当前位置:首页 > 单片机 > 单片机
[导读]摘要:简要介绍了胎压监测系统(TPMS)的组成,提出了一种基于新型传感器SP37的胎压监测系统。该系统采用SP37和MAX1473作为无线收发芯片,详细阐述了其软件和硬件设计中的关键技术。实际测试效果表明,该系统接收灵敏度

摘要:简要介绍了胎压监测系统(TPMS)的组成,提出了一种基于新型传感器SP37的胎压监测系统。该系统采用SP37和MAX1473作为无线收发芯片,详细阐述了其软件和硬件设计中的关键技术。实际测试效果表明,该系统接收灵敏度可达到-100 dBm,高速跑车时速100 km时工作稳定。
关键词:TPMS;SP37;MAX1473;压力;温度

    汽车胎压监测系统(Tyre Pressure Monitoring System,TPMS)是一种能对汽车轮胎气压、温度进行自动检测,并对轮胎异常情况进行报警的预警系统。目前直接式TPMS发射模块较多采用以下两种方案:1)电池+单片机+传感器+射频芯片,2)是电池+内部集成MCU的传感器+射频芯片。前一种方案由于集成度低、体积和功耗大而被市场逐渐淘汰,后一种方案是当前市场上较为先进的产品设计形式。随着半导体及硅显微机械加工技术的快速发展,一种新的设计方案即电池+内部集成MCU和RF的专用传感器正成为TPMS发射模块设计的主流。这种方案集成度更高,体积和功耗更小,使用寿命更长,产品竞争力也更强。本文选用Infineon新一代系统级芯片SP37作为胎压传感器和射频发射器,选用MAXIM公司的MAX1473作为接收芯片,设计完成了一种新型胎压监测系统。

1 系统描述
    胎压监测系统组成如图1所示,轮胎压力传感器分别安装在4个车轮轮毂上,负责测量轮胎内部的压力、温度和电池电压等物理状况,并将测量数据通过无线形式按照一定的规律发给胎压控制器。驾驶员通过胎压控制器上的显示屏和按键可查看4个轮胎的压力值、温度值。当某一个轮胎的温度、压力或电池电压超过了报警阀值,胎压控制器能够准确识别轮胎的位置,并且发出图形、声音、文字报警。



2 系统硬件方案设计
    该TPMS系统包括两种硬件模块:轮胎压力传感器和胎压控制器,两种模块的硬件结构如图2所示。轮胎压力传感器主要由电池和集传感器、单片机和RF发射单元于一体的SP37组成,外围器件少,重量轻,成本低。胎压控制器采用了基于ASK调制模式的MAX1473作为无线接收芯片,由8位单片机控制实现数据的接收、显示和报警。本设计方案遵循欧洲标准,无线信号调制中心频率为433.92 MHz。


2.1 SP37应用设计
    传感器和射频是无线轮胎压力传感器设计的关键。由于轮胎压力传感器安装在轮毂上,采用能量有限的锂电池供电,因此实现传感器和射频功能的芯片需具有以下两个特点:
    1)集成度高,外围器件尽可能少,便于进行可靠性设计;
    2)最小可工作电压低,功耗低,有多种工作模式,便于根据具体工作状态进行功耗管理,以尽可能延长监测模块的工作寿命。
    根据以上特点,并经过分析比较,最终选用了SP37这款高集成度系统级芯片。SP37是调频范围为300~450 MHz的胎压传感器芯片,内部集传感器、单片机和RF发射单元于一体,最大输出功率+8 dBm(50 Ω负载),最低1.9 V工作。应用电路如图3所示,主要包括电源滤波电路、晶振电路和天线匹配电路三部分。由于RF芯片对汽车电磁噪音非常敏感,恰当有效的滤波电路能很好地抑制噪音,提高可靠性,因而靠近电源引脚配置了滤波电容C1、C4和C6。SP37常用调制频率有315 MHz和433.92 MHz两种,不同调制频率所选用的晶振也不同。若调制频率为315 MHz,那么外部晶振频率G1应为19.687 5 MHz;若调制频率为433.92 MHz,G1则应为18.08 MHz。L1、L2、C2、C3和C5组成了天线匹配网络,通过优化这些参数可以将特定阻抗的天线匹配到SP37功率放大器的输出阻抗500 Ω,以抑制谐波,提高天线的效能。本设计采用气门嘴作为天线,通过软件仿真和反复测试验证,最佳匹配电路如图3所示。


2.2 MAX1473射频应用设计
    胎压控制器可以直接由车载电源供电,对功耗的要求不是很严格。由于胎压控制器安装于车厢内,考虑到金属车身的屏蔽效应,高灵敏度是选择射频接收芯片时考虑的重要因素。而与FSK(frequency-shift-keyed,频移键控)制式的接收芯片相比,ASK制式的接收芯片具有更高的灵敏度,成本也较低,因此最终选用MAXIM公司的超外差接收机MAX1473来完成胎压传感器SP37射频无线信号的可靠接收,其应用电路如图4所示。


    MAX1473具有-114~0d Bm的信号输入范围,调制频率范围300~450MHz,接收数据速率最大为100 kb/s,内部集成了低噪声放大器、全差分镜频抑制混频器、带压控的片上锁相环、10.7 MHz中频限幅放大器以及模拟基带数据恢复电路,只需少量的外部器件即可构成胎压接收器的射频前端。MAX1473外围电路主要包括3部分:LNA调谐电路、输入匹配和晶振电路。LNA调谐电路由连接在LNAOUT引脚的L2和C9组成,谐振频率。
    其中,LTOTAL和CTOTAL包括L2、C9以及PCB板引线、封装引脚的寄生电感和电容,混频器输入阻抗和LNA输出阻抗。为了提高灵敏度,谐振频率需尽可能接近所希望的RF输入频率。在本设计中,RF输入频率为433.92 MHz,当L2=15 nH,C9=3.0 pF时,接收灵敏度最高。LNASRC引脚与参考地之间的外部电感L3用于改善芯片外部的电感效应,并将LNAIN输入阻抗的实部设置为50 Ω。这时LNA的输入端等效于一个50Ω电阻与一个2.5 pF电容串联,输入阻抗为:。当RF输入频率为433.92 MHz时,Z=50-j145。为消除输入阻抗的虚部,匹配50 Ω天线,可算出匹配电感L4约为73 nH。对于315 MHz系统,晶振G1频率为4.754 7 MHz;对于433.92 MHz系统,晶振G1频率为6.612 8 MHz,串联电容C1、C2用于修正因电路板寄生电容导致的晶振频率偏移。

3 系统软件方案设计
    如何节能是轮胎压力传感器模块软件设计的关键问题。一个传感器模块要在一节几百毫安时的电池下工作2年以上,而射频发送数据帧时耗电最大,因此在保证数据传输正确的前提下应尽量减少发送次数。发射模块软件流程如图5所示,本设计采用了基于素数的动态时延算法,即各轮胎上的传感器模块在完成温度、压力的测量以后,分别按1 000ms×N1(N1为小于20的随机素数)延时后再将数据发送出去。与采用固定周期的延时算法相比,这种动态时延算法能大大降低数据发送冲突的概率。此外,如果传感器检测到轮胎静止超过1 h,则会自动进入休眠模式,即不再发送数据,直到被加速度信号唤醒。胎压控制器即接收模块的软件流程如图6所示。



4 性能测试
    本设计方案样机已研制出,经反复测试具体性能指标如下:
    1)可监测胎压范围为0~4.5 bar,分辨率25 mbar,通常轿车的轮胎气压在2.2~2.8 bar之间;
    2)可监测温度范围:-40~125℃,分辨率2℃,轿车的轮胎温度一般约75℃;
    3)轮胎压力传感器发射功率用频谱分析仪测得在-40 dBm左右,胎压控制器接收灵敏度在-100 dBm;
    4)采用500 mAh的电池,若每天正常行车12 h,发射模块可正常工作6年以上。

5 结束语
    目前,轮胎压力监测系统的强制标准已送交国家有关部门审核,汽车标配TPMS安全系统成为必然的趋势。本文基于SP37集成度高、可靠性强、功耗低的优点,选用MAX1473设计实现了一种新的无线胎压监测系统,该系统工作稳定可靠,具有很好的市场前景。

本站声明: 本文章由作者或相关机构授权发布,目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点,本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者,如若文章内容侵犯您的权益,请及时联系本站删除。
换一批
延伸阅读

太阳能供电应用系统的设计需要考虑多个方面,包括太阳能电池板、储能装置、控制模块等。本文将介绍一种基于太阳能供电的应用系统设计方法,并从这几个方面进行详细阐述。

关键字: 太阳能 系统设计

常州2023年9月25日 /美通社/ -- 9月23日,由江苏省商务厅指导,世界中餐业联合会、常州市人民政府主办的"第三届中华节气菜大会暨首届江南美食节"在江苏常州开幕。文化和旅游部国际交流与合作局一...

关键字: BSP 可持续发展 大赛 质量控制

北京2023年9月25日 /美通社/ -- 9月21日,由中国质量报刊社·中国质量新闻网主办的第六届食品高质量发展交流会在北京举行,会议主题为"高质量,新生活",旨在推动食品行...

关键字: 自动化 BSP ISO9001 NAS

北京2023年9月23日 /美通社/ -- 近日,主线科技正式获准在北京市智能网联汽车政策先行区道路开启常态化测试与示范,将与物流客户在真实开放的城区道路场景中,率先开启基于L4级别自动驾驶能力的智能卡车运输示范。 随...

关键字: 智能卡 测试 高速公路 BSP

曼谷2023年9月18日 /美通社/ -- 作为东南亚的旅游胜地,泰国一直在全球范围内吸引着无数游客的目光。泰国旅游和体育部近日公布的报告显示,今年前7个月,泰国旅游业总收入约为1.08万亿泰铢(约合人民币2233亿元)...

关键字: BSP GEN 国美 AN

哥伦比卡尔达斯2023年9月22日 /美通社/ -- 近日,天合跟踪与中国电建签订拉美地区哥伦比亚泰普伊光伏电站跟踪支架供货协议,将为其提供108MW智能跟踪系统,其中包含开拓者1P智能跟踪支架、智能算法、以及智慧云平台...

关键字: 光伏电站 跟踪系统 控制器 BSP

2型炎症领域新突破 上海2023年9月22日 /美通社/ -- 赛诺菲今天宣布,达必妥®(度普利尤单抗注射液)获得中国国家药品监督管理局(NMPA)批准,用于治疗适合系统治疗的中度至重度结节性痒疹的成...

关键字: PRIME BSP REPORT SAR

欧莱雅中国旗下上海美次方投资有限公司达成首次开放式创新投资 法国克里希2023年9月22日 /美通社/ -- 欧莱雅集团宣布对中国创新型生物科技公司杉海创新进行少数股权投资,以建立长期合作伙伴关系,共同开发新...

关键字: AN BSP DEVELOPMENT FOR

赋能企业实现业务数据的可识别、可见、可协作和安全数据的可操作 北京2023年9月22日 /美通社/ -- 亚马逊云科技持续加速分析与安全服务创新,守护安全基座,助力企业进一步释放数据要素价值,实现创新增长。在数字经济时...

关键字: 亚马逊 BSP 生成式AI SECURITY

重庆2023年9月22日 /美通社/ -- 全球领先的高端半导体封装载板和印制电路板制造商奥特斯连续第八年受邀,出席重庆市市长国际经济顾问团于9月22日举行的第十七届年会。 奥特斯连续第八年受邀,出席重庆市市...

关键字: BSP 印制电路板 微型 微电子
关闭
关闭