基于NPX轮胎压力监测系统设计

关键词：TPMS；压力：温度 中图分类号：TP2 文献标识码：A Design of Tire Pressure Monitoring System Based on NPX YUAN Cong-gui, ZHANG Xin-zheng, CAI Shu-ting, SHI Kai ( GuangDong University of Technology, Guangzhou 510090, China) Abstract: A method of Tire Pressure Monitoring System is introduced here, It is based on the NPX series sensor. The hardware circuit structure and software flowchart are also given. This system can monitor the tire state and give an alarm when necessarily, It will do help to avoid the traffic accident which caused by tire exploration. Key words: TPMS; Pressure; Temperature 1 引言 随着汽车消费市场的日益升温，汽车的安全性能更加被消费者所关注。在汽车的高速行驶中，轮胎故障是所有驾驶者最为担心和最难预防的，也是突发性交通事故发生的重要原因。据统计，在中国高速公路上发生的交通事故有70％是由于爆胎引起的，而在美国这一比例高达80％。基于此，美国运输部(DOT)国家公路交通安全管理委员会(NHTSA)出台法规。该法规规定：2003年11月到2006年10月31日期间美国新出厂的轻型汽车将逐步引入TPMS(Tire Pressure Monitoring Systerm)。鉴于如此大的市场潜力，国内一些公司也纷纷开始投入TPMS的研制。 2 TPMS硬件系统构成 轮胎压力监测系统分为直接系统和间接系统。间接系统即通过ABS来确定轮胎压力变化的系统。ABS通过车速传感器来确定轮胎故障，从而决定是否启动防抱死系统。目前这类系统没有直接系统准确率高，具体故障轮胎的确定也很困难，而且系统校准极其复杂。此外，在某些情况下此类系统会无法正常工作：例如同一车轴的2个轮胎气压都低。 直接系统一般由轮胎监测模块和主机接收显示模块构成。通过在每一个轮胎安装一个轮胎监测模块，在汽车行驶状态下实时监测各个轮胎，安装在驾驶台的主机接收显示模块实时显示各轮胎气压、温度等，驾驶者可以直观地了解各个轮胎状况，在轮胎出现漏气、低气压及高温等异常情况时，系统会自动报警，以保障行车安全。 2．1 轮胎监测模块 轮胎监测模块主要是用来嵌入到轮胎里面，监测轮胎内部气压和温度状况，并通过无线调制方式发送到的主机显示模块，故轮胎监测模块主要应包含传感器、微控制器、UHF发射器以及供电电池。整个模块放置在轮胎里面，在汽车高速行驶时轮胎内部产生高温情况下要能正常运行，并且能保证有效工作5～10年，故而模块的小型化、宽工作温度范围以及低功耗设计显得尤为重要。 2．1．1 NPX-C10746简介 NPX-C10746是GE Nova Sensor公司最新推出的轮胎压力监测系统专用芯片，它是由一块带有大量外围器件的Philip 8bit RISC内核组成的高集成度芯片。片内集成有压力传感器、温度传感器、 电压传感器、低噪声放大器和12位A／D转换器；内置RC振荡器提供系统时钟，无需外接晶体振荡器；SOIC 14L封装，工作温度达汽车工业级(-40～+125℃)。 2．1．2 监测模块硬件构成 轮胎监测模块硬件结构图如图1所示。UHF发射芯片采用Atmel公司的ATA5757，该芯片集成度高、低功耗模式下电流<1μA、MSOP-10封装(3 x 5 mm)，能很好满足监测模块低功耗、小型化设计要求；工作电压范围2～3．6伏，在使用监测模块使用单块扣式电池供电时，可不加电源管理芯片，从而进一步降低系统功耗，延长工作时间。 监测模块供电采用Tadiran公司的TLH-2450长效锂亚硫酰氯扣式电池，该电池额定工作温度范围在-40*(2～+125℃之间，并具有外形尺寸小、能量密度更大、自放电极低的特点。此外，供电电池串联一个加速度开关(即图1中的Switch)，用作控制监测模块电源。当车轮转速超过2圈/秒时，加速度开关导通，监测模块开始工作。 2．2 主机接收显示模块 主机显示模块安装在汽车驾驶台，通过改变指示灯颜色和数码显示来告知驾驶员，车辆各轮胎当前的压力、温度及供电电压状况是否异常。 2．2．1 主机接收显示模块硬件构成 意义如下： ● 0xF(1111)：MC33594至少需要四比特的同步码来唤醒它，并让它的内部电路稳定。 ● 0xB8(1100 1000)：MC33594的寄存器2被编程为0xB8，这样使前同步码中的0xB8数据被验证并接通数据管理器。 ● 0x6(0110)：MC33594中报头被使能，指示有实际意义的数据输出(从轮胎ID开始)。 MC33594接收到的同步码不会发送到SPI总线，所以P89LPC930收到的数据帧从轮胎ID编号开始共8个字节。 轮胎ID编号长度为32 bit，它可用作表示轮胎监测模块所属TPMS系统的标志，并表明其被安装在哪个方位的轮胎，从而方便主机显示模块辨识。P89LPC930接收到数据帧后，会对轮胎ID编号进行检测，如果ID不匹配，数据帧就会被忽略。 气压、温度和电压各占一个字节，代表当前测得的数值。 CRC校验码通过监测模块调用NPX的CRC-16校验计算执行库生成，放置在数据帧帧尾。主机显示模块CRC校验正确后才进行相应处理，否则忽略该数据帧。 3．3．2 通信设置 系统无线通信载波频率选用433．92MHz，发射速率取9600 bps，采用FSK调制作方式。发射前先对数据帧进行曼彻斯特编码。曼彻斯特编码(如图5所示)就是用两个bit位之间的电平变化来表示数字信号0或1。由高电平变为低电平表示数字0，反之则表示数字1。通过曼彻斯特编码可以以减小发射信号的直流分量，降低误码率，提高通信距离。 4 结束语 基于NPX系列传感器的轮胎压力监测系统集成度较高，稳定性好，能够同时监测轮胎气压、温度及监测模块供电电亚三个关键参数，当轮胎漏气、温度升高等异常情况时，系统都会自动报警，从而确保行车安全，延长轮胎的使用寿命，降低燃油的消耗。此外，主机显示模块还可以通过扩展液晶显示、语音报警及提供与汽车控制系统接口等，来适应不同用户需要。该方案已成功应用在国内某一型号的TPMS产品中，且运行状况良好。 参考文献 [1] GENovaSensor. RTPM Pressure Sensor NPX - C01746[A],2003. [2] Jeff Burgress. Tire Pressure Monitoring System Reference Design[A], 2003. [3] US Department of Transportation, National Highway Traffic Safety Administratin[J]. An Evaluation of Existing Tire Pressure Monitoring Systems. 2001. [4] Motorola. MC33594/D PLL Tuned UHF Receiver for Data Transfer Applications[J]. Rev 1.1. [5] Atmel. UHF ASK/FSK Transmitter(ATA5757) [A]. 2002.04. [6] David Marsh. Safety Check- Wireless sensors eye tyre pressure[J]. EDN Europe,2004. [7] Marsh,David,Rader reflects safer highways[J]. EDN Europe, March 2003.