基于MPXY8020傳感器的TPMS系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

　　隨著全球汽車電子產(chǎn)業(yè)的興起和人們對(duì)汽車安全的信息化、智能化的不斷追求，汽車胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(TPMS)成為繼安全氣囊和ABS之后的又一新興汽車安全產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展。

　　目前出現(xiàn)的TPMS主要分為間接式和直接式。間接式TPMS使用ABS輪胎速度傳感器來測(cè)量每一個(gè)輪胎的轉(zhuǎn)速，從而判斷輪胎壓力，該系統(tǒng)雖然具有不用電池、耐用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但準(zhǔn)確性、可靠性差。直接式TPMS系統(tǒng)主要用于汽車行駛時(shí)，能夠適時(shí)地對(duì)輪胎氣壓進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，對(duì)輪胎漏氣造成低胎壓和高溫高胎壓導(dǎo)致爆胎進(jìn)行預(yù)警，確保行車安全，因此逐漸成為市場(chǎng)主流。本文主要介紹基于MPXY8020傳感器的直接式TPMS系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并對(duì)直接式TPMS的設(shè)計(jì)難點(diǎn)進(jìn)行分析。

　　TPMS系統(tǒng)框圖及系統(tǒng)工作原理

　　TPMS系統(tǒng)由數(shù)個(gè)發(fā)射模塊和一個(gè)接收模塊組成。圖1為發(fā)射模塊框圖，該發(fā)射模塊安裝在輪胎內(nèi)，通過壓力溫度傳感器可以測(cè)量該輪胎內(nèi)氣體的壓力和溫度，發(fā)射端中央處理器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理，并將發(fā)射機(jī)ID號(hào)、壓力、溫度等信息組幀后經(jīng)曼徹斯特編碼送到RF發(fā)射電路，最后由RF電路將數(shù)據(jù)FSK/ASK調(diào)制后通過發(fā)射天線發(fā)射出去。整個(gè)發(fā)射模塊由一只電池供電。

圖1　發(fā)射模塊

　　圖2為接收模塊框圖，該接收模塊安裝在駕駛室前端可以方便駕駛員看到的位置。RF接收電路通過接收天線接收發(fā)射模塊的無線信號(hào)，并將接收到的信號(hào)解調(diào)、解碼后送給接收端中央處理器，中央處理器處理數(shù)據(jù)后根據(jù)ID號(hào)將各個(gè)輪胎的壓力/溫度值顯示在顯示器相應(yīng)的位置上，使駕駛員可以隨時(shí)了解每個(gè)輪胎的壓力溫度信息，確保行車安全，如輪胎發(fā)生異常時(shí)接收模塊會(huì)自動(dòng)及時(shí)向駕駛員發(fā)出警報(bào)。接收模塊可以用車載電源或電池。

圖2　接收模塊

　　基于MPXY8020傳感器的發(fā)射模塊設(shè)計(jì)

　　TPMS系統(tǒng)中發(fā)射模塊的設(shè)計(jì)采用摩托羅拉的MPXY8020和68HC908RF2，前者為電容式壓力和溫度傳感芯片，后者為MCU和RF發(fā)射電路集成芯片。

　　發(fā)射模塊硬件電路設(shè)計(jì)

　　MPXY8020是專用于TPMS系統(tǒng)的多功能、低功耗的傳感芯片，其內(nèi)部除了壓力和溫度傳感電路外，還具有內(nèi)部喚醒功能的數(shù)字接口電路，如圖3。8020傳感器與MCU的接口有6個(gè)端口：S1和S2是8020的工作模式控制端口，根據(jù)MCU對(duì)這2個(gè)端口的邏輯狀態(tài)控制不同，8020可以分別工作在低功耗的待機(jī)模式、壓力測(cè)量模式、溫度測(cè)量模式及測(cè)量數(shù)據(jù)輸出模式；DATA和CLK為軟件控制的串行接口，進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)的傳輸；OUT端口為復(fù)用端口，8020在待機(jī)模式下，可以每3s內(nèi)部自喚醒并通過OUT端口以中斷方式喚醒MCU。當(dāng)8020在測(cè)量數(shù)據(jù)輸出模式時(shí)，OUT作為內(nèi)部比較器的邏輯狀態(tài)輸出；RST具有52min復(fù)位MCU的功能。

圖3　發(fā)射電路

　　值得注意的是，8020傳感器的A/D轉(zhuǎn)換是逐次逼近型的反饋式轉(zhuǎn)換器，其原理是8020內(nèi)部具有8位移位寄存器，MCU通過8020的DATA和CLK端口首先輸入10000000二進(jìn)制數(shù)據(jù)，將8位寄存器D/A轉(zhuǎn)換的模擬量與壓力或溫度的真實(shí)測(cè)量值進(jìn)行比較，并判斷OUT端口的狀態(tài)，如果OUT端口為低，說明逼近值大于真實(shí)值，此時(shí)可以確定真實(shí)值最高位為0；如果OUT端口為高，說明逼近值小于真實(shí)值，此時(shí)可以確定真實(shí)值最高位為1。依次類推從高位向低位可以逐次逐位逼近真實(shí)測(cè)量值，這樣MCU可以確定最終的壓力和溫度測(cè)量值。

　　68HC908RF2內(nèi)部高性能8位處理器主要負(fù)責(zé)與傳感器的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析處理及與RF發(fā)射電路的數(shù)據(jù)傳輸與控制。在圖3發(fā)射電路中，PTA1和PTA2作為輸出端口控制8020的工作模式；PTA3和PTA4作為輸出向8020移位輸入測(cè)量逼近值；PTA5是復(fù)用端，當(dāng)MCU讀取傳感器的測(cè)量值時(shí)，PTA5通過OUT獲取比較器的狀態(tài)，當(dāng)MCU在省電模式時(shí)PTA5作為鍵盤中斷輸入端口，通過OUT獲得3s中斷。另外，S1是速度開關(guān)，當(dāng)汽車運(yùn)行或停止時(shí)S1開關(guān)可以導(dǎo)通或閉合，這樣MCU就可以根據(jù)車輛運(yùn)行狀態(tài)對(duì)程序作有效處理。

　　68HC908RF2內(nèi)部還集成一個(gè)多頻帶工作的FSK/OOK調(diào)制電路，其工作方式由數(shù)字控制端(BAND和MODE)的邏輯狀態(tài)決定。BAND為工作頻帶選擇端口，將BAND置高，并選擇晶體振蕩器Y1為13.56MHz，此時(shí)經(jīng)過32倍頻后產(chǎn)生載波頻率為434MHz的RF信號(hào)。MODE為FSK/OOK調(diào)制模式選擇端口，將MODE置高，RF電路工作于FSK模式。