一種直接式TPMS輪胎壓力監測系統設計

摘 要 著重介紹實現輪胎壓力監測系統(TPMS)的電路設計和相關技術問題。TPMS系統由壓力傳感器模塊和中央接收機組成。壓力傳感器SPl2、微控制器和433 MHz收發一體射頻IC(nRF401)組成的壓力傳感器模塊,完成輪胎壓力的采集和發射任務。接收機接收壓力信息,并進行處理。

伴隨著城市交通技術的不斷發展,人們在享受高速公路高效便捷方式的同時,隨之引發的交通事故率也在提高,其中由于輪胎的氣壓引起的比例高達80％,這種現象使得人們要對行駛中的輪胎氣壓進行監測。一些發達國家陸續推出了相關法案(美國的TREAD法規),要求新車裝配中必須裝配能夠對行駛中的輪胎氣壓實時監測的安全電子裝置。因此,在未來汽車上加裝輪胎壓力監測系統(TPMS),也必將和ABS、安全氣囊一樣,是必然的發展趨勢。輪胎壓力監測系統全天候對輪胎里的壓力進行監測,對輪胎的漏氣和低壓、高壓進行報警,使車輛始終處于安全運行狀態。

1 系統設計

　　TPMS系統由輪胎壓力傳感器和接收機組成。輪胎壓力傳感器選用MicrochiP公司的PICl6F628A低功耗8位MCU,壓力傳感器選用英飛凌的SPl2,射頻IC選用N0rdic公司的nRF40l。

　　裝在輪胎里的壓力傳感器將輪胎里的壓力、溫度信息傳送給駕駛室里的接收機,讓司機隨時了解輪胎中的氣壓情況,如圖l所示。

　　1.1 射頻電路

　　在圖2所示的射頻信號電路中,采用挪威Nordic,公司的nRF40l器件,該器件是433 MHz ISM頻段的單片UHF無線收發IC。它采用FSK的調制解調技術,其最高工作速率可達20 kb,發射功率可調,最大達lO dBm。基本技術指標如下：

　　中心載頻點為433.92／434.23 MHz;

　　最大發射功率為10 dBm

　　工作電壓為2.7~5.25V;

　　接收時消耗電流為250μA,發射時最大為28 mA,待機電流為8／μA。

　　NRF401的ANTl和ANT2是天線的輸入／輸出復用腳。在輸入模式時,射頻信號通過將該腳連接到低噪音放大器后解調;同樣,在輸出模式時,調制的信號在功率放大后,通過該腳輸出。

　　4腳為nRF401的PLL鎖相環濾波器輸入,該腳正常工作時的電壓是l.lV0.2V。

　　5腳和6腳為壓電晶振控制的外圍電路,此兩腳間接一個Q>45@433 MHz值的22μH電感。

　　7腳和8腳分別為數據輸入腳和輸出腳。配合18腳PWR_UP和19腳TXEN上的電位時序完成信息的發送和接收。圖3是進行數據發射和接收時控制各引腳操作時序圖。