汽車胎壓無線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

孫仲鍇、佟慧艷、陳斌、蔣庚原

（遼寧石油化工大學(xué) 113001)

0 引言

隨著人們安全意識的提高，胎壓監(jiān)測功能成為購買汽車時考慮的重要因素。汽車胎壓監(jiān)測系統(tǒng)TPMS (Tire Pressure Monitor System)能實時監(jiān)測汽車輪胎的氣壓和溫度等相關(guān)參數(shù)，可有效防止爆胎，降低油耗。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計

本系統(tǒng)是直接外置式TPMS，通過固定在汽車輪胎內(nèi)部輪輞上的傳感器，來實時監(jiān)測汽車4個輪胎壓力和溫度，并通過無線射頻信號發(fā)送給主控單元，由駕駛室內(nèi)的主控單元完成顯示和報警任務(wù)。本系統(tǒng)主要由胎壓測量發(fā)送控制單元和主控單元2部分組成，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 胎壓監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 胎壓監(jiān)測控制單元

胎壓監(jiān)測控制單元主要包括胎壓傳感器MPXY8300A6U、鋰電池和簡單的外圍器件。MPXY8300A6U是由Freescale公司生產(chǎn)的20端子專用胎壓監(jiān)測芯片[1-2]，內(nèi)部具有自動補(bǔ)償?shù)膲毫蜏囟葌鞲衅鳌?位MCU和兩軸加速儀，可在315/434 MHz頻率上的RF發(fā)射器及兩信道低頻率輸入，該芯片具有多種低功耗模式，可以極大程度降低待機(jī)功耗[3-4]。電源采用松下耐高溫電池CR2050B，容量345 mAh，性能穩(wěn)定。胎壓監(jiān)測控制單元電路圖如圖2所示。

2.2 主控單元設(shè)計

主控單元主要由微控制器單元、RF射頻接收單元、LCD單元、聲光報警單元、按鍵單元和直流電源組成。微控制器采用意法半導(dǎo)體的STM32L151C8T6芯片，STM32L151C8T6是32位超低功耗MCU，內(nèi)置2個16Mbit/s的SPI通信接口，方便與射頻芯片MC33594進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；MC33594是集成PLL調(diào)諧UHF數(shù)據(jù)接收器，方便設(shè)計315/434 MHz的曼徹斯特解碼接收電路，具有自動喚醒等功能，具有SPI可編程接口；本設(shè)計中MC33594采用“等待-休眠”循環(huán)模式以降低功耗。設(shè)計采用LCD12864作為顯示器件，微控制器通過串口與LCD相連，可設(shè)置若干按鍵進(jìn)行主控系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置及查詢等功能。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件主要包括胎壓監(jiān)測系統(tǒng)軟件和主控系統(tǒng)軟件2部分，系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計思想，C語言編程，程序可讀性較高。在增加系統(tǒng)需求時，只需要局部程序進(jìn)行修改即可，升級維護(hù)方便。

如圖3所示，在胎壓監(jiān)測系統(tǒng)開機(jī)進(jìn)行自檢后，進(jìn)入休眠狀態(tài)，通過定時中斷喚醒溫度及壓力采集控制單元。由于傳感器參數(shù)變化速度不同，根據(jù)車況對采樣頻率進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)，依次測量4個輪胎的壓力和溫度值，并實時與閾值進(jìn)行比較。若測量值正常，則進(jìn)入延時省電模式，延時時間到達(dá)后將數(shù)據(jù)組包編碼，通過RF發(fā)送出去；若數(shù)據(jù)異常，則直接組包發(fā)送，然后再回到休眠狀態(tài)等待喚醒。

如圖4所示，主控單元在系統(tǒng)通電后，各個控制單元進(jìn)行初始化自檢。當(dāng)微控制器收到MC33594的SPI中斷信號，則接收并解析數(shù)據(jù)包，首先判斷數(shù)據(jù)包的ID是否匹配。若ID不匹配，直接進(jìn)入待機(jī)模式；若ID正確，立即對數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理，并顯示在液晶屏LCD12864上；若接收胎壓或溫度數(shù)據(jù)異常，立刻進(jìn)行聲光報警，并顯示出來，最后進(jìn)入待機(jī)模式，等待再次中斷。

4 結(jié)束語

本文介紹了一種汽車胎壓無線監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由胎壓監(jiān)測控制單元和中央主控單元組成。由胎壓監(jiān)測控制單元測出輪胎壓力和溫度等相關(guān)數(shù)據(jù)后，通過無線射頻方式將信息發(fā)送給駕駛艙內(nèi)的主控單元，并在液晶屏上顯示輪胎內(nèi)部參數(shù)狀況。通過對系統(tǒng)的測試，充分考慮溫度條件和輪胎轉(zhuǎn)速差異等情況，測量胎壓誤差均在2.5%以內(nèi)，驗證了系統(tǒng)的可行性。

圖2 胎壓監(jiān)測控制單元電路圖

圖3 胎壓監(jiān)測控制單元系統(tǒng)軟件框架圖

圖4 主控單元系統(tǒng)軟件框架圖