直接式TPMS轮胎压力监测系统设计

　　伴随着城市交通技术的不断发展,人们在享受高速公路高效便捷方式的同时,随之引发的交通事故率也在提高,其中由于轮胎的气压引起的比例高达80%,这种现象使得人们要对行驶中的轮胎气压进行监测。一些发达国家陆续推出了相关法案(美国的TREAD法规),要求新车装配中必须装配能够对行驶中的轮胎气压实时监测的安全电子装置。因此,在未来汽车上加装轮胎压力监测系统(TPMS),也必将和ABS、安全气囊一样,是必然的发展趋势。轮胎压力监测系统全天候对轮胎里的压力进行监测,对轮胎的漏气和低压、高压进行报警,使车辆始终处于安全运行状态。

　　1 系统设计

　　TPMS系统由轮胎压力传感器和接收机组成。轮胎压力传感器选用MicrochiP公司的PICl6F628A低功耗8位MCU,压力传感器选用英飞凌的SPl2,射频IC选用N0rdic公司的nRF40l。

　　装在轮胎里的压力传感器将轮胎里的压力、温度信息传送给驾驶室里的接收机,让司机随时了解轮胎中的气压情况,如图l所示。

　　1.1 射频电路

　　在图2所示的射频信号电路中,采用挪威Nordic,公司的nRF40l器件,该器件是433 MHz ISM频段的单片UHF无线收发IC。它采用FSK的调制解调技术,其最高工作速率可达20 kb,发射功率可调,最大达lO dBm。基本技术指标如下：

　　中心载频点为433.92/434.23 MHz;

　　最大发射功率为10 dBm

　　工作电压为2.7~5.25V;

　　接收时消耗电流为250μA,发射时最大为28 mA,待机电流为8/μA。

　　NRF401的ANTl和ANT2是天线的输入/输出复用脚。在输入模式时,射频信号通过将该脚连接到低噪音放大器后解调;同样,在输出模式时,调制的信号在功率放大后,通过该脚输出。

　　4脚为nRF401的PLL锁相环滤波器输入,该脚正常工作时的电压是l.lV±0.2V。

　　5脚和6脚为压电晶振控制的外围电路,此两脚间接一个Q>45@433 MHz值的22μH电感。

　　7脚和8脚分别为数据输入脚和输出脚。配合18脚PWR_UP和19脚TXEN上的电位时序完成信息的发送和接收。图3是进行数据发射和接收时控制各引脚操作时序图。

　　11脚外接射频功率控制电阻。如图2中的R3,该值在22~100kΩ之间。一般在30kΩ左右达到7 dBm。

　　1.2 螺旋天线的结构

　　由于天线有不同类型,应根据具体应用要求来选择。本应用中,天线位于汽车轮毂内。紧靠气门嘴。在高速行驶中,天线不断变换方向。为了尽可能扩大接收的角度,选用螺旋天线。

　　螺旋天线的圈数(N)、直径(D)和圈距(S)决定了天线的增益和方向性。

　　天线的总长为LN=NLO=Nsqit(S2+C2)这里C=xD是螺旋的园周,Lo=sqrt(S2+C2)是一圈导线的长度。