基于集成壓力傳感器的無(wú)源胎壓監(jiān)控系統(tǒng)研究

3.2 方案設(shè)計(jì)

　　該系統(tǒng)至少包含輪胎內(nèi)測(cè)量模塊和閱讀器兩部分。

　　一般情況下，胎內(nèi)測(cè)量模塊由低頻耦合天線(大面積的線圈)、專用微型芯片和高頻發(fā)射天線組成。低頻耦合天線從交變磁場(chǎng)中獲得工作所需的能量，專用芯片負(fù)責(zé)測(cè)量壓力和將壓力信息轉(zhuǎn)化為RF信號(hào)，高頻發(fā)射天線將RF信號(hào)發(fā)射到空間。

　　閱讀器包含有接收器、控制器以及低頻驅(qū)動(dòng)電路、低頻天線、高頻接收天線。控制器通過(guò)低頻天線向空間發(fā)射出供胎內(nèi)測(cè)量電路使用的電磁波，發(fā)射磁場(chǎng)的一小部分磁力線穿過(guò)距閱讀器天線線圈一定距離的輪胎內(nèi)測(cè)量模塊低頻耦合天線線圈，通過(guò)感應(yīng)，在低頻耦合天線線圈上產(chǎn)生一個(gè)電壓Ui，將其整流后作為胎內(nèi)測(cè)量接收模塊的電源。將一個(gè)電容與閱讀器的天線線圈并聯(lián)，電容器電容的選擇依據(jù)是：它與天線線圈的電感一起，形成諧振頻率與閱讀器發(fā)射頻率相符的并聯(lián)振蕩回路。該回路的諧振使得閱讀器的天線線圈產(chǎn)生非常大的電流，這種方 法也可用于產(chǎn)生供遠(yuǎn)距離應(yīng)答器工作所需要的場(chǎng)強(qiáng)。胎內(nèi)測(cè)量模塊的低頻耦合天線線圈和電容器構(gòu)成振蕩回路，調(diào)諧到閱讀器的發(fā)射頻率。通過(guò)該回路的諧振，應(yīng)答器線圈上的電壓達(dá)到最大值。這兩個(gè)線圈上的結(jié)構(gòu)也可以解釋作變壓器(變壓器的耦合)，變壓器的兩個(gè)線圈之間只存在很弱的耦合，閱讀器的天線線圈與胎內(nèi)測(cè)量模塊的低頻耦合天線線圈之間的功率傳輸效率與工作頻率f、應(yīng)答器線圈的匝數(shù)n，被應(yīng)答器線圈包圍的面積A、兩個(gè)線圈的相對(duì)角度以及它們之間的距離成比例。胎內(nèi)測(cè)量模塊獲得能量工作后，將壓力信息調(diào)制到RF信號(hào)發(fā)射出來(lái)，閱讀器的高頻接收天線接收到RF 信號(hào)后，接收器將RF信號(hào)解調(diào)后將壓力信號(hào)傳給控制器，控制器將壓力信號(hào)通過(guò)人機(jī)界面告知車主。

3.3 難點(diǎn)和解決思路

　　電感耦合系統(tǒng)的效率不高，所以一般適用于低電流電路，作用距離短，一般只有幾十厘米。提供能量有限，所以模塊中的傳感器電路的設(shè)計(jì)就很重要。其關(guān)鍵是：① 芯片的設(shè)計(jì)要效率高，能在低電流的情況下完成測(cè)量和發(fā)射的任務(wù)；②微型芯片工作所需要的全部能量必須由閱讀器供應(yīng)。高頻的強(qiáng)電磁場(chǎng)由閱讀器的天線線圈產(chǎn)生，所以閱讀器的設(shè)計(jì)要提供足夠的磁場(chǎng)強(qiáng)度。

　　本系統(tǒng)要求作用距離大約30～40 cm，能提供大約20 mA的大電流，因此設(shè)計(jì)上具有挑戰(zhàn)性。為實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，可以從兩方面做出努力：一方面是盡可能提供較大的電流和能量供芯片正常工作；另一方面則應(yīng)該對(duì)測(cè)量芯片采用低功耗設(shè)計(jì)，盡量降低胎內(nèi)測(cè)量模塊正常工作所需的電流。

4 直接胎壓監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

　　本文設(shè)計(jì)了一種直接式TPMS，其原理如圖1所示。該系統(tǒng)由兩部分組成，輪胎模塊和車載接收模塊。其中，輪胎模塊包括壓力和溫度傳感器、A／D變換器、控制器及射頻發(fā)射器等，如圖2所示。車載接收模塊包括了射頻接收器、控制器以及顯示報(bào)警裝置等，如圖3所示。