基于ASK调制模式的胎压监测系统设计

　　汽车胎压监视系统(Tyre Pressure Monitoring System，TPMS)是一种能对汽车轮胎气压、温度进行自动检测，并对轮胎异常情况进行报警的预警系统。当轮胎发生漏气、过压、温度过高等危险情况时，TPMS能及时告知驾驶员采取措施将事故消灭在萌芽状态。由于幅移键控(Amplitude-Shift-Keyed，ASK)信号调制模式具有功耗低、灵敏度高以及成本低的优点，我们选用基于ASK调制模式的MAX1473和MAX7044作为收发芯片，设计完成了一种新型胎压监测系统。

　　系统描述

　　胎压监测系统组成如图1所示，在每个车轮轮毂上安装一个轮胎压力传感器，它能够准确测量轮胎内部的压力和温度。传感器通过无线形式按照一定的规律向胎压控制器发送轮胎的压力值、温度值。驾驶员通过显示屏获得每一个轮胎的压力值、温度值。当某一个轮胎的压力值或温度值变化超过了报警阀值时，胎压控制器能够准确识别轮胎的位置，并且发出图形、声音、文字报警。

　　图1 胎压监测系统组成图

　　系统硬件方案设计

　　该TPMS系统包括两种硬件模块：轮胎压力传感器和胎压控制器。笔者以基于ASK调制模式的MAX1473和MAX7044作为无线收发芯片，设计了轮胎压力传感器和胎压控制器的硬件结构，如图2所示。收发无线信号调制频率为433.92MHz。

　　图2 TPMS系统硬件模块框图

　　1 MAX7044射频应用设计

　　发射芯片是无线轮胎压力传感器的核心部分。由于轮胎压力传感器安装在轮毂上，采用能量有限的锂电池供电，因此发射芯片的选型需具有以下两个特点：

　　● 功耗低，支持ASK调制，有多种工作模式，便于根据具体工作状态进行功耗管理，以尽可能延长监测模块的工作寿命;

　　● 芯片最小可工作电压低，发射功率足够大;

　　根据以上特点，并经过分析比较，我们最终选用了MAX7044这款性价比高的发射芯片。MAX7044是MAXIM公司生产的300MHz～450MHz频率范围内ASK调制芯片，最大输出功率+13dBm(50Ω负载)，电源电压最低2.1V工作。应用电路如图3所示，主要包括电源去耦电路、晶振电路和天线匹配电路三部分。由于RF芯片对电源的噪音非常敏感，恰当有效的电源去耦电路能很好的抑制噪音，提高可靠性，因而靠近3V电源引脚配置了去耦电容C5。MAX7044常用调制频率有315MHz和433.92MHz两种，不同调制频率所选用的晶振也不同。若调制频率为315MHz，那么外部晶振频率G1应为9.84375MHz，输出频率CLK-OUT为615.2kHz;若调制频率为433.92MHz，那么外部晶振频率G1应为13.56MHz，输出频率CLK-OUT为847.5kHz。输出频率CLK-OUT用于给压力温度传感器SP30内部的MCU提供操作时序。L1、L2、C1、C2和C3组成了天线匹配网络，通过优化这些参数可以将特定阻抗的天线匹配到MAX7044功率放大器的输出阻抗125Ω，以抑制谐波，提高天线的效能。本设计采用气门嘴作为天线，通过软件仿真和反复测试验证，最佳匹配电路如图3所示。