基于ZigBee技術(shù)的新型TPMS設(shè)計

汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)(TPMS)是一種能對汽車輪胎氣壓進行自動檢測，并對胎壓異常情況進行報警的預(yù)警系統(tǒng)。本文結(jié)合ZigBee技術(shù)的低成本、低功耗、設(shè)備地址唯一等優(yōu)點，將輪胎內(nèi)部安裝的壓力、溫度傳感器組成一個微型ZigBee網(wǎng)絡(luò)。

監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)總體設(shè)計
ZigBee技術(shù)是新興的一種近距離、低成本、低功耗、低數(shù)據(jù)速率的無線通信技術(shù)。它基于IEEE 802.15.4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，主要工作在免授權(quán)的2.4GHz頻段，數(shù)據(jù)速率為20～250Kb/s，最大傳輸范圍在10～75m。ZigBee網(wǎng)絡(luò)中定義了兩種物理設(shè)備類型:全功能設(shè)備 (FFD)和精簡功能設(shè)備 (RFD)。其中，F(xiàn)FD支持任何拓撲結(jié)構(gòu)，可以充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，能和任何設(shè)備通信；RFD不能完成網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器功能，且只能與FFD通信，兩個RFD之間不能通信，但它的內(nèi)部電路比FFD少，因此實現(xiàn)相對簡單，也更利于節(jié)能。

直接式TPMS系統(tǒng)利用安裝在每一個輪胎里的壓力傳感器來直接測量輪胎的氣壓，通過無線或者有線的方式將數(shù)據(jù)傳到安裝在駕駛臺的監(jiān)視器上，監(jiān)視器實時顯示各個輪胎的狀況，一旦出現(xiàn)異常，系統(tǒng)就會自動報警以提醒司機進行及時處理。本監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)就是一種直接式TPMS系統(tǒng)。

ZigBee監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)原理框圖如圖1所示，該監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)包括四個輪胎監(jiān)測器和一個車載監(jiān)視器。工作原理：四個輪胎監(jiān)測器是RFD網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，安裝在輪轂上，能實時檢測輪胎內(nèi)的溫度和壓力值并發(fā)送到車載監(jiān)視器顯示；駕駛員也可以通過車載監(jiān)視器主動訪問各個輪胎的氣壓狀態(tài)。車載監(jiān)視器是FFD設(shè)備，充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，通過無線方式接受各輪胎的壓力、溫度和監(jiān)測器狀態(tài)，并通過顯示設(shè)備進行實時顯示或聲光報警。由一個FFD網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和四個RFD終端節(jié)點共同組成一個星型拓撲結(jié)構(gòu)的微型ZigBee胎壓監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，射頻方式符合IEEE 802.15.4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)原理框圖

監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)硬件方案設(shè)計
該監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中包括兩種硬件模塊：輪胎監(jiān)測器和車載監(jiān)視器。基于ZigBee技術(shù)的原理和特點，本文以Chipcon公司的系統(tǒng)級芯片CC2430為核心，設(shè)計了輪胎監(jiān)測器和車載監(jiān)視器的硬件電路，如圖2所示。

a) 輪胎監(jiān)測器

b) 車載監(jiān)視器

圖2 硬件模塊框圖