基于CAN总线的轮胎智能实时监控系统方案设计 (1)

摘要：汽车行驶中轮胎的气压和温度是影响行驶安全关键因素之一，本文阐述了一种基于集成传感器 MPXY8020A和射频收发模块为核心器件的直接式轮胎测压系统。基于当前流行的 TPMS方案，提出一种基于 CAN总线的同时具有测温、测压和智能过压保护功能的实时监控新方案，可避免爆胎的威胁，提高了轮胎使用安全性，可为 TPMS的设计提供参考。

0 引言

      汽车行驶安全是人们随着生活水平的提高，越来越关心的话题。汽车轮胎压力将直接影响汽车行驶安全，还将影响车辆的油耗和轮胎的寿命 [1]。TPMS是汽车轮胎压力监视系统（Tire Pressure monitoring System），主要用于在汽车行驶时实时地对轮胎气压进行自动监测，对轮胎漏气、低气压、高压、高温等异常情况进行报警，以保障行车安全。

      纵观国内外这几年 TPMS产品的发展变化，可以看出，国外 TPMS产品的发展主要集中在智能传感器的研究上，TPMS发射模块将向高度集成化、单一化、无源化方向发展。本文阐述了一种新 TPMS的发射和接受的设计原理。设计中采用摩托罗拉面向 TPMS的集成芯片 MPXY8020A作为轮胎压力检测单元的主器件，进一步减小了系统的体积、降低了系统的功耗.该系统不仅把采集到的压力、温度值显示出来，并且该数值以 CAN的格式发送到总线上，挂接在 CAN总线上的子系统，根据接收到的报文做出措施，这样使轮胎的重要性显得越来越明显。如挂接在 CAN系统上的发动机模块，如果从总线上采集到的数据表明压力值低于标准值，则可以使它减速，避免对发动机系统造成磨损等等 [2]。并且在现流行的 TPMS 模块上加一个泄压模块，使得胎内压力永远不可能达到过压至爆胎状态，使我们的行车更为安全、可靠。

1 轮胎智能压力监控系统工作原理

      1.1 轮胎智能压力监控系统测压原理

      它以锂亚电池为电源，通过植入轮胎里的压力温度传感器来直接测量轮胎的气压和温度，并经无线调制发射出去，中央监视器模块通过无线接收、处理接收的轮胎压力、温度信号和模块状态，通过显示部分可轮流显示各轮胎气压和温度，驾驶者可以直观地了解各个轮胎的气压温度状况，根据提示，采取相关措施 ;当轮胎气压过高、太低，温度过高，接收出现异常等系统就会自动进行报警。

      1.2  轮胎智能压力监测系统泄压原理

      在气门上安装一安全阀。安全阀是用来防止系统内压力超过昀大许用压力以保护由于压力过高导致的爆胎现象，以保证行车的安全。

      图1 安全阀的工作原理图。阀的输入口与控制系统（或装置）相连，当系统压力小于此阀的调定压力时，弹簧力使阀芯紧压在阀座上，如图 1（a）所示。当系统压力大于此阀的调定压力时，则阀芯开启，压缩空气从 R口排放到大气中，如图 1（b）所示。此后，当系统中的压力降低到阀的调定值时，阀门关闭，并保持密封。

2 轮胎智能压力监测系统硬件设计

      整个系统由各个轮胎胎内模块、泄压模块和中央控制器三部分组成。图 1为轮胎压力监测系统的结构图，主要包括高精度集成传感器 MPXY8020[3]，胎内微
控制和发射器 MC68HC908RF2 [4]，射频接收器 MC33594，主微控制器 MC68HC908GZ16,CAN总线驱动器TJA1050T。

      2.1 胎内模块

      图3所示为轮胎模块电路原理图。模块安装在轮胎气门芯上, 由锂电池供电。射频芯片的晶振频率为9.84MHZ,通过将MODE引脚置低电平选择FSK发射调制方式，发射频率为 434MHZ[5]。天线印制版电路的设计中利用环形天线技术 [6]。
 

      2.2 中央模块