雙向式汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)從機的設(shè)計

1、本科學生畢業(yè)設(shè)計雙向式汽車輪胎壓力檢測系統(tǒng)從機設(shè)計系部名稱 ：汽車工程系專業(yè)班級 ：車輛工程 B05-17 班學生姓名 ：指導教師 ：職稱：講師二九年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeDesign of Mutual Car Tire PressureDetection SystemCandidate： Wang BingyuSpecialty： Vehicle EngineeringClass：B05-17Supervisor： Lecturer.Lv DegangHeilongjiang Institute of Technology2

2、009-06Harbin摘要輪胎氣壓是影響汽車性能和行駛安全的重要因素。 輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng) (TPMS)能對輪胎的氣壓和溫度進行實時監(jiān)測，在輪胎出現(xiàn)異常情況時自動報警，使駕駛者可以及時發(fā)現(xiàn)異常并采取相應(yīng)的措施，是一種保障行車安全的預警系統(tǒng)。本課題所在項目采用了一種創(chuàng)新的系統(tǒng)解決方案， 將產(chǎn)品從機的安裝位置由原來安裝在輪毅上改在輪毅軸心上，主機與從機之間的信息通過微型無線網(wǎng)橋傳遞。本課題方案有效的解決了系統(tǒng)電源以及功耗問題，提高了系統(tǒng)運行的可靠性與穩(wěn)定性。由于安裝方式的改變，使得系統(tǒng)的維護也變得簡單起來。本文的主要工作是在理解整個系統(tǒng)的前提下負責從機模塊的電路設(shè)計。 論文首先介紹了目前國外 TP

3、MS的解決方案，并分析其存在的不足之處， 進而提出自己的解決方案。在詳細設(shè)計部分，本論文分為硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩大部分。關(guān)鍵詞： TPMS；輪胎模塊；監(jiān)視器模塊；無線數(shù)據(jù)通信ABSTRACTAutomobile tire pressure is an important factor to affect the performance in traffic safety. Tire Pressure Monitoring System (TPMS) on tire pressure and temperature in real-time monitoring can alarm in the

4、 unusual case，so that drivers can be abnormal in time and take corresponding measures to protect traffic safety.The subject of the project used an innovative system solutions for the structure， between the host and sub-machine information transfer through the micro-wireless bridge，wireless bridge de

5、veloped through DCPL bus connected with the host. The program issues an effective solution of the system power and power consumption issues， improved system reliability and stability. As a result of a change in the way of the installation，making the system easier to maintain also.In this paper， the

6、main task is to understand the premise of the whole system when it is responsible for co-design module. Paper first introduced the current foreign TPMS solutions，and analyze its shortcomings，and propose their own solutions. The paper is divided into two major parts，the detailed design and the hardwa

7、re design.Keywords:TPMS ；Tire Module ；Monitor Module ；Wireless Data Communications目錄第1章緒論.31.1 課題背景 .31.2 輪胎安全性能的分析 .31.2.1 溫度對輪胎安全性能的影響 .31.2.2 壓力對輪胎性能的影響 .41.2.3 輪胎壓力過低對輪胎安全性能的影響.41.2.4輪胎壓力過高對輪胎安全性能的影響.51.3輪胎經(jīng)濟性能分析 .51.4國內(nèi)外發(fā)展狀況 .61.5應(yīng)用前景 .61.6課題的提出 .6第 2 章 TPMS 系統(tǒng)的總體設(shè)計 .82.1系統(tǒng)概述 .82.1.1 TPMS 系統(tǒng)的分類

8、 .82.1.2輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成.82.2國外 TPMS 系統(tǒng)的解決方案 .92.3本課題的解決方案 .102.4系統(tǒng)設(shè)計要求 .112.4.1系統(tǒng)工作環(huán)境 .112.4.2系統(tǒng)功能要求 .122.4.3系統(tǒng)技術(shù)要求 .122.5本章小結(jié) .13第 3 章 輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)從機電路設(shè)計.143.1概述 .143.2無線通信模塊的設(shè)計 .143.2.1無線通信芯片的選型 .143.2.2射頻收發(fā)芯片 nRF9E5 .153.2.3天線的設(shè)計 .163.2.4環(huán)形天線的工作原理 .173.2.5參數(shù)值的計算 .173.3傳感器模塊的設(shè)計 .183.3.1 MPXY8020A 的特性結(jié)構(gòu)

9、.183.3.2 MPXY8020A 管腳配置說明 .193.4電源管理模塊的設(shè)計 .203.5從機電路整體設(shè)計 .203.6系統(tǒng)硬件的抗干擾設(shè)計 .錯誤！未定義書簽。3.7本章小結(jié) .錯 誤！未定義書簽。第 4 章 TPMS 從機系統(tǒng)軟件設(shè)計 . .224.1數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議 .224.2 RF 通信軟件設(shè)計 .234.2.1 nRF9E5 的工作模式 .234.2.2 nRF9E5 shockburst 模式 .234.2.3ShockBurst TX 模式 .234.2.4ShockBurst RX 模式 .244.2.5待機模式 .254.2.6無線收發(fā)器配置 .264.2.7片內(nèi) SPI

10、 寄存器配置 .264.2.8SPI 指令 .264.2.9無線收發(fā)寄存器器配置 .274.3數(shù)據(jù)采集模塊軟件設(shè)計 .274.3.1溫度、壓力數(shù)據(jù)的采集 .274.3.2測量主程序 .274.3.3逐次逼近法的程序設(shè)計 .284.3.4電壓信號的采集 .284.5軟件抗干擾設(shè)計 .324.6本章小結(jié) .33總 結(jié) .34參考文獻 .35致謝.37附錄.38第1章緒論1.1 課題背景高速公路網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展， 使車輛行駛速度得到了提高， 同時也潛伏了一些交通隱患，如因車胎爆胎等原因造成的交通事故。據(jù)統(tǒng)計，在中國高速公路上發(fā)生的交通事故有 70%是由于爆胎引起的，而在美國這一比例則更高。美國汽車工程

11、師協(xié)會的調(diào)查統(tǒng)計表明，美國每年有62 萬起交通事故是由于輪胎故障引起的，而75%的輪胎故障是由于不合理的輪胎氣壓和溫度造成的。爆胎造成了巨大的經(jīng)濟損失。怎樣防止爆胎已成為安全駕駛的一個重要課題。汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)( 英文縮寫TPMS， TirePresusre Monitoring system)應(yīng)運而生， TPMS主要用于在汽車行駛時實時的對輪胎氣壓進行自動監(jiān)測，對輪胎漏氣、低氣壓、高氣壓、或溫度過高等異常情況進行報警，以保障行車安全。 要求之一是到 2007 年，所有在美國銷售的汽車都必須安裝輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)。 2000 年 11 月 1 日美國總統(tǒng)克林頓簽署批準了國會關(guān)于修改聯(lián)邦運輸法

12、的提案，要求 2003 年后所有的新車都需把這種系統(tǒng)作為標準配置。回應(yīng) TREAD法案，美國公路交通安全局 ( 附 HTSA)要求到 2007 年，所有在美國銷售的汽車都必須安裝輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)，并提出了汽車生產(chǎn)商的執(zhí)行時間表: 美國市場出售的汽車， 2004 年占110%，2005 年占 35%， 2006 年占 65%， 2007 年將達 100% 。1.2 輪胎安全性能的分析導致輪胎故障的主要因素有 : 氣壓、溫度、負荷、速度、路況、環(huán)境溫度、連續(xù)行駛時間等。有關(guān)實驗證明， 80%的爆胎都會有前兆， 輪胎的溫度和壓力就會出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。因此，及時地了解和準確掌握輪胎的溫度、壓力狀況，并據(jù)此

13、采取相應(yīng)的防范措施，是預防爆胎，提高汽車安全行駛水平的有效途徑。1.2.1 溫度對輪胎安全性能的影響汽車輪胎在周期性載荷的作用下， 其橡膠和骨架材料的滯后損失以及橡膠與骨架材料之間的摩擦會導致生熱，并使輪胎溫度升高。輪胎溫度的升高除會使橡膠強度降低外，還會使簾線強度降低。當輪胎溫度從0升高到 100時，對于普通輪胎來說，簾線的強度將降低20%，橡膠的強度則將降低50%。當輪胎溫度高于其臨界溫度( 由輪胎溫度與強度關(guān)系示意圖1.2.1 可知， 100以內(nèi)為正常溫度區(qū)， 100 -121 之間為臨界溫度區(qū)， 121以上為危險溫度區(qū) ) 時，橡膠強度和簾線能力將降低更多，此時輪胎極易因強度不足而發(fā)生

14、“爆胎”。所以輪胎的溫升對其安全性能和使用壽命的影響極大。汽車在高速行駛時，駕駛員即使沒有任何操作失誤，汽車也可能會突然“爆胎”，其原因就在于輪胎過熱。因此，對于輪胎的溫度參數(shù)加以監(jiān)控，當輪胎的溫度升高到一定數(shù)值時對駕駛員提出報警，提示駕駛員采取相應(yīng)處理措施，可以有效地降低發(fā)生事故的可能性并提高輪胎的壽命。圖 1.1拉伸強度與溫度關(guān)系示意圖1.2.2 壓力對輪胎性能的影響每一種充氣輪胎，都有一個標準的充氣壓力范圍。例如: 高壓輪胎充氣壓力為490kPa-686kPa，低壓胎充氣壓力為147kPa-441kPa，超低壓胎充氣壓力為98kPa-147kPa。將輪胎按照要求進行充氣，不但可以使輪胎達

15、到良好的安全性能指標，還可以延長輪胎的壽命。否則，汽車在輪胎壓力異常的情況下長時間運行，將會對輪胎的安全性能產(chǎn)生較大的影響，嚴重時將會導致爆胎。1.2.3 輪胎壓力過低對輪胎安全性能的影響輪胎壓力過低是輪胎早期遭到破壞的主要原因。 由于種種原因， 有的車輛輪胎長期在低氣壓的情況下使用，使輪胎的使用性能和壽命受到影響。實踐表明，輪胎氣壓不足，將會造成如下危害 :(1) 長期氣壓不足，會使輪胎變形增大，輪胎內(nèi)部及外胎與內(nèi)胎之間的摩擦增加，使胎溫升高，導致輪胎材料的機械性能下降，容易造成胎體爆破；(2) 輪胎氣壓不足， 會使輪胎側(cè)彎曲度增大， 使輪胎肩部分加速磨損。 如果是后輪并裝雙胎，胎側(cè)之間會出

16、現(xiàn)互相摩擦，因而產(chǎn)生側(cè)環(huán)形磨損；(3) 輪胎中易嵌入石塊、 玻璃和鐵釘?shù)蠕J利物， 容易被劃傷刺穿， 引起內(nèi)胎泄露等機械損傷；(4) 氣壓過低，外胎在車輛上移動，會使胎圈磨損，并導致氣門嘴處撕裂或脫落；(5) 輪胎在氣壓不足的情況下行駛， 輪胎與地面的接觸面會增大， 勢必增加輪胎與路面行駛中的滾動阻力，致使發(fā)動機的一部分功率用來消耗在克服因輪胎充氣不足而產(chǎn)生的阻力上，因此給汽車的使用、動力和經(jīng)濟性能帶來一定的影響。實驗表明，輪胎氣壓低于標準氣壓 15%時，油耗將要增加 5%；如果氣壓低于標準氣壓30%，油耗則要2增加 12% 。1.2.4 輪胎壓力過高對輪胎安全性能的影響同樣，輪胎壓力過高也會對

17、輪胎的安全性能造成影響。輪胎的負荷能力和氣壓都是在設(shè)計時就已給定，由于內(nèi)壓的增加，輪胎各部位的變形和所受的內(nèi)應(yīng)力也相應(yīng)的增加。內(nèi)壓增加使輪胎剛性加大， 在載荷下的變形變小， 使輪胎與地面接觸的面積減小。因此，輪胎壓力過高時，會造成如下危害:(1) 胎體簾線所受原始應(yīng)力增大，胎體強度相對下降；(2) 胎冠突出，磨損不均勻，嚴重時容易造成磨胎冠現(xiàn)象；(3) 胎體變硬，彈性變差，汽車行駛時，輪胎冠部受沖擊應(yīng)力大，容易產(chǎn)生冠部簾線損傷，嚴重時引起輪胎爆破；(4) 汽車在同樣的使用條件下，輪胎緩沖性能變差，沖擊振動變大，操縱性能變差，特別是在質(zhì)量較差的路面行駛時，輪胎容易產(chǎn)生機械損傷，影響行駛安全3 。

18、1.3 輪胎經(jīng)濟性能分析輪胎的使用壽命， 在很大程度上和輪胎的使用條件、車輛的技術(shù)性能、 駕駛員的水平以及企業(yè)對輪胎的管理工作質(zhì)量等因素有直接的關(guān)系。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，當輪胎壓力低于其額定值 0.03MPa時，輪胎的正常使用壽命將會減少 25%；當輪胎壓力高于標準值25%時，其壽命將會降 15%-25%；對于轎車，其輪胎內(nèi)壓力每下降 0.05MPa，其承載力就減少 100N。根據(jù)德國聯(lián)邦統(tǒng)計局的車輛事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)， 約80%輪胎漏氣是由于輪胎氣壓不足造成的。 輪胎在設(shè)計制造的過程中，根據(jù)不同的價格、最大的負荷量、最高的行駛速度以及其它的主要途徑等己經(jīng)設(shè)定了與之相應(yīng)的最佳充氣壓力，我們稱之為輪胎的標準

19、氣壓。標準的氣壓是輪胎的生命，因此在使用過程中充氣壓力的過低或過高都會縮短它的壽命，甚至引發(fā)安全事故隱患。氣壓過低或過高都會影響行駛里程。氣壓過低，輪胎變形為外長內(nèi)縮，導致生熱增加，加速橡膠老化、疲勞，出現(xiàn)脫層現(xiàn)象等；氣壓過高，輪胎接地面積小，磨損量增大。如果在使用過程中，能夠正確地按照輪胎的標準氣壓使用，輪胎在行駛過程中會均勻的損耗，保持了輪胎的最佳負荷承載狀態(tài)和良好的彈性，則可以大大地延長輪胎的使用壽命。通過輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)，可以實時的知道各個輪胎當前的氣壓狀況，駕駛員可以采取措施確保輪胎氣壓保持在標準氣壓狀態(tài)，從而可以延長輪胎的使用壽命4 。1.4 國內(nèi)外發(fā)展狀況國外因立法較早， 其開發(fā)

20、生產(chǎn)的 TPMS較為成熟，現(xiàn)在國內(nèi)有許多汽車配件商開始代理銷售國外的 TPMS系統(tǒng)。生產(chǎn)及正在研究 TPMS的企業(yè)和廠家大概有 200多家，主要有上海泰好電子科技有限公司，佛山市朗杰電子科技有限公司，深圳市瑞電通信電子有限公司，福州東球金口哨輪胎防爆有限公司，上海保隆實業(yè)有限公司，寧波億萊斯電器有限公司，昆山雙橋傳感器測控技術(shù)有限公司等。但是國內(nèi)一些廠家生產(chǎn)的TPMS基本是靠引進國外公司輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)平臺及生產(chǎn)線，核心技術(shù)都掌握在國外廠家手中，基本沒有自主知識產(chǎn)權(quán)可言。因此，隨著TPMS逐漸成為汽車的標準配置，開發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的 TPMS意義重大。1.5 應(yīng)用前景美國每年的汽車銷量約

21、為 1500萬輛 ( 轎車 / 卡車 ). 全球每年約 5000萬輛，平均每輛車需要 4.2 個輪胎 ( 不包括備用胎 ) 。中國正在成為全球最大的新興汽車市場，中國汽車需求量和保有量出現(xiàn)了加速增長的趨勢，汽車保有量已突破2600萬輛，汽車年銷售將突破 600萬輛，未來 5年將成為僅次于美國的全球第二大汽車銷售國。汽車安全產(chǎn)品將成為中國生機勃勃的新興市場熱點，今后每年增長速度可達 5%。據(jù)有關(guān)部門對中國TPMS市場預測， 2006年底市場容量將達 50萬套，近 17億元人民幣。 根據(jù) 2003-2010年汽車需求預測 : 汽車年增長 16%-20%，轎車年增長 19%一 24%。綜合以上分析，

22、預計，中國汽車保有量在今后幾年將以 16%以上的速度增長 . 美國、歐洲已先后立法，要求在今后幾年內(nèi)實現(xiàn)汽車全部安裝 TPMS，因此，對 TPMS的需求量與日俱增。而美國的人工每小時工資差不多是中國工人的日工資，面對量大的產(chǎn)品需要降低生產(chǎn)成本，TPMS的生產(chǎn)正在轉(zhuǎn)向中國， 今后幾年內(nèi)中國必將成為TPMS的生產(chǎn)大國 . 為與世界先進國家同步， 我國關(guān)于汽車安裝 TPMS這樣的生命安全保障預系統(tǒng)的法規(guī)遲早也會出現(xiàn)。目前，我們國內(nèi)己有數(shù)百家設(shè)計公司、生產(chǎn)廠家開始開發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)TPMS。因此， TPMS的應(yīng)用前景將非常廣闊。1.6 課題的提出國內(nèi) TPMS的發(fā)展處于剛起步階段， 沒有自主知識產(chǎn)權(quán)，

23、國內(nèi)廠家生產(chǎn)的TPMS基本是靠引進國外公司輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)平臺及生產(chǎn)線。而經(jīng)過這么多年的發(fā)展，國外 TPMS也有其不足之處， 一般只能適應(yīng)車輛定性監(jiān)測使用，因此，現(xiàn)在仍然沒有作為一個成熟的產(chǎn)品被大范圍推廣使用。為了彌補國內(nèi)對于TPMS自主知識產(chǎn)權(quán)研發(fā)的空白，本課題組在充分研究國外TPMS的基礎(chǔ)上，總結(jié)出現(xiàn)有國外TPMS存在的主要問題，進而提出一種新型解決方案，具體方案描述見第二章。本論文所做的主要工作是在熟悉整個系統(tǒng)的工作原理的條件下，研究輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)從機電路的設(shè)計。第 2 章 TPMS 系統(tǒng)的總體設(shè)計2.1 系統(tǒng)概述2.1.1 TPMS 系統(tǒng)的分類目前， TPMS主要分為兩種類型，一

24、種是認 wheel-Speed Based TPMS(簡稱 :WSBTPMS，或稱為間接式 TPMS，這種系統(tǒng)是通過汽車 ABS系統(tǒng)的輪速傳感器來比較輪胎之間的轉(zhuǎn)速差別，以達到監(jiān)視胎壓的目的。 該類型系統(tǒng)的優(yōu)點是較直接式便宜， 對于己經(jīng)裝備了 4輪ABS的汽車，主要缺點是：首先無法對兩個以上輪胎同時缺氣的狀況和速度超過 100 公里 / 小時的情況進行判斷； 其次是準確率低， 目前還不能確定故障輪胎， 并且系統(tǒng)的校準極其復雜；此外，它無法用于未裝備 ABS的汽車。另一種是 Pressure Sensor Based TPMS( 簡稱： PSB TPMS，或稱為直接式 TPMS)，這種系統(tǒng)利用安

25、裝在每一個輪胎里的以鋰電池為電源的壓力傳感器來直接測量輪胎的氣壓，并通過無線電頻率調(diào)制發(fā)射到安裝在駕駛臺的監(jiān)視器上。監(jiān)視器隨時顯示各輪胎氣壓、溫度，駕駛者可以直觀地了解各個輪胎的氣壓狀況，當輪胎氣壓太低、滲漏、太高、或溫度太高時，系統(tǒng)就會自動報警，駕駛員由此可以采取相應(yīng)措施，以免爆胎事故的發(fā)生。本論文研究的是直接式TPMS，如無特別說明，文章后面提到的TPMS均指5直接式 TPMS 。2.1.2 輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成目前，直接式 TPMS系統(tǒng)主要有兩個部分組成: 安裝在汽車輪胎里的遠程輪胎壓力監(jiān)測模塊 RTPM(RemoteTire Pressure Monitoring) 和安裝在汽車

26、駕駛臺上的中央監(jiān)視器（LCD顯示器）。遠程輪胎壓力監(jiān)測模塊負責測量得到的信號調(diào)制后通過高頻無線電波（RF）發(fā)射出去。中央監(jiān)視器接受 RTPM模塊發(fā)射的信號，將各個輪胎的壓力和溫度數(shù)據(jù)顯示在屏幕上，供駕駛者參考。如果輪胎的壓力和溫度出現(xiàn)異常，中央監(jiān)視器根據(jù)異常情況，發(fā)出不同的警報信號，提醒駕駛者采取響應(yīng)措施。一般一個TPMS系統(tǒng)有 4個或 5個（包括備用胎） RTPM模塊。中央監(jiān)視器主要有六個部分組成：（ 1）背光 LCD顯示器；（2）主機穩(wěn)壓電路；（3）核心 CPU；（ 4）按鍵及蜂鳴器報警裝置；（ 5）接口；（ 6）天線。主機結(jié)構(gòu)框圖如圖 2.1 。鍵盤天線RF 接收器MCULCD電源圖 2

27、.1主機模塊結(jié)構(gòu)框圖從機模塊有五個部分組成：（ 1）具有壓力、溫度、電壓檢測和后信號處理 ASIC芯片組合的智能傳感器 SOC；（ 2） 4-8 位單片機（ MCU）；（ 3）RF射頻發(fā)射芯片；（ 4）鋰電池；（ 5）天線。從機結(jié)構(gòu)框圖如圖 2.2 所示。溫度 /壓力 /加速度傳感器電壓檢測S/HADCMCURF 發(fā)射天線SPIID鋰電池圖 2.2從機結(jié)構(gòu)框圖2.2 國外 TPMS 系統(tǒng)的解決方案目前市場上提供 TPMS配套的方案很多，芯片廠商包括飛思卡爾、 英飛凌、GE、Atmel 、Maxim、東芝、飛利浦等公司。飛思卡爾和英飛凌目前具有胎壓傳感器、RF射頻及接收器、 MCU的完整產(chǎn)品線，

28、其他半導體公司主要提供胎壓傳感器、RF、MCU的若干配套方案。市場上的 TPMS方案能見度較高的主要由三家芯片供貨商主導：飛思卡爾、GE、Infineon 。結(jié)果分析比較，在眾多的解決方案中它們的整體方案是一樣的，即將傳感器、無線發(fā)射模塊部分安裝在每個輪胎的氣門嘴上或是輪轂上，整個模塊有一塊鋰電池供電，將采集到的信號發(fā)射給主機系統(tǒng)，主機系統(tǒng)安裝在汽車的駕駛室內(nèi)，接受信號將壓力信號顯示在液晶屏幕上， 并判斷是否需要報警， 以提醒駕駛員采取相應(yīng)措施。不同的廠家解決方案的區(qū)別是每個部分使用的芯片有不同廠家生產(chǎn)， 采用的技術(shù)渠道、加工工藝不一樣?？v觀國內(nèi)外這幾年 TPMS產(chǎn)品的發(fā)展變化， 可以看出，國

29、外 TPMS發(fā)展主要集中在智能傳感器研究上， TPMS發(fā)射模塊將向集成化、單一化。無源化方向發(fā)展。智能傳感器是整合了硅顯微機械加工技術(shù)制作的壓力傳感器、 溫度傳感器、加速度計、電池電壓檢測、內(nèi)部時鐘和一個包含模數(shù)傳感器、取樣 / 保持、 SPI接口、校準、數(shù)據(jù)管理、 ID碼的數(shù)字信號處理 ASIC單元，模塊具有可編程性，及可以利用客戶專用軟件進行配置。他是由 MEMS傳感器和 ASIC電路兩塊芯片，用集成電路工藝做在一個封裝里。在封裝上方留有一個壓力 / 溫度導入孔，將壓力直接導入在壓力傳感器的應(yīng)力薄膜上，周邊固定的圓形應(yīng)力薄膜內(nèi)壁由半導體應(yīng)變片組成惠斯頓測量電橋；同時這個孔還將環(huán)境溫度直接導

30、入半導體溫度傳感器上。為了便于TPMS接收器的識別，每個壓力傳感器都具有 16-32 位獨特的 ID碼。適用于 TPMS的智能傳感器還有、 硅集成電容式傳感器，如飛思卡爾的MPXY8020、 MPXY8040和硅阻式壓力傳感器，如GE Novasensor的6NPX1、NPX2 。2.3 本課題的解決方案如果按照目前國內(nèi)外 TPMS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方式， 我們分析出有幾個問題無法克服。 目前國內(nèi)外該產(chǎn)品的從機一般式安裝在輪轂上或氣門嘴上，主機安裝在駕駛室內(nèi)，從機要將采集到得數(shù)據(jù)通過無線電波發(fā)送到主機接受裝置，無線信號要繞過車身才能被主機接收，由于汽車為金屬外殼， 對無線信號由一定得屏蔽作用，所以通信

31、可靠性比較低。經(jīng)過分析，我們總結(jié)出現(xiàn)有國外輪胎監(jiān)測系統(tǒng)存在的主要問題有以下幾點：（ 1）輪胎從機模塊安裝在輪轂上，可靠性較低，扒胎維護十分困難。（ 2）輪胎從機模塊安裝在輪轂上， 輪胎旋轉(zhuǎn)時徑向加速度的變化影響胎壓的測試精度。（ 3）輪胎從機模塊旋轉(zhuǎn)過程中信息發(fā)射角度和主機的相對位置不斷變化， 與主機進行無線通訊可靠性低，抗干擾性差。（ 4）輪胎從機模塊安裝在輪轂上， 監(jiān)測系統(tǒng)只能使用一次性鋰電池供電， 車輛長期告訴行駛電源故障率高，維護十分困難。（ 5）該輪胎監(jiān)測系統(tǒng)一般這適用于車輛定性監(jiān)測使用，沒有普及使用。由上可以看出，目前TPMS產(chǎn)品不能在大范圍推廣開來的根本問題不是處在傳感器上，傳感

32、器的集成度在上訴問題也不能完全克服。因此，本課題在研究國外 TPMS的基礎(chǔ)上提出一種新的方案。將從機模塊安裝在輪轂軸心，在每個輪胎從機模塊附近都裝有一個 RF無限網(wǎng)橋，網(wǎng)橋通過一組 DCPL總線與主機相連。從機模塊通過壓力、溫度傳感器進行數(shù)據(jù)采集， 數(shù)據(jù)經(jīng)過 MCU處理后通過射頻芯片無線發(fā)射給 RF無線網(wǎng)橋接收，然后由無線網(wǎng)橋?qū)?shù)據(jù)通過 DCPL總線傳輸給安裝在駕駛室內(nèi)的主機。當主機向從機發(fā)送信息時，則是將信息通過 DCPL總線傳遞給各個網(wǎng)橋，由無線網(wǎng)橋?qū)⑿畔l(fā)送給從機模塊。具體創(chuàng)造方案如下：（1）從結(jié)構(gòu)上對輪胎輪轂軸心進行了設(shè)計，改變了以往將 TPMS從機安裝在輪轂或氣門嘴上的做法，而是將從

33、機安裝在輪轂軸心，從機通過輪轂上的導孔監(jiān)測輪胎內(nèi)部的氣壓和溫度信號，這樣就便于安裝和拆裝維護。由于將從機的安裝位置放到了軸心附近，極大降低徑向加速度對壓力傳感器的影響，提高了測量精度和可靠性，同時也克服了由于從機安裝在輪轂上為產(chǎn)生的輪胎旋轉(zhuǎn)時從機和主機之間相對位置變化較大的問題。（2）本系統(tǒng)的無線發(fā)射模塊發(fā)送的信號不是繞過車身發(fā)送給主機的接收系統(tǒng)，而是發(fā)送給安裝在輪轂附近的無線微型網(wǎng)橋，由無線微型網(wǎng)橋通過 DCPL現(xiàn)場總線與主機相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。這樣就縮短了無線發(fā)射模塊與接收模塊的通信距離，而且無線信號也不用繞過車身傳送到主機上，這樣一方面可以減小從機模塊的發(fā)射頻率，降低系統(tǒng)功耗，另一方面可

34、以降低外界信號對從機模塊無線信號的干擾，從而提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴＃?）功耗問題一直是傳統(tǒng) TPMS產(chǎn)品較難解決的問題之一，傳統(tǒng)TPMS產(chǎn)品采用一次性鋰電池供電，且安裝在輪轂上或氣門嘴上，車輛長期告訴行駛電源故障較高，當電池電量耗完更換電池時需要扒胎維護，很不方便。目前通常采取的省電措施是使系統(tǒng)大部分時間在睡眠狀態(tài)，當汽車啟動時或進入高速行駛狀態(tài)下喚醒系統(tǒng)。啟動時進行自檢、自動喚醒，高速行駛時按運行的速度確定檢測時間周期。（4）主機與從機之間的信息交互通過中間的微型無線網(wǎng)橋來連接，網(wǎng)橋與從機模塊之間通過無線收發(fā)方式進行信息傳輸，與主機之間通過DCPL現(xiàn)場總線連接 7 。2.4 系統(tǒng)設(shè)計要求2.

35、4.1 系統(tǒng)工作環(huán)境為了實時測得汽車行駛時輪胎的壓力和溫度數(shù)據(jù)，輪胎壓力監(jiān)測模塊需要安裝在汽車輪胎內(nèi)部， 工作在輪胎封閉環(huán)境中。 由于現(xiàn)有輪胎大多數(shù)為真空子午胎，沒有內(nèi)胎，因此目前該產(chǎn)品一般固定安裝在輪轂上。由于在汽車行駛過程中，輪胎時鐘處于告訴旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，因而在數(shù)據(jù)的傳輸方式上不能采用有線方式。 結(jié)合汽車行駛中的復雜環(huán)境，能夠讓駕駛員及時可靠的得到預警報警信息，通過無線射頻通信方式來傳輸輪胎數(shù)據(jù)信息是最佳選擇。2.4.2 系統(tǒng)功能要求本課題研究的是新型的直接式輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)在汽車行駛的狀態(tài)下通過置于輪毅軸心的測量模塊獲取輪胎的壓力和溫度數(shù)據(jù)，并通過射頻發(fā)射模塊將此信息發(fā)送給無線網(wǎng)橋再

36、傳輸?shù)降今{駛室內(nèi)，在液晶顯示器上顯示各輪胎的當前狀況，使駕駛員可以直觀地掌握各輪胎的信息。當某個輪胎的壓力過高或過低、溫度過高或變化過快時，向駕駛員發(fā)出聲光報警；此外，系統(tǒng)還應(yīng)對電源電量不足和輪胎漏氣等狀況進行監(jiān)測，以保證系統(tǒng)的可靠運行和行車安全。綜上所述，系統(tǒng)應(yīng)實現(xiàn)如下功能:(1) 可以由用戶選擇車型以及相應(yīng)的壓力、 溫度闡值。通過按鍵，用戶可以選取不同的車型，設(shè)定不同的氣壓報普上下限值。(2) 實時監(jiān)測各個輪胎的壓力、溫度狀況 . 當某個輪胎的壓力超過標準范圍、溫度過高或變化過快時，點亮指示燈并驅(qū)動蜂鳴器報替，在液晶顯示器上顯示該輪胎當前的異常狀況，提醒駕駛員及時檢查并進行處理。(3) 對輪胎漏氣異常進行處理 . 漏氣異?？煞譃?“快漏氣”與 “慢漏氣”，針對兩種情況發(fā)出不同的報警，提醒駕駛者采取相應(yīng)的措施。(4) 對