【正文】 0位，數(shù)據(jù)速度是 9Hz，每位約 。 C 至 +125176。微芯的 PIC16F63X 內(nèi)置 2 個(gè)時(shí)鐘源 8M 和 31K，高達(dá) 8 種時(shí)鐘頻率。傳統(tǒng)的鋰電池在 40℃低溫時(shí)喪失電能，在 +100℃高溫時(shí)會自動放電，而鋰亞電池能滿足 TPMS寬溫度范圍的要求。硬件設(shè)計(jì)的第一步就是詳細(xì)了解所選芯片的結(jié)構(gòu)和性能；然后在此基礎(chǔ)上，根據(jù)系統(tǒng)既定的性能指標(biāo)與功能要求設(shè)計(jì)電路。需要注意的是，如果傳感器長時(shí)間置于最大值和推薦工作環(huán)境之間，有可能會影響工作性能和可靠性，這就意味著在汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)中，當(dāng)汽車輪胎的壓力和溫度過高或過低時(shí)，系統(tǒng)向駕駛?cè)藛T給出參數(shù)和報(bào)警提示，那么駕駛?cè)藛T就應(yīng)該 采取相應(yīng)措施，否則可能導(dǎo)致傳感器所測量的參數(shù)值會與實(shí)際值有較大的偏差。 SP12 測得的溫度 是存在著漂移的，所以內(nèi)部需要有一個(gè)溫度校正電路來提高溫度的精度，校正值 （ 2） （ 3） 式中，是校正值；是 SP12 測得的溫度值，是輪胎的實(shí)際溫度值。喚醒脈沖周期大約 6S（通過 WAKEUP 引腳輸出），復(fù)位脈沖周期大約 51 分鐘（通過 RESET 引腳輸出）。然后收到的指令將被譯碼從而決定數(shù)據(jù)的目標(biāo)地址?？刂浦噶钭趾晚憫?yīng)輸出字都是 8 位的，響應(yīng)輸出的內(nèi)容決定于上次輸入的指令。傳感器的工作電源接 ，可以和微控制器工作電壓一致。 1479 發(fā)射器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)鎖相環(huán)調(diào)諧的低功率超頻發(fā)射器，由微控制器通過 I/O 口來控制不同的工作模式。同步脈沖的頻率由 CLK0 和 CLK1 兩個(gè)引腳設(shè)置，時(shí)鐘設(shè)置如表 5 所示，其中 f 是晶振的頻率。此外，由于 PAOUT 是推挽輸出，所以應(yīng)該在此引腳上拉一個(gè)電感，與 PAOUT 的輸出電容形成諧振電路，提供偏置，避免功率耦合。 表 6 頻率偏移 Table36 FrequencyDeviation Settings DEV2 DEV1 DEV0 頻率偏移 0 0 0 10kHz 0 0 1 20kHz 0 1 0 30kHz 0 1 1 40kHz 1 0 0 50kHz 1 0 1 60kHz 1 1 0 70kHz 1 1 1 80kHz 功率放大器 PA 是一種輸出電流脈沖的集電極開路輸出結(jié)構(gòu)，它的輸出功率受負(fù)載阻抗大小的影響，因此在設(shè)計(jì)時(shí)可以通過負(fù)載阻抗來改變輸出功率的大小。當(dāng)芯片使能后，功率放大器 PAOUT 將會在 200μ s 內(nèi)進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)，之后可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸出。該芯片具有低電源電流（ ASK模式下為 ， FSK 模式下為 ）， 僅 200μ s 的啟動時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)，休眠模式下僅為 。 在讀取壓力數(shù)據(jù)時(shí)需要注意的是，在控制字移入 SP12 的同時(shí)，上一條指令的響應(yīng)字會在該時(shí)鐘周期內(nèi)移出，所以步驟 3 發(fā)送讀補(bǔ)償壓力數(shù)據(jù)指令的同時(shí)得到的響應(yīng)是上條命令的響應(yīng)字，要得到正確的壓力數(shù)據(jù)，必須要在下一個(gè)時(shí)鐘周期，即步驟 4 獲得，不然，將得到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。在 FSI 為“高”時(shí)，至少有一個(gè)錯(cuò)誤狀態(tài)標(biāo)志為被置為 1，這時(shí)應(yīng)當(dāng)停止采樣測量。在 NCS 的下降沿時(shí)， SCLK 引腳必須為“低”此后每一個(gè)時(shí)鐘的上升沿， SP12 的響應(yīng)數(shù)據(jù)將會從 SDO 輸出（從低位到高位）。 SP12 可以提供兩路輸出，分別給單片機(jī)提供中斷或是喚醒信號，以使單片機(jī)在不工作的時(shí)候進(jìn)入到睡眠狀態(tài)，來降低系統(tǒng)功耗。 SP12 傳感器測量壓力所需要的時(shí)間是 6ms，分辨率是 ，上面 提到的 100kPa450kPa 是 SP12 所能測到的絕對壓力范圍，它實(shí)際測量的值的范圍是 0350kPa，這反映在補(bǔ)償壓力數(shù)據(jù)中，一般來說，開發(fā)者只要讀取補(bǔ)償后壓力數(shù)據(jù)就可以了，因?yàn)樗难a(bǔ)償精度是能夠達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的要求的。 SP12 是具有 14 引腳的 SOP 封裝。本文后面的敘述中，將分系統(tǒng) 硬件設(shè)計(jì)與輪胎模塊的軟件設(shè)計(jì)兩大部分詳細(xì)的闡述了 TPMS 的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)過程。 LPC2119 內(nèi)部集成 2 個(gè) CAN 控制器，適合以后系統(tǒng)的功能擴(kuò)展，性能符合設(shè)計(jì)要求，并且性價(jià)比高，降低了系統(tǒng)的成本。進(jìn)入和退出低功耗模式以及快速處理數(shù)據(jù)的功能非常重要：，因?yàn)?CPU 會在等待時(shí)鐘穩(wěn)定下來期間浪費(fèi)電流。 1471 需要很少的外部元件，可以實(shí)現(xiàn)完整的無線射頻數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接收器，工作在 300MHz 至450MHz 頻段。射頻發(fā)射芯片還要考慮待機(jī)功耗和晶振啟動時(shí)間。 為了省電，發(fā)射器只有在必要的時(shí)候才發(fā)射數(shù)據(jù)，其余時(shí)間要處于休眠狀態(tài)，可以有很多判據(jù)來決定是否發(fā)射。 MPXY8020 還具有復(fù)位引腳，復(fù)位引腳作為一個(gè)輸出端子，此端子大約每 50 分鐘 向控制器發(fā)送一復(fù)位信號。 Infineon 的 SP12傳感器首先是采用了喚醒瞬態(tài)工作模式，當(dāng)它工作在睡眠工作模式時(shí)其功耗僅 微安秒，二是在傳感器模塊中增加了加速度傳感器，利用其質(zhì)量塊對運(yùn)動的敏 感性，可以實(shí)現(xiàn)汽車啟動自動開機(jī)，才進(jìn)入系統(tǒng)自檢，而如果檢測到加速度很小時(shí)（表示汽車沒有運(yùn)動）讓系統(tǒng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，大大地降低系統(tǒng)功耗 [35]。 InfineonSP 系列傳感器： Infineon 面向汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)應(yīng)用推出SP12/12T 傳感器。 能夠檢測電池電壓，低電壓時(shí)報(bào)警。因此，下面將講述本系統(tǒng)方案中主要芯片的選型，選型時(shí)綜合考慮性能、價(jià)格、供貨等因素。比如前左和后左輪胎換位時(shí)， 10 就代表前左、而 00 則代表后左。需要占用單片機(jī)兩個(gè)通用 I/O 口，通過短接高 /低電平實(shí)現(xiàn)一個(gè)非常簡單的二元編碼。 TPMS 系統(tǒng)通過單獨(dú)觸發(fā)各個(gè)胎壓遙測模塊，可以依次收集各個(gè)輪胎的數(shù)據(jù)，避免了定時(shí)隨機(jī)方式可能發(fā)生的數(shù)據(jù)發(fā)送：“撞車”事件，提高了數(shù)據(jù)發(fā)送成功率。輪胎換位時(shí)，胎壓遙測模塊不能跟隨輪胎的變動而變動，而必須按照其標(biāo)記位置重新拆卸和安裝，非常麻煩。 同樣，如果調(diào)換新的輪胎，或者某一輪胎的胎壓遙測模塊損壞，用戶需要更換該模塊時(shí)，新模塊的 DI 碼與已損壞的胎模塊不同，且不在現(xiàn)存對應(yīng)關(guān)系表中，導(dǎo)致更換模塊的信息不可識別而被丟棄。 保證系統(tǒng)可靠性，系統(tǒng)每隔一定時(shí)間復(fù)位一次。 圖 2 輪胎模塊框圖 Block diagram of tire module 收模塊的硬件總體設(shè)計(jì) 接收模塊的功能主要有信號接收、信號處理、顯示數(shù)據(jù)和報(bào)警，包括射頻接收電路、信號處理、顯示報(bào)警及人機(jī)接口四部分；如圖 3 所示。由于程序及一些重要的數(shù)據(jù)放在 ROM 區(qū)，這就為軟件抗干擾設(shè)計(jì)創(chuàng)造了良好的前提，并且在系統(tǒng)中所有 RAM 區(qū)的數(shù)據(jù)在破壞后，系統(tǒng)復(fù)位的情況下，完全能夠重新建立，這些都為軟件的抗干擾設(shè)計(jì)提供了條件。因此在輪胎監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，特別是涉及到了高頻無線信號，必須考慮與設(shè)計(jì)系統(tǒng)的抗干擾能力。在軟件設(shè)計(jì)的時(shí)候，可能要考慮以下這些問題： 數(shù)據(jù)測量的頻率是多少？如果測量頻率 高，加大電量的消耗；如果頻率低，容易漏報(bào)，不能實(shí)時(shí)的監(jiān)測輪胎的狀態(tài)。 輪胎模塊裝置在輪胎內(nèi)部，更換電池不便，所以輪胎模塊的功耗管理顯得尤為重要。電池必須重量輕，體積小，電量大，且工作溫度必須為－ 40℃到 125℃。數(shù)據(jù)采集及傳送模塊質(zhì)量的大小，決定了安裝載體輪胎動平衡調(diào)整的難易程度。在真空胎中可很容易地解決這一問題。 當(dāng)某個(gè)輪胎內(nèi)的數(shù)據(jù)采集模塊損壞需要重新更換時(shí)，系統(tǒng)提供用戶操作簡便的重新定位功能。 系統(tǒng)為有源 TPMS，輪胎壓力檢測模塊由電池供電。 在安裝該系統(tǒng)之后，有可能因?yàn)槭褂貌划?dāng)，或者輪胎拆裝過程中不留意，從而造成輪胎內(nèi)的傳感器模塊不工作或者硬件損壞。氣壓過高，輪胎接地面積小，磨耗量增大。 輪胎滾動阻力增大，燃料消耗增加，轉(zhuǎn)向性能差。 壓力對輪胎性能的影響 在影響輪胎性能的諸多因素中，充氣壓力是極其重要的一個(gè)。據(jù)報(bào)道，輪胎的能量損失占轎車總能量損失的 5%，占載重汽車總能量損失的 10%。溫度 升高引起材料疲勞，強(qiáng)度降低，當(dāng)應(yīng)力超過簾線的強(qiáng)度時(shí)，簾線就會折斷。 輪胎氣壓不足時(shí)，胎面接觸地面面積增大，胎面與地面摩擦阻力加大，同時(shí)胎體各部件的變形量變大，輪胎內(nèi)部組織間的摩擦也進(jìn)一步加劇，這些因素都進(jìn)一 步加劇胎體升溫。但是無內(nèi)胎輪胎在諸多方面的優(yōu)勢使它成為輪胎的發(fā)展趨勢，相信在不久無內(nèi)胎輪胎將會在各種車輛上得到廣泛得應(yīng)用。 由無內(nèi)胎輪胎結(jié)構(gòu)可知，無內(nèi)胎輪胎具有以下優(yōu)點(diǎn)： 在汽車批量生產(chǎn)中，輪胎安裝更簡單，更快捷。 根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境和功能要求，需要系統(tǒng)具有體積小、抗干擾能力強(qiáng)、低功耗的特點(diǎn)，輪胎模塊是放置在輪胎內(nèi)部，還需要具有耐高壓、耐高溫、耐腐蝕等特點(diǎn)。直接安裝在每個(gè)輪胎里測量輪胎壓力和溫度輪胎模塊，將測量得到的信號調(diào)制后通過高頻無線電波發(fā)射出去。無線射頻通信是一種高頻通信方式， TPMS 所占用的頻段在不同的地區(qū)有不同的標(biāo)準(zhǔn)，北美為 315MHz，歐洲 ，韓國 448MHz，目前我國還沒有制定 TPMS 占用的頻段標(biāo)準(zhǔn)，很多廠商參照歐洲標(biāo)準(zhǔn)即 實(shí)現(xiàn)高頻通信。當(dāng)輪胎壓力降低時(shí)，車輛的重量會使輪胎直徑變小，這反過來會導(dǎo)致車速發(fā)生變化。米其林集團(tuán)公司、固特異輪 胎橡膠公司己經(jīng)開發(fā)出在輪胎制造時(shí)的成形工序中，將壓力、溫度監(jiān)測和信號發(fā)射裝置被埋入輪胎胎壁內(nèi)，它在輪胎的整個(gè)壽命期間 一般為 1～ 7 年 發(fā)揮作用；作為信號接收裝置做成如手機(jī)的手握式解碼讀出器，可方便駕駛者出車時(shí)插裝在車上，下車后隨身攜帶。因此市場前景廣闊，目前大部分廠家都處在研究開發(fā)階段，出貨量不高。 受該法案驅(qū)動，各大公司及許多研究機(jī)構(gòu)都已經(jīng)開始研究相應(yīng)的 TPMS 方案，如 Motorola、 GE 等都已經(jīng)研制出適用于 TPMS 的 MEMS 傳感器及相應(yīng)的 TPMS 技術(shù)方案。凡世通（ Firestone）輪胎的質(zhì)量問題，造成了超過千人的傷亡，此事引起了業(yè)界和美國政府的高度關(guān)注，普利斯通 /凡世通公司曾被迫一次收回 650 萬只輪胎。除此以外還能避免由于爆胎引起的車輛損壞的修理費(fèi)、新胎或輪軸的購置費(fèi)用，以及因?yàn)檩喬ピ虬l(fā)生故障所造成的有形或無形的損失 [6]。汽車防抱死制動系統(tǒng)（ ABS）、安全氣囊等均是“事后被動”型安全保護(hù)，即事故已經(jīng)發(fā)生時(shí)保護(hù)人和汽車的安全，降低傷害程度。因?yàn)檩喬鈮盒纬奢喬?qiáng)度，輪胎低壓行駛時(shí)，變形下沉，將加大對輪胎胎肩的磨損。據(jù)國家橡膠輪胎質(zhì)量監(jiān)督中心的專家分析，保持標(biāo)準(zhǔn)的汽車輪胎氣壓正常與穩(wěn)定和及時(shí)發(fā)現(xiàn)車胎漏氣是防止爆胎的關(guān)鍵。打印前，不要忘記把上面“ Abstract”這一行后加一空行緒論 課題的目的和意義 隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，交通越來越便利，而隨之引發(fā)的交通事故也在不斷增多，其中由于輪胎的引起的比例非常高，這就使得人們需要對行駛中的輪胎壓進(jìn)行關(guān)注。其中，輪胎爆胎由于其不可預(yù)測性和無法控制而成為首要因素。于是，汽車輪胎監(jiān)測技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生 [2]。輪胎超壓行駛時(shí)，輪 胎與地面接觸的面積減少，單位壓力增高，輪胎胎面的中部磨損增加。避免因輪胎壓力過低或過高，溫度的異常，造成的爆胎；避免由于輪胎壓力不平衡，造成的駕車容易跑偏的現(xiàn)象；能最大限度的減少因輪胎故障導(dǎo)致的半路拋錨及交通事故的可能性。過快磨損的橡膠粉塵也將增加環(huán)境污染。 因此，在 2021 年美國國會通過了 TREAD（ Transportation Recall Enhancement Accountability and Documentation Act）法案。由于目前國家沒有強(qiáng)制性規(guī)定必須安裝 TPMS 裝置，而載貨汽車的所有權(quán)大多屬于貨運(yùn)公司，載貨汽車輪胎數(shù)量 多，安裝 TPMS 裝置費(fèi)用高昂，一般貨運(yùn)公司不愿意承擔(dān)如此高的費(fèi)用 [12]。目前各 廠家的重點(diǎn)并非是如何開拓市場，而是如何提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量。該傳感器除了能夠感知輪胎內(nèi)的氣壓、胎體溫度的變化并發(fā)射反映這種變化的信號外，還具有標(biāo)識輪胎的功能，也就是說，它既 可用于輪胎氣壓監(jiān)測，還可以用于輪胎歷程可追溯性記錄 [16]。間接系統(tǒng)相對便宜，只需對 ABS 軟件進(jìn)行升級就可以實(shí)現(xiàn)。雙向高頻通信為系統(tǒng)增加了另一條高頻通信鏈路，通過向系統(tǒng)增加額外的發(fā)射芯片和接收芯片或者集收發(fā)于一體的無線收發(fā)芯片實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)要解決的主要問題是系統(tǒng)能耗問題。如果輪胎的壓力或溫度出現(xiàn) 異常，中央監(jiān)視器根據(jù)異常情況，發(fā)出不同的報(bào)警信號，提醒駕駛者采取必要的措施 [23]。 研究 TPMS 系統(tǒng)中，測量、處理數(shù)據(jù)和傳輸?shù)母咝仕惴捌滠浖?shí)現(xiàn)，延長輪胎模塊電池的使用壽命。 沒有內(nèi)胎和襯墊 ，結(jié)構(gòu)簡單，且沒有內(nèi)胎與簾布層的摩擦，提高輪胎壽命。 爆胎的原因 汽車爆胎是指因輪胎某一局部機(jī)械強(qiáng)度被嚴(yán)重削弱，胎壓失去平衡而突然爆破的故障 .爆胎一旦發(fā)生，輕則汽車將發(fā)生劇烈的側(cè)滑、甩尾，重則汽車將連續(xù)翻滾 .這樣，不僅危及爆胎汽車自身安全，而且也會引起與附近車輛和行人發(fā)生連續(xù)碰撞，造成重大交通事故。每條輪胎都標(biāo)有該輪胎的負(fù)荷指數(shù)，如果輪胎超負(fù)荷運(yùn)行，胎內(nèi)氣壓增大，則輪胎變形增大，使胎冠剝離，簾布破裂，胎體溫度迅速升高，更容易爆胎。 另外，輪胎溫度升高還將造成輪胎氣壓隨之升高，使簾線所受的應(yīng)力加大輪胎的正常工作溫度應(yīng)為 105℃左右，當(dāng)大氣溫度為 25℃時(shí)，則允許輪胎溫升為80℃。 需要注意的是，當(dāng)行駛中發(fā)現(xiàn)輪胎溫度過高時(shí)，不應(yīng)通過放氣或潑冷水的方式進(jìn)行處理，而應(yīng)降低車速，將車停在陰涼通風(fēng)處降溫。 輪胎碰到障礙物時(shí)，由于沖擊力大，胎體簾線易斷裂，致使輪胎爆破。 輪胎內(nèi)壓長期低于標(biāo)準(zhǔn)氣壓，胎體變形，屈撓變形次數(shù)增加或移位導(dǎo)致過度疲勞生熱，兩胎側(cè)簾線脫層松散。 TPMS 總體設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求 根據(jù)