高集成度胎压监测发射系统设计与实现

　　摘要：介绍了胎压监测(TPMS)发射系统的基本构成和特性，给出了基于SP37的胎压监测发射系统设计方案，讨论关键元器件的选取及使用注意事项，并介绍了系统的软件设计和低功耗策略。该设计实现的发射系统具有高集成度、低功耗、低成本、射频效率高等特点。

　　前言

　　车辆在行驶过程中，车辆驾驶人员最担心和最难预防的就是爆胎问题，它会引起或诱发严重的交通事故，特别是在车辆高速行驶时，轮胎爆破将更加危险。据统计，国内的公路交通事故70%以上都是由轮胎问题引起的，而在美国这一比例则高达80%。为了预防爆胎，轮胎压力监测系统逐渐成为车辆的必要配置，轮胎气压监视系统属于“事前主动”型安保，即在轮胎出现危险征兆时，如轮胎快漏气、温度高、气压高、气压低等能及时报警，采取措施，将事故消灭在萌芽状态，确保汽车在行驶过程中始终处于安全状态。

　　发射系统的组成

　　安装在轮胎内的TPMS发射模块是整个TPMS的核心部件，轮胎内部环境非常恶劣，轮胎又是经常处于高速的运动状态下。该产品又是汽车产品安全件，其应在各种环境下具有高可靠性，如阴天、下雨、雪天等不同天气环境;各种路况，例如国道、高速、乡村公路、山路等等;冬季中极寒冷地区(-40℃);夏季中的炎热地区(汽车在频繁刹车时轮胎内温度可达125℃);不同的车速(0～200km/h)等。另因其防水、防腐蚀需要，整个发射PCB板和电池被环氧灌封胶所密封，所以发射模块一旦安装上，整个使用期间，就不能更换电池和元器件，一般发射系统都要求有5～6年使用工作寿命，这就需要在设计时要严格选择各个器件。

　　TPMS发射系统主要完成的功能是：对轮胎的压力、温度、加速度等信息进行测量，并将测量得到的压力、温度等信息进行处理，判断是否出现高温、高压、低压等情况，若出现上述情况之一，则系统把数据信息叠加到433.92MHz的载波上，通过天线进行发射，提供给车身控制器。根据胎压发射系统需要完成的功能，发射系统需要包括：(1)压力温度传感器;(2)微控制器;(3)RF发射器;(4)电池;(5)天线。依据上面的描述，汽车胎压监测发射系统组成框图如图1所示。

　　关键元器件选择

　　传感器选择

　　传感器芯片是发射系统的核心元器件，汽车轮胎独特的工作环境条件，决定了传感器的高要求：宽温工作区(-40～125℃)、宽电源电压范围内较高的测量精度和可靠性、较低的功耗、恶劣环境无线信号传输稳定性要求。

　　较早以前的TPMS发射系统一般由温度压力传感器+微控制器+RF芯片(如SP12+PIC16F+TDK5100F或MAX7044)组成，到后来的温度压力传感器，微控制器集成在一起+RF芯片(如SP30+TDK5100F或MAX7044)组成，到最近的Infineon(英飞凌)公司推出的把温度压力传感器，微控制器、RF芯片都集成在一块芯片上，整个TPMS发射系统只需要一颗SP37芯片就可以完成控制、测量、发射射频的所有功能，大大简化开发的时间和系统成本。

　　Infineon(英飞凌)公司的SP370-25-106-0，芯片内部集成了图2所有功能处理模块，其整合了硅显微机械加工的压力传感器、温度传感器与加速度传感器，内部集成一个低功耗8位兼容8051指令的控制器，并内部集成了ASK/FSK调制方式的发射器，射频输出功率5～8dBm(50Ω负载);集成了高灵敏度125kHz低频接收器。

　　SP37具有下电、运行、空闲、关断4种工作模式，并有IT/LT唤醒、PORT唤醒和LF低频检测唤醒3种唤醒方式，能够有效地满足系统低功耗设计要求。压力测量范围0~3.5Bar;温度测量范围-40~+125℃，向心加速度测量范围-12g~115g，工作电压范围1.9~3.6V。基于SP37的电路原理图如图3所示。