李超

摘 要：本文主要針對在TPMS中應(yīng)用無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)現(xiàn)狀展開深入分析，先分析了TPMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理現(xiàn)狀，然后又闡述了TPMS系統(tǒng)無線通信部分硬件設(shè)計和無線數(shù)據(jù)傳輸軟件流程設(shè)計，如無線通信部分硬件芯片選擇、無線通信收發(fā)部分接口設(shè)計、工作模式的選擇、通信協(xié)議，通過以上設(shè)計，將其系統(tǒng)的優(yōu)勢體現(xiàn)出來。

關(guān)鍵詞：TPMS;無線數(shù)據(jù)通信技術(shù);優(yōu)勢體現(xiàn)

0 引言

經(jīng)研究表明下，輪胎毀損大部分原因是由于輪胎壓力不足導(dǎo)致的。由此可見，有效監(jiān)測和控制輪胎氣壓和溫度是非常重要的，而汽車輪胎壓力檢測系統(tǒng)（TPMS）運生就是在以上需求下。對于TPMS進行分析，能夠?qū)崟r自動檢測汽車行駛時輪胎氣壓，如果輪胎出現(xiàn)漏氣或者是低氣壓的現(xiàn)象，能進行報警，為行車安全提供重要的保障。目前，最流行的系統(tǒng)是直接式TPMS系統(tǒng)，主要是在每一個輪胎里安裝壓力傳感器，對輪胎氣壓直接測量，通過無線傳輸給主控模塊，進而顯示和監(jiān)視各輪胎氣壓。如果輪胎出現(xiàn)低壓，系統(tǒng)會自動報警。

1 TPMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理現(xiàn)狀分析

對TPMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理進行分析，主要輪胎模塊有4個，主控模塊有1個。輪胎模塊分別在每個輪胎上進行安裝，其中主要的組成結(jié)構(gòu)有壓力傳感器、溫度傳感器、控制器、天線和電池等。在安裝的過程中，由于輪胎模塊的電池電量有一定的限度，一般情況下，對TPMS壽命要求比較高，所以在設(shè)計TPMS過程中，最關(guān)鍵的問題就是節(jié)能問題。目前，從TPMS使用節(jié)能方法的角度上來看，主要有加速度觸發(fā)和壓力觸發(fā)兩種方法激活胎壓傳感器。對使用加速度傳感器原理進行分析，車子開動時，加速度傳感器對車子轉(zhuǎn)動產(chǎn)生離心力充分利用，激活傳感器發(fā)送無線數(shù)據(jù)。對使用壓力觸發(fā)TPMS工作原理進行分析，當(dāng)壓力傳感器檢測到輪胎壓力發(fā)生變化時激活傳感器發(fā)射射頻數(shù)據(jù)。將駕駛內(nèi)安裝主控模塊，其中組成結(jié)構(gòu)有射頻接收器、天線、CAN信號收發(fā)器。

2 TPMS系統(tǒng)無線通信部分硬件設(shè)計

對于TPMS系統(tǒng)來說，在輪胎模塊中，通過溫度壓力傳感器對溫度壓力采集數(shù)據(jù)，將其傳送在駕駛臺，為了更好地傳輸信息，必須需要無線通信方式。數(shù)據(jù)可靠運輸直接關(guān)系到整個系統(tǒng)安全，為了更好地控制單片機，可選擇合適射頻芯片，為信息的準(zhǔn)確性，傳輸實時性提供重要保障。

2.1 無線通信部分硬件芯片選擇

在整個系統(tǒng)中，最基本的要求是，電池供電、低功耗?；诖耍趯π酒x擇的過程中，要給予充分考慮功耗的問題。

2.1.1 微控制器、無線射頻發(fā)送芯片

微控制器芯片能夠滿足整個系統(tǒng)的低功耗和高性能要求，充分運用了NXP公司生產(chǎn)的FXTH87系列胎壓芯片，是8位單片機，內(nèi)置100～900 kPa氣壓傳感器、x軸z軸加速度傳感器、315 MHz和434 MHz無線發(fā)射器，曼徹斯特、雙相或NRZ數(shù)據(jù)編碼，從MCU直接訪問RF發(fā)射器以獲取獨特格式，六個通用GPIO引腳。

2.1.2 無線接收芯片

無線接收芯片采用Atmel公司的ATA5781芯片，該芯片有20Kbyte的ROM，支持315.00 MHz/433.92 MHz/868.30 MHz和915.00 MHz無線信號，在10 Kbit/s時接收靈敏度為-111 dBm的接收靈敏度，在20 Kbit/s的時候為-108.5 dBm的接收靈敏度，可編程的帶寬，兩種服務(wù)配置位于SRAM中，可以通過SPI或嵌入式應(yīng)用軟件進行修改，自動低功耗信道輪詢，靈活的輪詢配置，涉及時間，訂單和參與渠道，反應(yīng)時間快，多通道接收，為胎壓射頻接收提供了可靠的接收性能。

2.1.3 無線通信收發(fā)部分接口設(shè)計

在設(shè)計TPMS系統(tǒng)的過程中，數(shù)據(jù)傳輸部分是最關(guān)鍵的一點，對于數(shù)據(jù)傳輸來說，由駕駛室中的無線接收部分和輪胎中無線發(fā)射部分組成。無線發(fā)送模塊內(nèi)置無線發(fā)送模塊，可以直接通過配置主芯片的寄存器實現(xiàn)無線發(fā)送，接收模塊中帶有SPI接口是無線接收系統(tǒng)最大特點，通過SPI接口，實現(xiàn)微控和收發(fā)芯互連，通過SPI接口配置，可進行數(shù)據(jù)的收發(fā)，促使編程簡單化。無線收發(fā)數(shù)據(jù)傳輸部分準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性充分體現(xiàn)出整個系統(tǒng)優(yōu)良性能。

3 無線數(shù)據(jù)傳輸軟件流程設(shè)計

3.1 軟件設(shè)計

為了使發(fā)射機電池的使用壽命能夠達到10年，需從固件入手，使發(fā)射機在不需要胎壓數(shù)據(jù)的時候處于睡眠模式，在需要胎壓數(shù)據(jù)的時候處于工作模式。使發(fā)射機在準(zhǔn)確反映胎壓信息的條件下盡量地減少耗電量。因此，我們需要區(qū)分睡眠模式和工作模式。我們通過LF和時間中斷進入工作模式，在處理好對應(yīng)的任務(wù)后，進入睡眠模式。

3.2 通信協(xié)議

在4個輪胎模塊和中央接收模塊中，為了實現(xiàn)無線通信，對于發(fā)送和接收來說，必須要按照要求下，對一個簡單通信協(xié)議支持。

調(diào)制頻率：433.92 MHz;波特率：19.2 kbps;調(diào)制方式：FSK;編碼方式：曼徹斯特編碼;頻偏±45 kHz。

無線數(shù)據(jù)格式如表1：

前導(dǎo)頭：0XFF、0XFF、0XFF;幀頭：0XFF、0XF6;傳感器ID：每個傳感器唯一的標(biāo)識;狀態(tài)位：傳感器當(dāng)前狀態(tài);壓力：輪胎壓力;溫度：輪胎溫度;校驗位：采用CRC8校驗，校驗起始位置為傳感器ID共7個字節(jié)，校驗初始值為0xFF，校驗多項式為0x2F。

4 結(jié)束語

在汽車安全系統(tǒng)中，必備的功能之一是輪胎壓力和溫度實時檢測。充分應(yīng)用FXTH87一體胎壓芯片下，將其設(shè)計方案得出來。在低功耗和收發(fā)距離方面，此系統(tǒng)優(yōu)勢體現(xiàn)較為明顯，從某種程度上來看，應(yīng)用前景較為廣泛。

參考文獻：

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