基于SP370的直接式TPMS系統(tǒng)設(shè)計(jì)

莊嚴(yán)+王凌云+張國(guó)玉+王醒華

摘 要：汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TPMS）是行車安全的保障。文章研究了直接式胎溫胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，采用英飛凌SP370傳感模塊和TDA5235RF接收芯片設(shè)計(jì)了一種直接式汽車胎溫胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。重點(diǎn)解決了輪胎的壓力、溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及發(fā)射器與接收器距離遠(yuǎn)，接收信號(hào)不可靠等問(wèn)題。所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)體積小、功耗低，在每天行車15小時(shí)的情況下，模塊使用周期在五年以上。且數(shù)據(jù)采集發(fā)射模塊的溫度壓力測(cè)量精度高，可以確保傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，并能在胎壓過(guò)高、過(guò)低或溫度過(guò)高時(shí)報(bào)警。進(jìn)而達(dá)到行車安全、節(jié)省油耗的作用。

關(guān)鍵詞：輪胎壓力；SP370；輪胎壓力檢測(cè)系統(tǒng)；TDA5235

中圖分類號(hào)：U463.341 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）24-0094-03

Abstract： Automobile tire pressure monitoring system（TPMS） is the guarantee of driving safety. This paper studies the structure and working principle of Pressure-Sensor Based TPMS， adopting Infineon SP370 sensor module and TDA5235RF receiver chip to design a Pressure-Sensor Based TPMS. Focus on solving the tire pressure， tire temperature data real-time monitoring， transmitter is far away from receiver， received signal is not reliable and so on. The designed system is small in size and low in power consumption， In the case of 15 hours driving a day， the module usage cycle is more than five years. And that the temperature and pressure measurement accuracy of data acquisition and transmission module not less than ±2%FS， ensuring the accuracy of data transmission， and when the tire pressure is too high， too low or the tire temperature is too high， the system alarming. Thus， achieving the effectiveness of driving safety， saving fuel consumption.

Keywords： tire pressure；SP370；TPMS；TDA5235

1 概述

汽車自誕生以來(lái)，已經(jīng)走過(guò)了一個(gè)世紀(jì)，一直在人們的生活中扮演著不可或缺的角色。當(dāng)人們對(duì)汽車愈發(fā)依賴時(shí)，由汽車引發(fā)的交通事故也令人們惋惜。其中，由輪胎異常引起的事故在所有的事故中所占比例最大，后果最為嚴(yán)重，人們對(duì)輪胎問(wèn)題的關(guān)注度也越來(lái)越高，汽車胎溫胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)際而生。汽車胎溫胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（Tire Pressure Monitoring System，TPMS）是一種基于無(wú)線傳輸技術(shù)，通過(guò)安置在輪胎內(nèi)部的高靈敏度的集成傳感器，對(duì)輪胎的壓力、溫度等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞，使駕駛員可以隨時(shí)了解輪胎狀態(tài)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是行車安全的保障。

2 直接式TPMS系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

胎壓測(cè)量發(fā)射模塊安放在每個(gè)車輪的輪轂上，工作條件惡劣。要求測(cè)量模塊具有寬溫、抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量精度高、發(fā)射穩(wěn)定性好、體積小等特點(diǎn)。英飛凌最新一代SP37系列芯片SP370-23-156，集傳感器、微處理器和RF發(fā)射器于一體，有較高的集成度和測(cè)量精度，用戶只需配置外圍電路和程序即可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集發(fā)送。采用CR2450寬溫電池進(jìn)行供電，容量為500mAh，工作溫度為40-125℃，滿足極端環(huán)境下的使用需求。

RF發(fā)射器可以配置成ASK、FSK調(diào)制發(fā)射及低頻喚醒功能。基于穩(wěn)定性和可靠性選擇頻率433.92M的FSK發(fā)射模式，為了有效降低系統(tǒng)的功耗從而延長(zhǎng)模塊的使用壽命，在汽車靜止的時(shí)，將測(cè)量模塊設(shè)置為空閑模式，在汽車行駛時(shí)，通過(guò)低頻喚醒功能將測(cè)量模塊由休眠模式切換成測(cè)量模式。發(fā)射模塊電路原理圖如圖1所示。

接收顯示模塊將接收到的無(wú)線信號(hào)解調(diào)，MCU對(duì)數(shù)據(jù)分析處理，通過(guò)顯示屏對(duì)輪胎的胎溫胎壓進(jìn)行顯示，并對(duì)極端情況進(jìn)行報(bào)警處理。

本文中RF接收芯片選用英飛凌公司的TDA5235，TDA5235有數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、接收靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。該芯片支持433.92MHz頻段，支持FSK解碼并自動(dòng)提取出有效數(shù)據(jù)存入內(nèi)部FIFO后產(chǎn)生中斷，等待CPU提取信息。CPU與TDA5235 的接口為SPI模式，CPU將提取的數(shù)據(jù)解碼處理并將壓力、溫度信息顯示在液晶顯示屏上，并在模塊監(jiān)測(cè)到異常胎壓、胎溫時(shí)進(jìn)行報(bào)警。接收模塊電路如圖2所示。

3 直接式TPMS系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 發(fā)射模塊軟件設(shè)計(jì)

胎壓發(fā)射模塊上電后，首先對(duì)SP370模塊初始化，設(shè)置各器件的工作狀態(tài)，然后通過(guò)對(duì)SP370測(cè)得的加速度參數(shù)來(lái)判斷車輛是否處于靜止?fàn)顟B(tài)，如果靜止則發(fā)射模塊進(jìn)入超低功耗的空閑狀態(tài)。汽車正常行駛過(guò)程中，通過(guò)低頻喚醒功能來(lái)切換模塊的工作模式，發(fā)射模塊的軟件流程框圖如圖3所示。endprint

3.2 接收數(shù)據(jù)包軟件判定設(shè)計(jì)

由于干擾的存在接收到的數(shù)據(jù)包不可避免會(huì)有誤包存在，如何對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行準(zhǔn)確的識(shí)別關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的精確度。采用CRC檢查能夠剔除數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)包，循環(huán)冗余檢查（CRC）是一種數(shù)據(jù)傳輸檢錯(cuò)功能，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)式計(jì)算，并將得到的結(jié)果附在幀的后面，接收設(shè)備也執(zhí)行類似的算法，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。每個(gè)數(shù)據(jù)包都包含序列號(hào)段，用來(lái)判斷是否有丟包及重復(fù)數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包還包含SP370出廠帶有的獨(dú)一無(wú)二的ID號(hào)，來(lái)匹配輪胎的位置，以便于正確顯示和消除其他汽車發(fā)射模塊的干擾。接收數(shù)據(jù)包判定流程圖如圖4所示。

4 實(shí)物測(cè)試結(jié)果與結(jié)論

4.1 實(shí)際使用壽命的計(jì)算

由于發(fā)射模塊的高集成度，導(dǎo)致供電電池?zé)o法進(jìn)行更換，電池的使用壽命決定了整個(gè)模塊的工作年限。SP370不同模式下的工作電流如表1所示。

以一個(gè)周期36s為例，其中35.9s的時(shí)間為待機(jī)時(shí)間，SP370的測(cè)量時(shí)間不大于0.02s，發(fā)送時(shí)間不大于0.08s。可以得出SP370工作一個(gè)周期的功耗為：

SP370正常情況下連續(xù)工作一小時(shí)的功耗為：

根據(jù)電池廠家所給的數(shù)據(jù)，本設(shè)計(jì)所選用的紐扣電池容量為500mAH，根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求，每天行車15小時(shí)，可以得到模塊可以使用的天數(shù)：

約為5.37年，工作周期在五年以上，滿足使用壽命需求。

4.2 實(shí)物測(cè)試

所設(shè)計(jì)的TPMS系統(tǒng)在不同壓力、溫度環(huán)境下的實(shí)測(cè)情況如圖5所示。由于習(xí)慣問(wèn)題，通常將1kg/cm2稱為1kg，即2.29kg為2.29kg/cm2。

5 結(jié)束語(yǔ)

文中對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，設(shè)計(jì)了TPMS系統(tǒng)的電路圖，繪制了相應(yīng)的程序流程框圖，通過(guò)對(duì)成品的實(shí)際測(cè)試與計(jì)算，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在每天工作15小時(shí)的情況下，工作周期可以達(dá)到五年以上。SP370的溫度壓力測(cè)量精度高，確保了傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，并在胎壓過(guò)高、過(guò)低或溫度過(guò)高時(shí)報(bào)警，有較好的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。

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