基于MC68HC908RF2的汽車胎壓監測系統的設計與研究

　　自汽車誕生100多年來，汽車爆胎造成的重大交通事故一直是困擾汽車界的技術難題。尤其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。據相關統計資料數據表明[1]，目前我國在高速公路上發生的交通事故有70%～80%是由于輪胎問題引起的，其中將近50%為爆胎事故。怎樣防止爆胎已成為安全駕駛的一個重要課題。據專家分析，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。為此，基于解決此類問題的各種胎壓監測系統[2](TPMS) 產品應運而生。本文介紹的TPMS是一種主動安全技術產品，它采用無線傳輸技術，通過胎壓監測模塊和接收模塊，對在行使過程中的汽車輪胎氣壓、溫度實時自動地監測，對輪胎漏氣、低壓、溫度過高進行報警，即在發生事故前發出警報，提醒駕駛員采取措施，以防止爆胎事故的發生，為汽車駕駛者提供更可靠的保障。此外還有延長輪胎使用壽命，節省燃油的功能。

　　1 MC68HC908RF2芯片簡介

　　MC68HC908RF2[3]微控制器是FREESCALE公司生產的一款低成本、高性能的8位微控制器單元(MCU)，它是M68HC08家族中的成員之一，采用了增強型 M68HC08中心處理單元(CPU08)，適用于多種模式、存儲尺寸和類型。這款MCU產品經過優化，實現了低功耗運行，采用小型的32針腳小外形四方扁平封裝(LQFP)，該封裝由兩部分組成，第一部分是2KB Flash HC08 MCU(部件編號MC68HC908RK2)；第二部分是射頻轉發器(部件編號MC33493)，在自由空間中能將數據傳輸幾百米，適用于汽車胎壓監測系統。

　　MC68HC908RF2的主要特性如下：

(1)高性能的M68HC08體系結構。
(2)完全向上兼容M6508、M146805和M68HC05系列的對象代碼。
(3)在3.3V供電時的最大內部總線頻率為4MHz。
(4)2KB的片上FLASH存儲器，128B的片上RAM。
(5)16位的2通道定時器接口模塊(TIM)。
(6)12個通用I/O口，帶鍵盤喚醒功能的6位鍵盤中斷。
(7)1個內置的高頻發射模塊UHF(MC33493模塊)。
(8)較寬的工作溫度范圍：-40°C～＋125°C。

　　2 汽車胎壓監測系統工作原理

　　本設計是在基于FREESCALE的MC68HC908RF2、MPXY8020A[4]、MC33594[5]等核心芯片以及優化解決方案的基礎上，設計的一套汽車胎壓監測報警系統，對高速行駛汽車的胎壓進行連續監測及預報，并記錄最后100秒的胎壓信息，為安全行車及行車管理提供依據。系統工作原理如圖1所示。

　　由圖1可知，該監測系統由胎壓監測模塊和中央接收模塊兩個主要部分組成。其中胎壓監測模塊安裝在汽車輪胎內，該模塊帶有傳感器和無線發射裝置，主要用來監測輪胎內的氣壓和溫度并把監測到的數據通過發射裝置發送給接收模塊；中央接收模塊安裝在駕駛室操作盤附近，帶有無線接收裝置、聲光報警模塊和液晶顯示模塊，無線接收裝置接收到胎壓監測模塊發送來的數據，將各輪胎的氣壓和溫度由液晶顯示模塊顯示，駕駛者通過顯示模塊即可掌握各個輪胎的氣壓和溫度狀況，當輪胎氣壓、溫度發生異常將要出現危險征兆時，就會通過聲光報警模塊自動報警，以提醒駕駛者減速慢行或做相應的檢查和檢修，從而保證行車的安全以及輪胎保持在正常運行狀態。此外，為了系統功能的更新和維護方便，該模塊還保留了與上位機的USART通信接口。

　　3 汽車胎壓監測系統硬件設計

　　汽車胎壓監測系統硬件設計主要分為胎壓監測模塊和中央接收模塊兩大部分，下面介紹具體實現。

　　3.1 胎壓監測模塊硬件設計

　　由圖2可知，胎壓監測模塊硬件部分主要由傳感器、控制器和天線匹配網絡三部分組成。其中傳感器采用的是具有測量溫度、壓力功能的MPXY8020A。該傳感器將一個變容壓力傳感元件、一個溫度傳感元件和一個接口電路(帶喚醒功能)集成在同一芯片中；具有電源管理和數字輸出功能，其低功耗的特殊功能是專門為TPMS而設計，內部的介質保護過濾器可以使其硅片免受環境影響。MPXY8020A根據對S0、S1管腳的不同配置有4種操作模式：待機/復位模式、測量氣壓模式、測量溫度模式和輸出數據讀取模式。與控制器MC68HC908RF2共有6條引腳連線，其中2個引腳用于控制其操作模式，2個引腳用于數據串行交換，1個引腳用于喚醒控制器。 MPXY8020A還具有復位功能，該引腳作為一個輸出端子，定時向控制器發送復位信號，確保模塊可靠工作。