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胎压智能监测系统设计,智能,监测,系统,设计
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湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计 胎压智能监测系统设计DESIGN OF TIRE PRESSURE INTELLIGENT MONITORING SYSTEM学生姓名： 李立丰学 号： 200841930226年级专业及班级：2008级汽车服务工程(2)班指导老师及职称：危小湘 实验师学 部： 理工学部湖南长沙提交日期：20 年 月湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业论文（设计）诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。同时，本论文的著作权由本人与湖南农业大学东方科技学院、指导教师共同拥有。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业论文设计作者签名： 年 月 日目 录摘要 1关键词 11 前言21.1 研究背景21.2 国内外发展现状31.2.1 国内发展现状3 1.2.2 国外发展现状41.3 研究的目的42 TPMS的分类以及工作原理 52.1 直接式胎压监测系统52.2 间接式胎压监测系统73 轮胎智能监测系统总体设计73.1 轮胎智能监测系统技术要求73.1.1 轮胎智能监测系统工作环境83.1.2 胎压智能监测系统需求分析83.2 胎压智能监测系统整体设计思路93.2.1 各轮传感器独立向主机传输信号93.2.2 监测端模块化设计93.2.3 主机及控制机构模块化设计94 元器件的选择104.1 传感器104.2 主控芯片104.3 RF射频芯片114.4 电池124.5 天线125 硬件设计125.1 轮胎监测模块硬件设计135.2 主机控制模块硬件设计165.3 报警电路设计166 总结16参考文献 16致谢 17附录 17胎压智能监测系统设计学 生：李立丰指导老师：危小湘(湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128)摘 要：胎压智能监测系统能在一定程度上预防和减少由轮胎引起交通事故，同时提高轮胎、悬架的使用寿命，使驾乘更加舒适安全。本文分析了国内外胎压监测系统发展研究现状，比较了各种类型胎压监测系统的优缺点。通过对胎压监测系统的使用环境和条件的基础上。本课题设计了一种直接式胎压智能监测系统，通过安装在每个轮子里的压力传感器直接测量轮胎气压。当胎压偏离设定指时，胎压监测系统声、光报警提示驾驶员，检查车轮状况。从而保证行车安全，有助于节能减排，延长轮胎、车辆使用寿命。关键词：轮胎；压力监测；传感器；采样端；接收端；Design Of Tire Pressure Intelligent Monitoring SystemStudent: Li LifengTutor: Wei Xiaoxiang(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract: Tire pressure intelligent monitoring system enhances the, prevention and reduction of traffic accidents caused by tires. While increasing the life of the tires, suspension. To make the driving more comfortable and safe. This paper analyzes the domestic and international tire pressure monitoring system development research, compare the advantages and disadvantages of various types of tire pressure monitoring system. On the basis of the use of the environment and conditions of the tire pressure monitoring system. This topic has designed a direct-type tire pressure intelligent monitoring system directly measuring tire pressure by the pressure sensor installed in each wheel. When tire pressure deviation from the set refers to the tire pressure monitoring system sound and light alarm to prompt the driver, check the wheel situation. Thas it to ensures traffic safety, contributes to energy saving, extends tire life .Keywords: tires; pressure monitoring; sensor; sampling side; the receiving end;1 前言1.1 研究背景随着汽车性能的提升，以及全国路网的完善，尤其是高速公路里程的逐年增加，如今的汽车车速越来越快。在高速行车环境下轮胎的安全显然最为重要。数据表明，由爆胎引起的车祸在恶性交通事故中所占的比例非常高，而所有会造成爆胎的因素中胎压不足当为首要原因。据统计，在中国高速公路上发生的交通事故有70%是由于轮胎爆炸引起的，而在美国这一比例则高达80%。而胎压过高时，会减小轮胎与地面的接触面积，而此时轮胎所承受的压力相对提高，轮胎的抓地力会受到影响。另外，当车辆经过沟坎或颠簸路面时，轮胎内没有足够空间吸收震动，除了影响行驶的稳定性和乘坐舒适性外，还会造成对悬挂系统的冲击力度加大，由此也会带来危害。同时，在高温时爆胎的隐患也会相应的增加。所以，设计胎压智能检测系统能让车主实时掌握轮胎参数，保障行车安全，延长轮胎使用寿命，使行车更为经济，减少悬架系统的磨损。在中国尚未进入汽车社会的条件下，驾驶员行车经验不足，车辆保养、检测质量层次不齐，安全意识淡薄。在胎压智能监测系统（TPMS）的辅助下，能向驾驶员提供更多来自轮胎的动态信息，从而保证行车安全，同时有助于节能减排，延长轮胎、车辆使用寿命。【1】早在2007年8月美国法律就要求在美国销售的所有乘用车和轻型卡车必须安装胎压监测系统，欧洲也颁布了相应的法规。中国是汽车消费大国，相信不久将来政府也会制定类似法规。目前已安装轮胎压力监测系统的有奥迪、宝马、奔驰、法拉利、保时捷和大众等的部分车型，可以说TPMS现在还属于比较高端的产品，离大众化和普及化还有很长的距离。图1为奥迪原厂加强型胎压监测系统。据统计，在2004年的美国，登图1 奥迪原厂增强型胎压监测系统Fig.1 Audi factory enhanced TPMS记在册的35%的新车都安装了TPMS，预计 2005年将达到60%。在高度重视汽车安全性的未来，轮胎压力监测系统早晚会成为所有汽车上的标准配置，就像ABS从出现到普及一样，需要一个过程。胎压智能监测系统（TPMS）的需求使一个汽车配套产业的新兴产业正在兴起。紧跟新兴科技前沿研究是大学生研究最有意义的课题。1.2 国内外发展现状1.2.1 国内发展现状从整车配套智能胎压检测系统主要分为：直接式，间接式，复合式。而市面上销售的供加装的产品主要为直接式产品。间接式主要通过检测通过汽车ABS 系统的轮速传感器来比较轮胎之间的转速差别，以达到监测胎压的目的。当轮胎压力降低时，车辆的重量会使轮胎直径变小，这就会导致车速发生变化，这种变化即可用于触发警报系统来向司机发出警告。间接式，利用安装在每一个轮胎里的压力传感器来直接测量轮胎的气压，利用无线发射器将压力信息从轮胎内部发送到中央接收器模块上的系统，然后对各轮胎气压数据进行显示。当轮胎气压太低或漏气时，系统会自动报警。复合式，它兼有上述两个系统的优点，它在两个互相成对角的轮胎内装备直接传感器，并装备一个4轮间接系统。与全部使用直接系统相比，这种复合式系统可以降低成本，克服间接系统不能检测出多个轮胎同时出现气压过低的缺点。但是，它仍然不能像直接系统那样提供所有4个轮胎内实际压力的实时数据。现在的轮胎压力监测系统还是存在着不少需要完善改进的地方。对于间接系统来说，同轴或2个以上 轮胎缺气的情况无法显示；车速100 km/h以上时监测失效。而对于直接系统，无线信号传输的稳定性和可靠性、传感器的使用寿命、报警提示的准确性（有无误报、错报）以及传感器的耐压性等都是亟待提高的。最致命的是TPMS主要部件主要依靠进口，缺乏自主知识产权，价格居高不下。【2】2003年国家颁布的国家标准机动车安全运行条件（征求意见稿）中，对安装轮胎压力监测装置作出了说明：“车长大于6米的长途客车和旅游客车、最大设计总质量大于1.2吨的载重汽车和载货牵引车应安装胎压监测报警装置，而载货汽车的所有权大多属于货运公司，载货汽车轮胎数量多，安装TPMS装置费用高昂，一般公司不愿承担如此高的费用。而私家车市场，由于使用条件与城市路面状况远比载货汽车要好，爆胎的危险较货车小的多，所以私家车主也不够重视，无论是前装市场还是后装市场TPMS都处于一个尴尬的地步。但纵观欧美趋势分析，国家肯定会出台相关法规，强制安装TPMS。尤其是载货汽车与客车，安装TPMS非常有必要。TPMS一定会形成一个巨大的市场。【3】1.2.2 国外发展现状2002年，英国推出第一款胎压监测系统，它用于摩托车监测，在驶过程中能监测摩托车轮胎压力的变化，如果出现偏差就会通过报警灯警示驾驶者。早在2001年美国就通过TRAD法案，法案要求到2007年所有美国销售的新车都必须把TPMS作为标配。美国国家公路安全管理局（NHTHA）2002年颁布的法规要求监控器在轮胎气压低于生产商推荐值的25%30%时向司机报警，建议从2004年开始新车应安装轮胎气压监测系统（TPMS）。继美国之后，欧洲也制定相应的法规，要求其国内的汽车厂商安装TPMS。日本阿尔卑斯电器公司开发的不需要电池的汽车轮胎气压监测系统通过了有关实验的验证，符合欧洲及美国的电磁波相关法律规定，2006年投入批量生产。国外的TPMS产品已经相当城市，正常能使用5-7万公里。如今，TPMS的研究已由有源向无源方向转换。基于SAW技术的只要优点是，传感器部分不需要电源支持，质量只有5g左右，同时能适应恶劣条件下工作，因此，与其他类型TPMS相比，具有明显优势。1.3 研究目的轮胎压力与行车安全息息相关。近年来汽车安全成为全球汽车界的关注热点。汽车在轮胎气压过低时行驶有如下危害：气压过低，导致轮胎接地面积增大，胎侧屈挠点改变，外层伸张，内层压缩，产生压缩应力，随着轮胎温度升高，以使胶料的物理性能受到破坏，从而使胎面磨耗不均，轮胎生热快，造成脱层。当轮胎碰到障碍物时，由于冲击力大，胎体帘线易断裂，导致轮胎爆破；轮胎生热高，加速内胎损坏。并且双胎气压过低，相邻的两轮胎侧相互挤压、摩擦而损坏。外胎在轮毂上有时发生转动，易引起气门嘴脱落，而且驱动轮上的轮胎易损坏；轮胎滚动阻力增大，燃料消耗增加，转向性能差；在坏路面上高速行驶，造成胎冠损伤有小洞眼、花纹损坏。在气压过低的情况下继续行驶，造成胎侧内壁帘布损坏、胎肩和胎体脱离、胎里和胎体碾伤。轮胎气压长期低于标准气压，胎体变形，屈挠变形次数增加或移位导致过度疲劳生热，两胎侧帘线层次松散。气压过高的危害性：轮胎的负荷能力和气压都是在设计时就已经给定了。由于的内压的能加，轮胎各部位的变形和所受的内应力也相应增加。内压增加只能是轮胎钢性增大，负荷下的变形显得较小而已。胎面胶的橡胶分子链长期处于高度伸张和应力状态下，其耐磨性显著下降，必然导致胎面胶，特别是胎面中部加速磨损。从轮胎结构看，胎冠部位帘布层顶部处于行驶面中心部位，胎内气压向外扩张力在胎冠顶部达到最大值，使胎体产生较大的径向伸长变形。虽然胎面胶有一定的弧高，但由于胎面中部产生较大的凸变，胎面弧高进一步增大，胎体帘线和胎面胶都处于过度伸张状态，内应力增大，胎面与地面接触面积减少，单位压强增加，导致行驶路面中部的磨损进一步加剧。【4】据国家橡胶轮胎质量监督中心的专家分析，保持标准的汽车轮胎气压正常与稳定和及时发现车胎漏气是防止爆胎的关键。而汽车轮胎压力监视系统毫无疑问将是理想的工具。在客车和轻型客车上必须安装轮胎气压监测系统（TPMS）以便在轮胎气压低于规定时发出警报。于是，汽车轮胎压力检测系统应运而生。轮胎压力与使用寿命息息相关，而驾驶员用目测方法监测胎压充气不足很困难。在正常情况下，轮胎每月会损失0.3-1.45psi的气压，所以要求驾驶员每月检查轮胎胎压。如果轮胎胎压降低40%，就会导致轮胎磨损增加以及燃油消耗增加，统计数据如表1所示。【5】表1 轮胎气压降低引起的磨损和油耗增加（单位：%）Table 1, Tire pressure is reduce wear and increased fuel consumption (unit:%)气压降低磨损增加油耗增加1052201643033640578在使用过程中，能够正确地按轮胎的标准气压充气，轮胎在行驶过程中会均匀的磨耗；保持了轮胎的最佳复合承载状态和良好的弹性，可以大大地延长轮胎的行驶里程。气压的大小对轮胎的使用性能有直接影响。总之，气压是轮胎的重要因素，它左右着轮胎的使用寿命和车辆的各种特性。胎压力监测系统可时刻监视轮胎的压力状况；保持行驶中车辆每个轮胎压力足够，防止轮胎爆裂以便行车安全；并且还可以节约燃油以及延长轮胎的使用寿命。胎压智能监测系统的研究是势在必行的。2 TPMS的分类以及工作原理胎压监测系统可以分为两类，直接式监测系统（PSBTPMS）和间接式监测系统(WSBTPMS)。2.1 直接式胎压监测系统直接式气压检测装置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的气压，并对各轮胎气压进行监视及显示，当轮胎气压太低或有渗漏时，系统会自动报警。依据上述工作原理，本系统包括5个模块：4 个用于轮胎内的监视模块和一个用于车内的接收模块。监视模块又包括传感器和发射模块。工作原理如图2所示：发射装置接收装置中控处理单元显示提醒装置压力传感器图2 直接式TPMS的原理图Fig.2 Schematic of direct TPMS直接式胎压监测系统的优点是在轮胎压力过高、过低、轮胎缓慢漏气或温度异常变化时可以及时向车载无线接收报警器报警，有效防止爆胎；可以同时监测所有轮胎的状况，并且系统对汽车的行驶速度没有要求；缺点在于无线电波容易受到外界干扰，感应模块需要的电池存在使用寿命的问题。目前直接式TPMS主要有直接而主动式TPMS和机械式TPMS，它们的区别在于传感器的类型：直接式TPMS的温度压力传感器一般是植入轮胎内部，而机械式TPMS的为温度压力传感器一般是安装在轮胎的气门芯上的；机械式的TPMS使用的传感器机械式压力传感器。目前大多数厂家所研制和汽车所使用的都是直接主动式TPMS ，其原理框图如图3所示。TPMS系统主要有两个部分组成：安装在汽车轮胎里的远程轮胎压力检测模块（采样端）和安装在汽车驾驶台上的接收和显示模块（监测端）。直接安装在每个轮胎里测量轮胎压力和温度的模块，将测量得到的信号调制后通过高频无线电波（RF）发射出去。一个TPMS系统有4个或5个（包括备用胎）TPMS监测模块。接收模块接收TPMS监测模块发射的信号，将各个轮胎的压力和温度数据显示在屏幕上，供驾驶者参考。如果轮胎的压力或温度出现异常，中央检测器根据异常情况，发出报警信号，提醒驾驶者采取必要的措施。压力传感器温度传感器A/D转换MCU无线发射无线接受MCU显示键盘控轮胎监测模块结构图主机控制模块结构图图3 直接主动式TPMS结构图Fig.3 Directly active TPMS chart2.2 间接式胎压监测系统间接式TPMS是通过汽车系统的速度传感器比较轮胎之间的转速差别，来检测量轮胎压力的相对变化以达到监控胎压的目的。它的优点是要用性强、可靠性高，不需要电池，也不存在受到无线电的干扰的问题，不需要对汽车轮胎改装，成本比较低；它的缺点是无法对两个轮胎同步变化的状态和速度超过100公里小时的情况进行判断。在汽车行驶过程中，轮胎的弹簧数随轮胎气压的变化而发生变化。利用4个车轮上安装的ABS车轮传感器产生的波形信号并经过VSC（Vehicle Stability Control System）处理，求出轮胎的共振频率，由此可得轮胎的弹簧常数，在根据轮胎气压和弹簧常数成严格正比关系，最后求出轮胎气压。【6】工作原理如图4所示：ABS速度传感器VSC-CPU波形处理轮胎在VSC 控制范围内1、排除共振外的杂波2、推算轮胎弹簧常数的变化3、对气压低的判断和处理报警灯设置开关图4 间接式TPMS工作示意图Fig.4 Indirect TPMS working schematic3 轮胎智能监测系统总体设计3.1 轮胎智能监测系统技术要求3.11 轮胎智能监测系统工作环境轮胎智能监测端是用于监测汽车轮胎内部压力变化的装置。它位于轮胎内部，处在完全密封的环境中。所以监测系统的信号传输只能通过无线信号传输。汽车在行驶状态下，不仅有离心力对监测装置作用，还有不同路况条件对它产生的冲击，所以必须安装牢靠。此问题在真空胎内容易解决。【7】为解决信号与轮胎拆装时的问题，必须将监测装置的体积尽可能的缩小、轻量化，不影响车轮的动平衡。当监测装置出现故障时或电力耗尽，要检查、维修都必须将轮胎拆下才能检修。所以要求机构能长时间稳定工作，并具有自动启动、待机功能，将功耗做到最低，理论使用寿命达到最长。当同波段或同款车型在行驶中相遇时，可能造成信号干扰，形成错误提示。所以必须控制好监测装置的发射功率。综上所述：胎压智能监测端必须具备如下特性：（1）体积小，轻量化尤其是发射装置体积要尽可能小；（2）功耗低，功耗尽可能低适合长时间工作,通常要求5-10年工作时间；（3）抗干扰能力强，无线传输方式，汽车本身会产生一定的干扰，而且在道路行驶情况下各地会有更多的干扰。（可能的干扰类型：本车四轮之间传感器发射信号的干扰；道路上安装有胎压监测系统的车辆信号相互干扰；不明无线电波干扰）（4）发射功率适当，功率太低信号不能到达接收端或接收不稳定，功率过大会造成功耗过高，电池寿命缩短，也可能造成车辆间相互影响。3.1.2 胎压智能监测系统需求分析设计针对直接式胎压监测系统设计，为防止胎压异常对汽车行驶中带来的各种影响，驾驶员需要实时的、动态的轮胎胎压状况来保证行驶的安全，根据系统提示，采取相应的措施。胎压过高、指示灯亮起，发出断续蜂鸣声；胎压过低时，指示灯亮起，发出连续蜂鸣声。综上所述，整个系统必须具备特性如下：（1）实时监测并分析各轮胎压力情况；（2）可根据不同轮胎设置不同上下限的报警值；（3）当轮胎胎压过高或过低时，警示灯亮起，并发出相应的蜂鸣声（胎压过高、断续蜂鸣声；胎压过低时、发出连续蜂鸣声；且蜂鸣声与其他提示音（如：驻车制动提示音；大灯提示音；车门未关提示音等）有明显区别。（4）轮胎换位保养后工作正常；3.2 胎压智能监测系统整体设计方案3.21 各轮传感器独立向主机传输信号根据上述技术要求，一共设计四个信号采集发射端，一个信号接收端；它们通过无线电传输数据，四轮独立向主机传输胎压数据，传输数据的协调性是设计的重点。【8】整体设计方案如图5所示： 左前轮 右前轮左后轮 右后轮主机图5轮胎监测系统总体框图Fig.5 Tire monitoring systemOverall block diagram3.2.2 监测端模块设计监测模块的主要功能是信号采集与信号发射。压力传感器采集到轮胎内压力情况，然后微处理器进行采样。微处理器随后将数据进行分析处理，再进行软件编码，将数据流发送到射频发射电路；信号经过调制后发送给主机接收机构。【9】技术框架图6所示：温度压力传感器放大电路MCU射频发射电路图6监测端模块技术框架图Fig.6 Monitoring end module framework diagram3.2.3 主机及控制机构模块设计接收器接收到轮胎轮胎到达的信号后将信号解调，将数字信号传输给主机微处理器。微处理器进行译码，从各个发射端的信号中读取各轮胎胎压数值；做出相应的处理，发出相应声光报警。【10】技术框架图7所示：MCU接收装置声光报警数据写入口图7主机及控制机构技术框架图Fig. 7 Framework map of the host and control agencies 4 元器件的选择根据上述要求，通过查阅其他资料选择如下原件：（在采样端用传感器SP12，轮胎监视模块芯片PIC12F675，主机控制芯片PIC16F877A，射频收发芯片rfRXD0420。【11】）41 传感器通过查阅资料找到以下三种芯片资料，英飞凌的SP12、飞思卡尔的MPX802040、GE的NPX系列。由于CE的NPX系列需要专门的开发工具，在开发成本上会大大提高；飞思尔的MPX802040在中国国内的代理商较少，不易购买，且价格比不高；而英飞凌的SP12系列中，由于目前致力于开发的是商用型汽车，因此英飞凌SP12比较合适。4.2 主控芯片MCUPIU的选择要求是低功耗和汽车级使用温度，选其功能够用即可。为使MCU能够达到电流预算的所有功能，断电模式最重要。时钟系统最重要。PIC12F877A由于具有FLASH工艺特性（电可檫写）所以它极适合于那些可能会经常改动程序以增加或调整产品的功能。另外它内部的FLASH型数据存储器不仅有漏电保护数据功能，更重要的是它是由单片机内部进行控制操作的，即外部电路无法对其进行读写，所以有极高的数据保密性，这使得PIC12F877A在加密型产品如智能IC卡，密码锁，电子防盗系统等方面有很广泛的应用。【12】引脚图8所示:图8 PIC12F877A 的引脚图Fig.8 Pin diagram of PIC12F877A4.3 RF射频收发芯片：本设计采用芯片rfRXD0420作为射频收发芯片。【13】它具有体积小、接收灵敏度高、抗干扰能力强的优点，芯片的引脚如图9所示：图9射频收发芯片rfRXD0420 的引脚图Fig.9 Pin of the RF transceiver chip rfRXD0420 Figure4.4电池电池选用理亚电池，以保证远程轮胎压力监测系统模块在高低温环境中都能正常工作。因为传统的锂电池在-40低温时丧失电能，在100高温时会自动放电，所以不宜采用。【14】4.5天线TPMS发射器的天线靠近气门嘴，位于轮毂内，因而再设计天线时必须考虑金属轮子和轮胎金属丝网的屏蔽，以及车轮高速行驶时天线不断变换方向、角度的影响。螺旋天线可能是一种比较好的选择，它可扩大发射和接收的角度，有效地克服静态动态盲点。【15】5 硬件设计系统设计5个模块，4个轮胎监测模块（胎内），1个主控模块（车内）。传感器把测量到的压力与温度信号转换为电信号通过无线发射装置将信号发射出来。传感器发射出来的气压信息由接收模块接收处理后，如果轮胎胎压出现异常，通过声光同时向驾驶者发出警报，在行驶过程中实时地进行监视。通过主控机构的低频LF信号控制监测机构LF唤醒电路，分四个时候分别进行，其余时候休眠，降低能耗，并解决四轮之间相互干扰的问题。【16】总体设计框架如图10所示：传感器MCURF发射LF低频第一轮模块传感器MCURF发射LF低频第四轮模块RF接收MCU报警LF低频主控模块图10 直接式TPMS总体框架图Fig.10 the overall framework of the direct TPMS Figure5.1 轮胎监测模块硬件设计汽车轮胎独特的工作环境条件决定了胎压实时监测的压力传感器的高要求： 要求宽温区。宽电源电压范围内较高的精度和可靠性；低功耗要求；恶劣环境无线信号传输稳定性要求。本系统使用英飞凌(Infineon)公司的SP12轮胎气压温度加速度专用检测传感器因为节电和超小规模的要求, 所以采用了SP12传感器。SP12是一种压电电阻传感器。除了可以测量压力和温度值之外，还集成有加速度传感器和电压传感器。压力测量范围为100 450kPa，温度测量范围为40 +12。待机模式平均耗电仅为13A。具有SPI串行通讯口。可以更方便的与控制器组成单片机系统。rfPIC12F675F是Microchip公司推出的单片集成内嵌射频无线数据发射器的8位CMOS微控制器。102414位可编程EPROM。648字节数据存储器。1288字节EEPROM数据存储器。16个特殊功能的硬件寄存器；看门狗定时器，低功耗睡眠模式，6个通用I/ O等功能；工作电压25 55V，低功耗睡眠模式电流500A。内嵌UHF ASK/ FSK发射器。射频频率范围为230 930MHz，可调节输出功率6 15dBm，ASK数据发射速率040Kbps，FSK数据发射速率020Kbps；PLL锁相，集成晶体振荡器和VCO，电路仅需少量外部元件。符合US FCC Part 15231和European EN300220规则要求。轮胎监测模块电路结构如图11所示, 由微控制器rfPIC12F675F、压力温度加度传感器SP12、天线网络以及LF低频唤醒电路4部分组成。外围元件及电路简洁, 可靠性高。利用SP12的SPI串行数据接口SDO、SCLK和SDI分别与微控制rfPIC12F675F上的GP4、GP1和GP2连接，由于rfPIC12F675F无硬件SPI功能，但很容易进行软件模拟实现与SP12之间的串行通讯。内置的发射芯片包含有发射功率放大器PA，晶体振荡器，锁相器PLL，压控振荡器VCO和模式逻辑控制块等电路。本应用系统中采用工作频率为433MHz，XTAL引脚与FSKOUT引脚间加入外接晶体振荡器X1与电容C1、C2，实现FSK调制。当DATAFSK=1时FSKOUT为高阻状态，发射频率为f max：当DATAFSK=0时，FSKOUT与VSSRF接地，电容C1 、C2并联，发射频率为f min。本系统发射功率为+2dB，待机状态电流消耗仅10A。在发射过程中，VCO的输出信号是直接送入到PA，VCO的输出频率晶体振荡器频率的32倍，DATAFSK端输入的数字信号(GP0为信号输入控制端，与DATAFSK相连)被频移键控后送到功率放大器输出，PA直接驱动天线。【17】图11 轮胎监测模电路图Fig.11 Tire monitoring module schematic低频唤醒模块由L和C组成一个并联的LC谐振电路，用于接收从主机发出的LF唤醒信号，输出端与rfPIC12F675FIO端口GP3相连，当产生相对较高的电压时， 比较器输出中断，唤醒rfPIC12F675F，其灵敏度达5mV12。原理图如图12所示。【18】图12 LF 唤醒电路Fig.12 LF wake-up circuitry5.2 主机控制模块硬件设计主机控制模块由低频信号发送电路、MCU、射频接收电路以及人机界面4个部分组成。其中MCU选用MICROCHIP公司生产的中档单片机PIC16F877A，它具有低价位、高性能、片上资源丰富和可靠性高等优点。低频信号发送电路采用大功率CMOS驱动芯片驱动串行谐振电路，发送低频信号。射频接收电路使用MICROCHIP的射频接收芯片rfRXD0420，它具有体积小、接收灵敏度高、抗干扰能力强的优点。人机界面的电路采用成熟的模块设计，使用按键作为输入接口， 仪表提示灯以及提示音喇叭为输出界面。【19】原理图如图13所示射频接收模块PIC16F87A微控制器键盘声、光提示系统图13 主机接收模块原理图Fig.13 host receiver module schematic射频接收模块电路如下图所示。当电路处于谐振状态时，串联谐振频率可由公式计算：f=1/ ( 2LC )。减少成本，串联谐振电路的驱动信号使PIC16F877A的PWM功能，由其发出驱动信号激励串联电路。如图14所示：图14 射频接收电路Fig.14 RF receiver circuit5.3 报警电路设计报警装置是必不可少的，本装置通过仪表盘警示灯，以及区别与其他提示音的蜂鸣声提示胎压异常。【20】设计框图如图15：计数器译码器蜂鸣器警示灯输入信号图15 报警装置方框图Fig.15 Alarm device block diagram6 结论胎压智能监测系统,可以有效的对行驶过程中轮胎胎压和温度的变化进行测量，通过向驾驶员发出危险警告，让驾驶员采取相应的措施。不仅仅对预防爆胎事故作用很大；也能延长汽车的轮胎、悬架使用寿命；提高驾乘舒适性；降低油耗，有助于节能减排。在智能胎压监测系统设计中，应考虑的主要因素有以下几点：（1）根据车辆实际情况选择合适的TPMS进行运用；（2）深入了解各种TPMS的优缺点；（3）重点开发低功耗监测装置或提高电池性能；（4）减小监测系统体积，增强加装产品的美观度，减少线束。希望国家早日出台相关规定，让我们的汽车标准跟欧美接轨，使胎压监测系统成为以后新车标配的设备，减少我国的交通事故，让行车更加安全可靠。参考文献1 钱伟.胎压监测系统在重型车辆上的应用J.合肥工业大学学报，20062 冯永忠.汽车轮
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