基于射頻收發芯片CC1100的TPMS方案

0 引言
汽車工業的發展帶動汽車配備用品行業的發展和技術升級。其中，繼安全氣囊、ABS（防抱死制動系統）后，國際汽車領域出現的TPMS（汽車胎壓檢測系統），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，也是突發性交通事故發生的重要原因。據統計，在高速公路上發生的交通事故有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。據有關專家分析，保持標準的車胎氣壓行駛和及時發現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）。現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的發展。

本文提出的TPMS采用模塊化的設計，規范化的編程，其核心部分是將采集到的溫度壓力數據通過無線方式進行發送和接收。利用Chipcon公司生產的無線收發芯片CC1100能很好地解決這一問題，它支持ZigBee無線網絡技術，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氣體膨脹時，都會導致輪胎內部氣壓過大而發生爆胎現象。

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部的溫度和壓力反映出來，因此，TPMS只要能夠實時地檢測到輪胎內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發射系統處于輪胎的封閉狀態中，因此，系統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，采樣發射端應體積小、功耗低。
b）系統能識別本各采樣發射端發來的溫度、壓力測量值。
c）系統能濾除別的汽車發來的任何數據。
d）接收端能對各采樣發射端發來的溫度、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的系統結構
TPMS由采樣發射模塊和接收模塊構成。采樣發射模塊安裝在輪胎內，接收模塊安裝在車廂內。采樣發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）進行數據分析處理后送給射頻發射電路，信號經調制后發射給接收模塊。接收模塊的解調電路將發射模塊發射出來的射頻信號放大解調后，將數字信號送給MCU。MCU作出相應的處理，如更新當前壓力值、聲光報警等，從而實現輪胎壓力的顯示和監控。由傳感器、MCU、發射、接收等主要芯片組成的TPMS結構框圖如圖1所示。系統總體布局如圖2所示。