引 言

    新世纪伊始，由于凡世通轮胎(fire-tone)的质量问题，大量的爆胎和翻车事故造成了超过100人的死亡和400人的受伤，引起了汽车行业和美国政府的关注。大量数据表明，对轮胎正确充气会大大降低爆胎的可能性。为了解决这个问题，轮胎压力监测系统(tpms)的研究开始受到重视。汽车轮胎压力监测系统(tpms)主要用于汽车行驶时对轮胎气压进行实时自动监测，对轮胎漏气和低气压进行报警，以保障行车安全。目前最流行的psbtpms系统(又称直接系统)，是利用安装在每一个轮胎里的压力传感器来直接测量轮胎气压的，并对各轮胎气压进行显示及监视。当轮胎气压太低或有渗漏时，系统会自动报警。就tpms系统构造而言，其采集的温度压力数据需要通过一种无线方式进行发送和接收，而且该收发电路要安装在轮胎里。这就必须要求其组成电路的芯片能够耐高温。要解决这两个问题，可以利用motorola公司研制的发射芯片mc33493和接收芯片mc33594。该两款芯片都达到了汽车级温度(发射芯片为125℃，接收芯片为105℃)完全可以解决耐高温的问题，且工作性能极好。它们与单片机一起构成的接口电路成为tpms系统中无线数据传输的重要组成部分。

    1 tpms系统总体设计

    1.1系统工作原理

    tpms系统主要由安装在汽车轮胎内的压力、温度传感器，信号处理单元、rf发射器组成的tpms发射模块，安装在汽车驾驶台上的包括数字信号处理单元的rf接收器以及lcd组成。

    一般情况下，一辆轿车需要4个tpms发射模块和1个tpms接收器；而一辆卡车需要6～12个tpms发射模块。为了提高系统的接收能力和抗干扰能力，系统安装时需要在汽车底盘安装接收天线。由sp12传感器、微控制器、mc33493发射模块、mc33594接收模块等主要芯片组成的tpms系统方案结构框图如图1所示。

    图1中，温度压力传感器将采集到的温度压力数据通过i2c总线或rs232接口送到单片机，单片机发送一使能信号enable给发射器。当为高电平时，发射机开始工作，产生一个数据时钟信号给单片机，用于信号的同步。此时，单片机发送数据给发射机，发射机将得到的数据通过天线发射出去。接收机通过天线接收到信号后，首先置reset引脚(用于设置主从模式)为一低电平，此时微控制器为主机，通过mosi线来设置作为从机的接收器内的寄存器，设置好以后置reset脚为高电平。此后微控制器为从机，而接收器就变为主机。它产生时钟信号，通过mosi线将接收到的数据发送给单片机。此时单片机(带有spi接口)通过spi接口与pc机实现简单的连接，以达到在pc机上显示报警的作用。

    1．2系统设计的几点考虑

    ①由于tpms发射模块工作在剧烈振动、环境温差变化大和不便于即时检修的条件下，因此要求所有的器件要有很好的可靠性和稳定性，能适应工作在-40～+125℃温度范围。为了缩小tpms发射模块的体积、节省功耗和增强功能，需要尽可能地选用具有多种功能的小型射频收发芯片。

    ②随着能源问题越来越被重视，系统节能成为本设计考虑的一个重点问题。为了提高tpms发射模块在一节锂电池下的工作时间，应该在大多数时间内让系统进入睡眠状态。唤醒tpms系统中的发射部分，可采用这样一种方法：在传感器模块中增加加速度传感器，利用其对运动的敏感性，实现汽车启动时自动开机进入系统自检；汽车高速行驶时按运动速度自动智能确定检测时间周期，利用软件设定安全期、敏感期和危险期，以逐渐缩短巡回检测周期和提高预警能力。唤醒tpms系统的接收部分，可以利用接收机的一个引脚strobe。在一个周期内，当检测到有效的id时，strobe置高电平，此时接收芯片就由休眠状态转为运行状态。

    2 系统硬件组成及电路设计

    2. 1 tpms系统主要硬件组成

    tpms系统主要由tpms传感器、微控制器和无线射频收发模块几个部分组成。

    (1) tpms传感器

    tpms传感器是一个集成了半导体压力传感器、温度传感器、数字信号处理单元和电源管理器的soc模块。为了强化胎压检测功能，有不少tpms传感器模块内还增加了加速度传感器、电压检测、内部时钟、看门狗和带12位adc、4kb flash、2kb rom、128 b ram、128 beeprom及其他功能的asic数字信号处理