直接式TPMS系統(tǒng),直接式TPMS系統(tǒng)原理是什么

由于直接式輪胎壓力檢測(cè)系統(tǒng)傳感器必須裝于高速行駛的輪胎之中，因此需要通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)壓力監(jiān)測(cè)。圖1所示為Freescale公司的輪胎壓力和溫度檢測(cè)系統(tǒng)方案的基本組成，壓力檢測(cè)模塊主要由輪胎壓力傳感器及內(nèi)含射頻發(fā)送芯片的微控制器組成，采用視頻收發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)壓力和溫度數(shù)據(jù)的傳送。位于車內(nèi)的接收模塊主要由射頻接收芯片、微控制器及相關(guān)的外圍電路組成，用以監(jiān)測(cè)輪胎壓力和溫度數(shù)據(jù)，如果出新爆胎前兆，則接收端的微控制器進(jìn)行報(bào)警，提醒駕駛員減速小心行駛，避免發(fā)生交通事故。輪胎壓力過(guò)低也可以報(bào)警提示。

1、TPMS系統(tǒng)硬件

（1）壓力檢測(cè)模塊

圖2所示為TPMS系統(tǒng)輪胎壓力檢測(cè)模塊，包括專用壓力傳感器MPXY8020A6、微控制器MC68HC908RF2（內(nèi)含射頻發(fā)送芯片MC33491）、電池、天線等，系統(tǒng)通訊頻率為31MHz。

壓力檢測(cè)模塊安裝在輪胎內(nèi)，由3V鋰電池供電。輪胎壓力傳感器除了能夠檢測(cè)壓力外，還能檢測(cè)輪胎內(nèi)的溫度。壓力檢測(cè)模塊的硬件電路原理如圖3所示。

微控制器MC68HC908RF2中內(nèi)含MCU和射頻發(fā)送芯片MC33491，射頻發(fā)送芯片的工作完全由MCU控制，MCU設(shè)定其工作頻率及模式，控制數(shù)據(jù)的發(fā)送。

上電復(fù)位后微控制器開(kāi)始工作，先設(shè)置輪胎壓力傳感器MPXY8020A工作在等待模式，然后微控制器進(jìn)入STOP模式，輪胎壓力傳感器在等待模式下，OUT引腳每3秒輸出一次下降沿，觸發(fā)MCU的鍵盤中斷，喚醒MCU。MCU被喚醒后，禁止鍵盤中斷，通過(guò)修改輪胎壓力傳感器的工作模式，分別讀取采集的溫度和壓力數(shù)值，隨即使用曼徹斯特編碼方式發(fā)送射頻數(shù)據(jù)。發(fā)射完成之后重新允許鍵盤中斷，并再次讓輪胎壓力傳感器進(jìn)入等待模式，同時(shí)MCU再次進(jìn)入STOP模式，MCU的這種工作模式是為了降低功耗，延長(zhǎng)壓力檢測(cè)模塊的使用壽命。MCU工作在內(nèi)部晶振模式下，可以增加其抗干擾能力，并且輪胎壓力傳感器的RST（復(fù)位）信號(hào)每隔52分鐘復(fù)位一次MCU，這樣可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的工作可靠性。

（2）接收模塊

接收模塊可以安裝在汽車儀表盤上，通過(guò)指示燈閃爍或者液晶顯示告知駕駛員車輛各輪胎當(dāng)前的壓力及溫度狀況是否正常。接收模塊硬件電路原理如圖4所示，包括射頻接收芯片MC33594，接收微控制器MC68HC9S12DP256、指示燈、液晶顯示驅(qū)動(dòng)模塊等。

射頻接收芯片在開(kāi)始接收之前，由微控制器MC68HC9S12DP256通過(guò)其SPI模塊對(duì)射頻接收芯片的控制寄存器進(jìn)行配置，使其工作在315MHz FSK模式下，此過(guò)程中，微控制器MC68HC9S12DP256是主機(jī)，射頻接收芯片是從機(jī)。

配置完成之后，射頻接收芯片設(shè)置為主機(jī)，微控制器MC68HC9S12DP256則變成從機(jī)。射頻接收芯片在接收到壓力檢測(cè)模塊發(fā)送的曼徹斯特編碼的射頻數(shù)據(jù)后，將其轉(zhuǎn)化為TTL電平的串行數(shù)據(jù)從MOSI口輸出，并且在SCLK口上同步輸出時(shí)鐘。這樣，微控制器MC68HC9S12DP256就可以通過(guò)時(shí)鐘信號(hào)準(zhǔn)確地讀取射頻數(shù)據(jù)。

2、TPMS系統(tǒng)軟件

TPMS系統(tǒng)的發(fā)射芯片和接收芯片都需要按要求支持同一個(gè)簡(jiǎn)單的通用協(xié)議。數(shù)據(jù)以9600bps的速率傳送，采用FSK調(diào)制成曼徹斯特編碼。

（1）發(fā)送模塊

射頻發(fā)射芯片發(fā)送數(shù)據(jù)的格式由輪胎壓力檢測(cè)模塊決定，本系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)格式為：

1）頭字節(jié)：16位，為同步碼；

2）輪胎ID：32位，專門用來(lái)表示辨識(shí)輪胎的信息；

3）壓力數(shù)據(jù)：8位，表示測(cè)量到的輪胎壓力，每單位計(jì)數(shù)為2.5kPa。這個(gè)數(shù)據(jù)被接受MCU監(jiān)控，確定輪胎的壓力是否低于程序設(shè)定的閾值，如果低就發(fā)出低壓警告；

4）溫度數(shù)據(jù)：8位，表示測(cè)量到的溫度值，接收MCU記錄每個(gè)數(shù)據(jù)并通過(guò)SCI輸出；

5）校驗(yàn)和：8位，數(shù)值由前面已發(fā)送的數(shù)據(jù)決定，目的是為了降低由于輪胎壓力檢測(cè)模塊MCU、RF噪聲以及接收MCU的原因造成的把錯(cuò)誤數(shù)據(jù)當(dāng)做有用數(shù)據(jù)的可能性；

6）停止位：兩個(gè)停止位起著終止TPMS數(shù)據(jù)幀的作用。

輪胎壓力檢測(cè)模塊將數(shù)據(jù)打包成數(shù)據(jù)幀后發(fā)送。

（2）接收模塊

接收模塊的軟件主體是接收處理數(shù)據(jù)的循環(huán)，定時(shí)器溢出中斷將打斷非完整數(shù)據(jù)的接收過(guò)程，并將相關(guān)數(shù)據(jù)狀態(tài)初始化后重新回到循環(huán)中，為了能夠剔除錯(cuò)誤信號(hào)，在讀取數(shù)據(jù)的每一幀時(shí)，都開(kāi)啟定時(shí)器溢出中斷確保濾去不完整的數(shù)據(jù)，并且開(kāi)始等待下一個(gè)數(shù)據(jù)幀。在每一數(shù)據(jù)幀接收完畢后，MCU都要計(jì)算校驗(yàn)和，與接收到的校驗(yàn)和比較，從而判斷此次數(shù)據(jù)幀是否正確。

MCU可以根據(jù)駐車和行車狀態(tài)的不同，以及輪胎壓力的突變改變數(shù)據(jù)更新的速度，并及時(shí)的告知駕駛員輪胎壓力的突然變化，MCU還可以通過(guò)串口與PC機(jī)通訊，用來(lái)更新輪胎壓力及溫度的限值，修改輪胎ID號(hào)，進(jìn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控等。

PSTM系統(tǒng)發(fā)送、接收模塊的軟件流程分別如圖5和6所示。