无线接口电路设计及其在TPMS中的应用

　　引 言

　　新世纪伊始,由于凡世通轮胎(Fire-tone)的质量问题,大量的爆胎和翻车事故造成了超过100人的死亡和400人的受伤,引起了汽车行业和美国政府的关注。大量数据表明,对轮胎正确充气会大大降低爆胎的可能性。为了解决这个问题,轮胎压力监测系统(TPMS)的研究开始受到重视。汽车轮胎压力监测系统(TPMS)主要用于汽车行驶时对轮胎气压进行实时自动监测,对轮胎漏气和低气压进行报警,以保障行车安全。目前最流行的PSBTPMS系统(又称直接系统),是利用安装在每一个轮胎里的压力传感器来直接测量轮胎气压的,并对各轮胎气压进行显示及监视。当轮胎气压太低或有渗漏时,系统会自动报警。就TPMS系统构造而言,其采集的温度压力数据需要通过一种无线方式进行发送和接收,而且该收发电路要安装在轮胎里。这就必须要求其组成电路的芯片能够耐高温。要解决这两个问题,可以利用Motorola公司研制的发射芯片MC33493和接收芯片MC33594。该两款芯片都达到了汽车级温度(发射芯片为125℃,接收芯片为105℃)完全可以解决耐高温的问题,且工作性能极好。它们与单片机一起构成的接口电路成为TPMS系统中无线数据传输的重要组成部分。

　　1 TPMS系统总体设计

　　1.1系统工作原理

　　TPMS系统主要由安装在汽车轮胎内的压力、温度传感器,信号处理单元、RF发射器组成的TPMS发射模块,安装在汽车驾驶台上的包括数字信号处理单元的RF接收器以及LCD组成。

　　一般情况下,一辆轿车需要4个TPMS发射模块和1个TPMS接收器;而一辆卡车需要6～12个TPMS发射模块。为了提高系统的接收能力和抗干扰能力,系统安装时需要在汽车底盘安装接收天线。由SP12传感器、微控制器、MC33493发射模块、MC33594接收模块等主要芯片组成的TPMS系统方案结构框图如图1所示。

　　图1中,温度压力传感器将采集到的温度压力数据通过I2C总线或RS232接口送到单片机,单片机发送一使能信号ENABLE给发射器。当为高电平时,发射机开始工作,产生一个数据时钟信号给单片机,用于信号的同步。此时,单片机发送数据给发射机,发射机将得到的数据通过天线发射出去。接收机通过天线接收到信号后,首先置RESET引脚(用于设置主从模式)为一低电平,此时微控制器为主机,通过MOSI线来设置作为从机的接收器内的寄存器,设置好以后置RESET脚为高电平。此后微控制器为从机,而接收器就变为主机。它产生时钟信号,通过MOSI线将接收到的数据发送给单片机。此时单片机(带有SPI接口)通过SPI接口与PC机实现简单的连接,以达到在PC机上显示报警的作用。

　　1.2系统设计的几点考虑