引言

　　汽車工業(yè)的發(fā)展帶動汽車配備用品行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)升級。其中，繼安全氣囊、ABS(防抱死制動系統(tǒng))后，國際汽車領(lǐng)域出現(xiàn)的TPMS(汽車胎壓檢測系統(tǒng))，被譽為新一代汽車高科技安全配備用品。

　　在汽車的高速行駛過程中，輪胎故障是所有駕駛者最為擔心和最難預防的，也是突發(fā)性交通事故發(fā)生的重要原因。據(jù)統(tǒng)計，在高速公路上發(fā)生的交通事故有70％～80％是由于爆胎引起的。怎樣防止爆胎已成為安全駕駛的一個重要課題。據(jù)有關(guān)專家分析，保持標準的車胎氣壓行駛和及時發(fā)現(xiàn)車胎漏氣是防止爆胎的關(guān)鍵。

　　國外自20世紀70年代末開始研究輪胎氣壓監(jiān)測裝置，歸納起來，主要分為兩種類型：一種是基于車輪速度的(間接式)；另一種是基于壓力傳感器的(直接式)?，F(xiàn)在美國及歐洲一些國家已將TPMS作為汽車必裝設(shè)備。我國TPMS的研究雖然起步較晚，但在2003年11月24日頒布的國家標準--《機動車運行安全技術(shù)條件(征求意見稿)》中，對安裝輪胎壓力檢測裝置作出了說明，可見我國已開始重視TPMS的發(fā)展。

　　本文提出的TPMS采用模塊化的設(shè)計，規(guī)范化的編程，其核心部分是將采集到的溫度壓力數(shù)據(jù)通過無線方式進行發(fā)送和接收。利用Chipcon公司生產(chǎn)的無線收發(fā)芯片CC1100能很好地解決這一問題，它支持ZigBee無線網(wǎng)絡技術(shù)，功耗低，無需申請頻點，傳輸可靠。 1輪胎工作特性及TPMS技術(shù)要求

　　輪胎由橡膠和骨架材料制成，裝于輪胎毅的外側(cè)，支承汽車重量，吸收和緩和沖擊與振動，并使汽車與地面保持良好的附著性能，從而有效地傳遞汽車的驅(qū)動力矩或制動力矩。輪胎的工作特性對汽車的安全行駛影響很大。

　　影響輪胎正常工作特性的因素主要有：

　　a)輪胎溫度過高。由于環(huán)境氣溫過高，以及輪胎在高速旋轉(zhuǎn)時與地面的摩擦，都有可能導致輪胎溫度過高，從而使橡膠老化，縮短了輪胎的使用壽命。

　　b)輪胎內(nèi)部氣壓過大或欠壓。當汽車負載過高或者溫度過高而引起胎內(nèi)氣體膨脹時，都會導致輪胎內(nèi)部氣壓過大而發(fā)生爆胎現(xiàn)象。

　　c)輪胎漏氣導致欠壓，也會增大輪胎和地面的摩擦，不僅耗油，還會縮短輪胎的使用壽命。

　　輪胎的機械性能主要是通過輪胎內(nèi)部的溫度和壓力反映出來，因此，TPMS只要能夠?qū)崟r地檢測到輪胎內(nèi)部的溫度和壓力情況，就可以分析出輪胎的運行狀況。

　　由于TPMS發(fā)射系統(tǒng)處于輪胎的封閉狀態(tài)中，因此，系統(tǒng)的主要技術(shù)要求如下：

　　a)考慮到安裝并采用紐扣電池供電等問題，采樣發(fā)射端應體積小、功耗低。

　　b)系統(tǒng)能識別本各采樣發(fā)射端發(fā)來的溫度、壓力測量值。

　　c)系統(tǒng)能濾除別的汽車發(fā)來的任何數(shù)據(jù)。

　　d)接收端能對各采樣發(fā)射端發(fā)來的溫度、壓力測量值實時顯示，并能進行越限報警。

　　2 TPMS原理與硬件設(shè)計

　　2.1 TPMS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　TPMS由采樣發(fā)射模塊和接收模塊構(gòu)成。采樣發(fā)射模塊安裝在輪胎內(nèi)，接收模塊安裝在車廂內(nèi)。采樣發(fā)射模塊對壓力傳感器檢測的氣壓和溫度信號進行采樣，由MCU(微控制單元)進行數(shù)據(jù)分析處理后送給射頻發(fā)射電路，信號經(jīng)調(diào)制后發(fā)射給接收模塊。接收模塊的解調(diào)電路將發(fā)射模塊發(fā)射出來的射頻信號放大解調(diào)后，將數(shù)字信號送給MCU。MCU作出相應的處理，如更新當前壓力值、聲光報警等，從而實現(xiàn)輪胎壓力的顯示和監(jiān)控。由傳感器、MCU、發(fā)射、接收等主要芯片組成的TPMS結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。系統(tǒng)總體布局如圖2所示。

　　2.2系統(tǒng)功能與總體設(shè)計

　　TPMS采樣發(fā)射模塊工作在劇烈振動、環(huán)境溫差變化很大和不便于隨時檢修的條件下。因此，要求所有的器件有很高的可靠性和穩(wěn)定性，能適應寬的溫度范圍和劇烈的震動。為了縮小TPMS采樣發(fā)射模塊的體積、節(jié)省功耗和增強功能，需要選用功耗低，功能強的芯片。

　　為了延長TPMS采樣發(fā)射模塊電池的使用壽命，使其能工作3～5年，系統(tǒng)節(jié)電是一個十分重要的課題。只有在大多數(shù)時間系統(tǒng)進入睡眠狀態(tài)，才能省電與延長電池壽命。

　　系統(tǒng)的主要功能如下：

　　a)實時監(jiān)測各輪胎的溫度、壓力情況。

　　b)當某個輪胎的壓力過高、過低時報警。

　　c)輪胎保養(yǎng)換位時，各輪胎采樣發(fā)射模塊的位置編號可重新設(shè)定。

　　d)可顯示各輪胎當前壓力值、溫度值。

　　安裝采樣發(fā)射模塊時，將5個模塊逐個開啟工作，進行注冊。接收端接收到采樣發(fā)射模塊發(fā)來的未注冊的ID(識別碼)編碼后實施注冊，并由人工設(shè)置相應的輪胎編號。接收端的MCU將ID與輪胎編碼存儲在E2PROM中，供正常工作時使用。

　　若輪胎中模塊失效后，可以將要變更的采樣發(fā)射模塊ID從主機接收模塊中刪除后重新注冊。輪胎保養(yǎng)換位后可以在主機接收模塊中重新設(shè)置輪胎編碼。

　　由于各采樣發(fā)射模塊ID的非重復性，可以有效地避免同一車輛的5個輪胎采樣發(fā)射模塊之間或不同車輛采樣發(fā)射模塊之間的互相干擾.

　　3.2.1采樣發(fā)射模塊程序流程

　　采樣發(fā)射模塊的主程序流程如圖8所示。當CC1100檢測到喚醒命令時被激活，并喚醒MCU。MCU配置CC1100進入發(fā)射模式。MCU采集傳感器檢測到輪胎內(nèi)的數(shù)據(jù)進行處理后，由CC1100發(fā)往主機。發(fā)送成功后，CC1100和MCU則重新進入休眠狀態(tài)。寄存器配置如表1所示。

　　3.2.2接收模塊程序流程

　　接收模塊的程序流程如圖9所示。

　　接通電源后，AT48先進行初始化，再對CC1100進行配置。當MCU檢測到振動信號時，給采樣發(fā)射模塊發(fā)送激活命令。發(fā)送命令成功后，立刻進入接收模式，若CC1100接收狀態(tài)準備好，則可以接收數(shù)據(jù)。若接收到的數(shù)據(jù)是有效的，則將接收到的ID與存儲在單片機E2PROM中的ID碼進行比較，如果與其中的某個ID相匹配則數(shù)據(jù)就被處理并保存。當檢測到溫度、壓力值偏離正常值則進行報警，提醒駕駛員注意。駕駛員也可通過顯示器察看當前檢測到的輪胎內(nèi)部的溫度和壓力值。

　　具體實現(xiàn)程序段如下：

　　4結(jié)束語

　　本文提出的基于ZigBee無線網(wǎng)絡技術(shù)和無線收發(fā)芯片CC1100的TPMS，充分利用無線收發(fā)芯片CC1100、AT48和傳感器SP12的特性，采用低功耗、低復雜度的ZigBee網(wǎng)絡技術(shù)作為通信協(xié)議，在電磁波激活模式下，發(fā)送數(shù)據(jù)包成功后CC1100可以進入深度休眠狀態(tài)，大大降低了模塊功耗。每個輪胎都設(shè)置了固定的ID碼以避免外界的干擾，駕駛員可以在駕駛室手動讀取任何一個輪胎的溫度、壓力值，實時監(jiān)測輪胎狀況，預防輪胎故障。該系統(tǒng)的實現(xiàn)為防止汽車爆胎提供了一個有效的途徑。