直接式TPMS系統,直接式TPMS系統原理是什么

由于直接式輪胎壓力檢測系統傳感器必須裝于高速行駛的輪胎之中，因此需要通過無線通信技術實現壓力監測。圖1所示為Freescale公司的輪胎壓力和溫度檢測系統方案的基本組成，壓力檢測模塊主要由輪胎壓力傳感器及內含射頻發送芯片的微控制器組成，采用視頻收發技術實現壓力和溫度數據的傳送。位于車內的接收模塊主要由射頻接收芯片、微控制器及相關的外圍電路組成，用以監測輪胎壓力和溫度數據，如果出新爆胎前兆，則接收端的微控制器進行報警，提醒駕駛員減速小心行駛，避免發生交通事故。輪胎壓力過低也可以報警提示。

1、TPMS系統硬件

（1）壓力檢測模塊

圖2所示為TPMS系統輪胎壓力檢測模塊，包括專用壓力傳感器MPXY8020A6、微控制器MC68HC908RF2（內含射頻發送芯片MC33491）、電池、天線等，系統通訊頻率為31MHz。

壓力檢測模塊安裝在輪胎內，由3V鋰電池供電。輪胎壓力傳感器除了能夠檢測壓力外，還能檢測輪胎內的溫度。壓力檢測模塊的硬件電路原理如圖3所示。

微控制器MC68HC908RF2中內含MCU和射頻發送芯片MC33491，射頻發送芯片的工作完全由MCU控制，MCU設定其工作頻率及模式，控制數據的發送。

上電復位后微控制器開始工作，先設置輪胎壓力傳感器MPXY8020A工作在等待模式，然后微控制器進入STOP模式，輪胎壓力傳感器在等待模式下，OUT引腳每3秒輸出一次下降沿，觸發MCU的鍵盤中斷，喚醒MCU。MCU被喚醒后，禁止鍵盤中斷，通過修改輪胎壓力傳感器的工作模式，分別讀取采集的溫度和壓力數值，隨即使用曼徹斯特編碼方式發送射頻數據。發射完成之后重新允許鍵盤中斷，并再次讓輪胎壓力傳感器進入等待模式，同時MCU再次進入STOP模式，MCU的這種工作模式是為了降低功耗，延長壓力檢測模塊的使用壽命。MCU工作在內部晶振模式下，可以增加其抗干擾能力，并且輪胎壓力傳感器的RST（復位）信號每隔52分鐘復位一次MCU，這樣可以進一步提高系統的工作可靠性。

（2）接收模塊

接收模塊可以安裝在汽車儀表盤上，通過指示燈閃爍或者液晶顯示告知駕駛員車輛各輪胎當前的壓力及溫度狀況是否正常。接收模塊硬件電路原理如圖4所示，包括射頻接收芯片MC33594，接收微控制器MC68HC9S12DP256、指示燈、液晶顯示驅動模塊等。

射頻接收芯片在開始接收之前，由微控制器MC68HC9S12DP256通過其SPI模塊對射頻接收芯片的控制寄存器進行配置，使其工作在315MHz FSK模式下，此過程中，微控制器MC68HC9S12DP256是主機，射頻接收芯片是從機。

配置完成之后，射頻接收芯片設置為主機，微控制器MC68HC9S12DP256則變成從機。射頻接收芯片在接收到壓力檢測模塊發送的曼徹斯特編碼的射頻數據后，將其轉化為TTL電平的串行數據從MOSI口輸出，并且在SCLK口上同步輸出時鐘。這樣，微控制器MC68HC9S12DP256就可以通過時鐘信號準確地讀取射頻數據。

2、TPMS系統軟件

TPMS系統的發射芯片和接收芯片都需要按要求支持同一個簡單的通用協議。數據以9600bps的速率傳送，采用FSK調制成曼徹斯特編碼。

（1）發送模塊

射頻發射芯片發送數據的格式由輪胎壓力檢測模塊決定，本系統使用的數據格式為：

1）頭字節：16位，為同步碼；

2）輪胎ID：32位，專門用來表示辨識輪胎的信息；

3）壓力數據：8位，表示測量到的輪胎壓力，每單位計數為2.5kPa。這個數據被接受MCU監控，確定輪胎的壓力是否低于程序設定的閾值，如果低就發出低壓警告；

4）溫度數據：8位，表示測量到的溫度值，接收MCU記錄每個數據并通過SCI輸出；

5）校驗和：8位，數值由前面已發送的數據決定，目的是為了降低由于輪胎壓力檢測模塊MCU、RF噪聲以及接收MCU的原因造成的把錯誤數據當做有用數據的可能性；

6）停止位：兩個停止位起著終止TPMS數據幀的作用。

輪胎壓力檢測模塊將數據打包成數據幀后發送。

（2）接收模塊

接收模塊的軟件主體是接收處理數據的循環，定時器溢出中斷將打斷非完整數據的接收過程，并將相關數據狀態初始化后重新回到循環中，為了能夠剔除錯誤信號，在讀取數據的每一幀時，都開啟定時器溢出中斷確保濾去不完整的數據，并且開始等待下一個數據幀。在每一數據幀接收完畢后，MCU都要計算校驗和，與接收到的校驗和比較，從而判斷此次數據幀是否正確。

MCU可以根據駐車和行車狀態的不同，以及輪胎壓力的突變改變數據更新的速度，并及時的告知駕駛員輪胎壓力的突然變化，MCU還可以通過串口與PC機通訊，用來更新輪胎壓力及溫度的限值，修改輪胎ID號，進行狀態的實時監控等。

PSTM系統發送、接收模塊的軟件流程分別如圖5和6所示。