引言

　　汽車工業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)汽車配備用品行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)升級(jí)。其中，繼安全氣囊、ABS(防抱死制動(dòng)系統(tǒng))后，國(guó)際汽車領(lǐng)域出現(xiàn)的TPMS(汽車胎壓檢測(cè)系統(tǒng))，被譽(yù)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(dān)心和最難預(yù)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(jì)，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(gè)重要課題。據(jù)有關(guān)專家分析，保持標(biāo)準(zhǔn)的車胎氣壓行駛和及時(shí)發(fā)現(xiàn)車胎漏氣是防止爆胎的關(guān)鍵。

　　國(guó)外自20世紀(jì)70年代末開始研究輪胎氣壓監(jiān)測(cè)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)。現(xiàn)在美國(guó)及歐洲一些國(guó)家已將TPMS作為汽車必裝設(shè)備。我國(guó)TPMS的研究雖然起步較晚，但在2003年11月24日頒布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)--《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件(征求意見稿)》中，對(duì)安裝輪胎壓力檢測(cè)裝置作出了說明，可見我國(guó)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(jì)，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(jìn)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(luò)技術(shù)，功耗低，無需申請(qǐng)頻點(diǎn)，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(dòng)，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(dòng)力矩或制動(dòng)力矩。輪胎的工作特性對(duì)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(shí)與地面的摩擦，都有可能導(dǎo)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(dāng)汽車負(fù)載過高或者溫度過高而引起胎內(nèi)氣體膨脹時(shí)，都會(huì)導(dǎo)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(dǎo)致欠壓，也會(huì)增大輪胎和地面的摩擦，不僅耗油，還會(huì)縮短輪胎的使用壽命。

　　輪胎的機(jī)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(shí)地檢測(cè)到輪胎內(nèi)部的溫度和壓力情況，就可以分析出輪胎的運(yùn)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(yīng)體積小、功耗低。

　　b)系統(tǒng)能識(shí)別本各采樣發(fā)射端發(fā)來的溫度、壓力測(cè)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(duì)各采樣發(fā)射端發(fā)來的溫度、壓力測(cè)量值實(shí)時(shí)顯示，并能進(jìn)行越限報(bào)警。

　　2 TPMS原理與硬件設(shè)計(jì)

　　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(duì)壓力傳感器檢測(cè)的氣壓和溫度信號(hào)進(jìn)行采樣，由MCU(微控制單元)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理后送給射頻發(fā)射電路，信號(hào)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(hào)放大解調(diào)后，將數(shù)字信號(hào)送給MCU。MCU作出相應(yīng)的處理，如更新當(dāng)前壓力值、聲光報(bào)警等，從而實(shí)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(jì)

　　TPMS采樣發(fā)射模塊工作在劇烈振動(dòng)、環(huán)境溫差變化很大和不便于隨時(shí)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(yīng)寬的溫度范圍和劇烈的震動(dòng)。為了縮小TPMS采樣發(fā)射模塊的體積、節(jié)省功耗和增強(qiáng)功能，需要選用功耗低，功能強(qiáng)的芯片。

　　為了延長(zhǎng)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(gè)十分重要的課題。只有在大多數(shù)時(shí)間系統(tǒng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，才能省電與延長(zhǎng)電池壽命。

　　系統(tǒng)的主要功能如下：

　　a)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各輪胎的溫度、壓力情況。

　　b)當(dāng)某個(gè)輪胎的壓力過高、過低時(shí)報(bào)警。

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

　　d)可顯示各輪胎當(dāng)前壓力值、溫度值。

　　安裝采樣發(fā)射模塊時(shí)，將5個(gè)模塊逐個(gè)開啟工作，進(jìn)行注冊(cè)。接收端接收到采樣發(fā)射模塊發(fā)來的未注冊(cè)的ID(識(shí)別碼)編碼后實(shí)施注冊(cè)，并由人工設(shè)置相應(yīng)的輪胎編號(hào)。接收端的MCU將ID與輪胎編碼存儲(chǔ)在E2PROM中，供正常工作時(shí)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(jī)接收模塊中刪除后重新注冊(cè)。輪胎保養(yǎng)換位后可以在主機(jī)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(fù)性，可以有效地避免同一車輛的5個(gè)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(dāng)CC1100檢測(cè)到喚醒命令時(shí)被激活，并喚醒MCU。MCU配置CC1100進(jìn)入發(fā)射模式。MCU采集傳感器檢測(cè)到輪胎內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，由CC1100發(fā)往主機(jī)。發(fā)送成功后，CC1100和MCU則重新進(jìn)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(jìn)行初始化，再對(duì)CC1100進(jìn)行配置。當(dāng)MCU檢測(cè)到振動(dòng)信號(hào)時(shí)，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(jìn)入接收模式，若CC1100接收狀態(tài)準(zhǔn)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(chǔ)在單片機(jī)E2PROM中的ID碼進(jìn)行比較，如果與其中的某個(gè)ID相匹配則數(shù)據(jù)就被處理并保存。當(dāng)檢測(cè)到溫度、壓力值偏離正常值則進(jìn)行報(bào)警，提醒駕駛員注意。駕駛員也可通過顯示器察看當(dāng)前檢測(cè)到的輪胎內(nèi)部的溫度和壓力值。

　　具體實(shí)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(luò)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(fù)雜度的ZigBee網(wǎng)絡(luò)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(jìn)入深度休眠狀態(tài)，大大降低了模塊功耗。每個(gè)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(dòng)讀取任何一個(gè)輪胎的溫度、壓力值，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輪胎狀況，預(yù)防輪胎故障。該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)為防止汽車爆胎提供了一個(gè)有效的途徑。