基于NPX的輪胎壓力監測系統

　　隨著汽車消費市場的日益升溫,汽車的安全性能更加被消費者所關注。在汽車高速行駛過程中,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,在中國高速公路上發生的交通事故有70% 是由于爆胎引起的,而在美國這一比例更高達80%。基于此,美國運輸部 (DOT)國家公路交通安全管理委員會 (NHTSA) 出臺了法規。該法規規定:2003年11月到2006年10月31日期間美國新出廠的輕型汽車將逐步引入輪胎壓力監測系統(Tyre Pressure Monitoring System,TPMS)。鑒于如此大的市場潛力,國內外許多公司紛紛開始投入TPMS的研制。
　　1 TPMS硬件系統構成
　　輪胎壓力監測系統分為直接系統和間接系統。間接系統是通過ABS確定輪胎壓力變化的系統。ABS通過車速傳感器確定輪胎故障,從而決定是否啟動防抱死系統。目前這類系統的準確率沒有直接系統高,故障輪胎的確定也很困難,而且系統校準極其復雜。此外,在某些情況下此類系統會無法正常工作,例如同一車軸的兩個輪胎氣壓都低時。直接系統一般由輪胎監測模塊和主機接收顯示模塊構成。通過在每一個輪胎上都安裝一個輪胎監測模塊,來實時監測汽車行駛狀態下各個輪胎的狀況,從而使安裝在駕駛臺的主機接收顯示模塊能實時顯示各輪胎氣壓、溫度等。在輪胎出現漏氣、低氣壓及高溫等異常情況時,系統會自動報警。這樣駕駛者可以直觀地了解各個輪胎狀況,以保障行車安全。
　　1.1 輪胎監測模塊
　　輪胎監測模塊嵌入到輪胎里面,主要用來監測輪胎內部氣壓和溫度狀況,并通過無線調制方式發送到主機顯示模塊,故輪胎監測模塊主要應包含傳感器、微控制器、UHF發射器以及供電電池。整個模塊放置在輪胎里面,在汽車高速行駛時且輪胎內部產生高溫情況下要能正常運行,并且能保證有效工作5～10年,故而模塊的小型化、寬工作溫度范圍以及低功耗設計就顯得尤為重要。
　　1.1.1 NPX-C10746簡介
　　NPX-C10746是GE Nova Sensor公司最新推出的輪胎壓力監測系統專用芯片,它是由一塊帶有大量外圍器件的Philip 8bit RISC內核組成的高集成度芯片。片內集成有壓力傳感器、溫度傳感器、電壓傳感器、低噪聲放大器和12位A/D轉換器;內置的RC振蕩器提供系統時鐘,無需外接晶體振蕩器;SOIC 14L封裝,工作溫度達汽車工業級(-40～+125℃)。

　　1.1.2 監測模塊硬件構成
　　輪胎監測模塊硬件結構圖如圖1所示。UHF發射芯片采用Atmel公司的ATA5757,該芯片集成度高、低功耗模式下電流1μA、MSOP-10封裝(3mm×5mm),能很好滿足監測模塊低功耗、小型化設計要求;工作電壓范圍為2V～3.6V,當監測模塊使用單塊扣式電池供電時,可不加電源管理芯片,從而進一步降低系統功耗,延長工作時間。監測模塊采用Tadiran公司的TLH-2450長效鋰亞硫酰氯扣式電池供電,該電池額定工作溫度在-40℃～+125℃之間,并具有外形尺寸小、能量密度大、自放電極低的特點。此外,供電電池串聯一個加速度開關(即圖1中的開關),用于控制監測模塊電源。當車輪轉速超過2圈/秒時,加速度開關導通,監測模塊開始工作。