別本各采樣發(fā)射端發(fā)來的溫度、壓力測量值。
c）系統(tǒng)能濾除別的汽車發(fā)來的任何數(shù)據(jù)。
d）接收端能對各采樣發(fā)射端發(fā)來的溫度、壓力測量值實時顯示，并能進行越限報警。

2、TPMS原理與硬件設計
2.1 TPMS的系統(tǒng)結構
TPMS由采樣發(fā)射模塊和接收模塊構成。采樣發(fā)射模塊安裝在輪胎內(nèi)，接收模塊安裝在車廂內(nèi)。采樣發(fā)射模塊對壓力傳感器檢測的氣壓和溫度信號進行采樣，由MCU（微控制單元）進行數(shù)據(jù)分析處理后送給射頻發(fā)射電路，信號經(jīng)調(diào)制后發(fā)射給接收模塊。接收模塊的解調(diào)電路將發(fā)射模塊發(fā)射出來的射頻信號放大解調(diào)后，將數(shù)字信號送給MCU。MCU作出相應的處理，如更新當前壓力值、聲光報警等，從而實現(xiàn)輪胎壓力的顯示和監(jiān)控。由傳感器、MCU、發(fā)射、接收等主要芯片組成的TPMS結構框圖如圖1所示。系統(tǒng)總體布局如圖2所示。