直接式TPMS系统,直接式TPMS系统原理是什么

直接式TPMS系统,直接式TPMS系统原理是什么

由于直接式轮胎压力检测系统传感器必须装于高速行驶的轮胎之中，因此需要通过无线通信技术实现压力监测。图1所示为Freescale公司的轮胎压力和温度检测系统方案的基本组成，压力检测模块主要由轮胎压力传感器及内含射频发送芯片的微控制器组成，采用视频收发技术实现压力和温度数据的传送。位于车内的接收模块主要由射频接收芯片、微控制器及相关的外围电路组成，用以监测轮胎压力和温度数据，如果出新爆胎前兆，则接收端的微控制器进行报警，提醒驾驶员减速小心行驶，避免发生交通事故。轮胎压力过低也可以报警提示。

1、TPMS系统硬件

（1）压力检测模块

图2所示为TPMS系统轮胎压力检测模块，包括专用压力传感器MPXY8020A6、微控制器MC68HC908RF2（内含射频发送芯片MC33491）、电池、天线等，系统通讯频率为31MHz。

压力检测模块安装在轮胎内，由3V锂电池供电。轮胎压力传感器除了能够检测压力外，还能检测轮胎内的温度。压力检测模块的硬件电路原理如图3所示。

微控制器MC68HC908RF2中内含MCU和射频发送芯片MC33491，射频发送芯片的工作完全由MCU控制，MCU设定其工作频率及模式，控制数据的发送。

上电复位后微控制器开始工作，先设置轮胎压力传感器MPXY8020A工作在等待模式，然后微控制器进入STOP模式，轮胎压力传感器在等待模式下，OUT引脚每3秒输出一次下降沿，触发MCU的键盘中断，唤醒MCU。MCU被唤醒后，禁止键盘中断，通过修改轮胎压力传感器的工作模式，分别读取采集的温度和压力数值，随即使用曼彻斯特编码方式发送射频数据。发射完成之后重新允许键盘中断，并再次让轮胎压力传感器进入等待模式，同时MCU再次进入STOP模式，MCU的这种工作模式是为了降低功耗，延长压力检测模块的使用寿命。MCU工作在内部晶振模式下，可以增加其抗干扰能力，并且轮胎压力传感器的RST（复位）信号每隔52分钟复位一次MCU，这样可以进一步提高系统的工作可靠性。

（2）接收模块

接收模块可以安装在汽车仪表盘上，通过指示灯闪烁或者液晶显示告知驾驶员车辆各轮胎当前的压力及温度状况是否正常。接收模块硬件电路原理如图4所示，包括射频接收芯片MC33594，接收微控制器MC68HC9S12DP256、指示灯、液晶显示驱动模块等。

射频接收芯片在开始接收之前，由微控制器MC68HC9S12DP256通过其SPI模块对射频接收芯片的控制寄存器进行配置，使其工作在315MHz FSK模式下，此过程中，微控制器MC68HC9S12DP256是主机，射频接收芯片是从机。

配置完成之后，射频接收芯片设置为主机，微控制器MC68HC9S12DP256则变成从机。射频接收芯片在接收到压力检测模块发送的曼彻斯特编码的射频数据后，将其转化为TTL电平的串行数据从MOSI口输出，并且在SCLK口上同步输出时钟。这样，微控制器MC68HC9S12DP256就可以通过时钟信号准确地读取射频数据。

2、TPMS系统软件

TPMS系统的发射芯片和接收芯片都需要按要求支持同一个简单的通用协议。数据以9600bps的速率传送，采用FSK调制成曼彻斯特编码。

（1）发送模块

射频发射芯片发送数据的格式由轮胎压力检测模块决定，本系统使用的数据格式为：

1）头字节：16位，为同步码；

2）轮胎ID：32位，专门用来表示辨识轮胎的信息；

3）压力数据：8位，表示测量到的轮胎压力，每单位计数为2.5kPa。这个数据被接受MCU监控，确定轮胎的压力是否低于程序设定的阈值，如果低就发出低压警告；

4）温度数据：8位，表示测量到的温度值，接收MCU记录每个数据并通过SCI输出；

5）校验和：8位，数值由前面已发送的数据决定，目的是为了降低由于轮胎压力检测模块MCU、RF噪声以及接收MCU的原因造成的把错误数据当做有用数据的可能性；

6）停止位：两个停止位起着终止TPMS数据帧的作用。

轮胎压力检测模块将数据打包成数据帧后发送。

（2）接收模块

接收模块的软件主体是接收处理数据的循环，定时器溢出中断将打断非完整数据的接收过程，并将相关数据状态初始化后重新回到循环中，为了能够剔除错误信号，在读取数据的每一帧时，都开启定时器溢出中断确保滤去不完整的数据，并且开始等待下一个数据帧。在每一数据帧接收完毕后，MCU都要计算校验和，与接收到的校验和比较，从而判断此次数据帧是否正确。

MCU可以根据驻车和行车状态的不同，以及轮胎压力的突变改变数据更新的速度，并及时的告知驾驶员轮胎压力的突然变化，MCU还可以通过串口与PC机通讯，用来更新轮胎压力及温度的限值，修改轮胎ID号，进行状态的实时监控等。

PSTM系统发送、接收模块的软件流程分别如图5和6所示。