基于ZigBee技術的新型TPMS設計

汽車輪胎壓力監視系統(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警系統。本文結合ZigBee技術的低成本、低功耗、設備地址唯一等優點，將輪胎內部安裝的壓力、溫度傳感器組成一個微型ZigBee網絡。

監測網絡總體設計
ZigBee技術是新興的一種近距離、低成本、低功耗、低數據速率的無線通信技術。它基于IEEE 802.15.4協議標準，主要工作在免授權的2.4GHz頻段，數據速率為20～250Kb/s，最大傳輸范圍在10～75m。ZigBee網絡中定義了兩種物理設備類型:全功能設備 (FFD)和精簡功能設備 (RFD)。其中，FFD支持任何拓撲結構，可以充當網絡協調器，能和任何設備通信；RFD不能完成網絡協調器功能，且只能與FFD通信，兩個RFD之間不能通信，但它的內部電路比FFD少，因此實現相對簡單，也更利于節能。

直接式TPMS系統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據傳到安裝在駕駛臺的監視器上，監視器實時顯示各個輪胎的狀況，一旦出現異常，系統就會自動報警以提醒司機進行及時處理。本監測網絡就是一種直接式TPMS系統。

ZigBee監測網絡原理框圖如圖1所示，該監測網絡包括四個輪胎監測器和一個車載監視器。工作原理：四個輪胎監測器是RFD網絡節點，安裝在輪轂上，能實時檢測輪胎內的溫度和壓力值并發送到車載監視器顯示；駕駛員也可以通過車載監視器主動訪問各個輪胎的氣壓狀態。車載監視器是FFD設備，充當網絡協調器，通過無線方式接受各輪胎的壓力、溫度和監測器狀態，并通過顯示設備進行實時顯示或聲光報警。由一個FFD網絡協調器和四個RFD終端節點共同組成一個星型拓撲結構的微型ZigBee胎壓監測網絡，射頻方式符合IEEE 802.15.4協議標準。

圖1 監測網絡原理框圖

監測網絡硬件方案設計
該監測網絡中包括兩種硬件模塊：輪胎監測器和車載監視器。基于ZigBee技術的原理和特點，本文以Chipcon公司的系統級芯片CC2430為核心，設計了輪胎監測器和車載監視器的硬件電路，如圖2所示。

a) 輪胎監測器

b) 車載監視器

圖2 硬件模塊框圖