摘 要  著重介紹實(shí)現(xiàn)輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)(TPMS)的電路設(shè)計(jì)和相關(guān)技術(shù)問題。TPMS系統(tǒng)由壓力傳感器模塊和中央接收機(jī)組成。壓力傳感器SPl2、微控制器和433 MHz收發(fā)一體射頻IC(nRF401)組成的壓力傳感器模塊，完成輪胎壓力的采集和發(fā)射任務(wù)。接收機(jī)接收壓力信息，并進(jìn)行處理。
關(guān)鍵詞 TPMS 輪胎壓力監(jiān)測 nRF40l 射頻

      伴隨著城市交通技術(shù)的不斷發(fā)展，人們在享受高速公路高效便捷方式的同時(shí)，隨之引發(fā)的交通事故率也在提高，其中由于輪胎的氣壓引起的比例高達(dá)80％，這種現(xiàn)象使得人們要對行駛中的輪胎氣壓進(jìn)行監(jiān)測。一些發(fā)達(dá)國家陸續(xù)推出了相關(guān)法案(美國的TREAD法規(guī))，要求新車裝配中必須裝配能夠?qū)π旭傊械妮喬鈮簩?shí)時(shí)監(jiān)測的安全電子裝置。因此，在未來汽車上加裝輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)(TPMS)，也必將和ABS、安全氣囊一樣，是必然的發(fā)展趨勢。輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)全天候?qū)喬ダ锏膲毫M(jìn)行監(jiān)測，對輪胎的漏氣和低壓、高壓進(jìn)行報(bào)警，使車輛始終處于安全運(yùn)行狀態(tài)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
      TPMS系統(tǒng)由輪胎壓力傳感器和接收機(jī)組成。輪胎壓力傳感器選用MicrochiP公司的PICl6F628A低功耗8位MCU，壓力傳感器選用英飛凌的SPl2，射頻IC選用N0rdic公司的nRF40l。
   
      裝在輪胎里的壓力傳感器將輪胎里的壓力、溫度信息傳送給駕駛室里的接收機(jī)，讓司機(jī)隨時(shí)了解輪胎中的氣壓情況，如圖l所示。

1.1 射頻電路
      在圖2所示的射頻信號電路中，采用挪威Nordic，公司的nRF40l器件，該器件是433 MHz ISM頻段的單片UHF無線收發(fā)IC。它采用FSK的調(diào)制解調(diào)技術(shù)，其最高工作速率可達(dá)20 kb，發(fā)射功率可調(diào)，最大達(dá)lO dBm。基本技術(shù)指標(biāo)如下：

    中心載頻點(diǎn)為433.92／434.23 MHz；
    最大發(fā)射功率為10 dBm
    工作電壓為2.7~5.25V；
    接收時(shí)消耗電流為250μA，發(fā)射時(shí)最大為28 mA，待機(jī)電流為8／μA。
    NRF401的ANTl和ANT2是天線的輸入／輸出復(fù)用腳。在輸入模式時(shí)，射頻信號通過將該腳連接到低噪音放大器后解調(diào)；同樣，在輸出模式時(shí)，調(diào)制的信號在功率放大后，通過該腳輸出。
    4腳為nRF401的PLL鎖相環(huán)濾波器輸入，該腳正常工作時(shí)的電壓是l.lV±0.2V。
    5腳和6腳為壓電晶振控制的外圍電路，此兩腳間接一個(gè)Q>45@433 MHz值的22μH電感。
    7腳和8腳分別為數(shù)據(jù)輸入腳和輸出腳。配合18腳PWR_UP和19腳TXEN上的電位時(shí)序完成信息的發(fā)送和接收。圖3是進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)射和接收時(shí)控制各引腳操作時(shí)序圖。

      11腳外接射頻功率控制電阻。如圖2中的R3，該值在22~100kΩ之間。一般在30kΩ左右達(dá)到7 dBm。

1.2 螺旋天線的結(jié)構(gòu)
      由于天線有不同類型，應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用要求來選擇。本應(yīng)用中，天線位于汽車輪轂內(nèi)。緊靠氣門嘴。在高速行駛中，天線不斷變換方向。為了盡可能擴(kuò)大接收的角度，選用螺旋天線。
   
      螺旋天線的圈數(shù)(N)、直徑(D)和圈距(S)決定了天線的增益和方向性。
      天線的總長為LN=NLO=Nsqit(S2+C2)這里C=xD是螺旋的園周，Lo=sqrt（S2+C2）是一圈導(dǎo)線的長度。
   
       另一個(gè)重要參數(shù)是螺旋角α，它是螺旋線切線和螺旋軸垂直平面的夾角。螺旋角的定義為α=tan-1(S／C)螺旋天線有以下2
種工作模式。
      ①常態(tài)模式。在常態(tài)工作模式，天線輻射場在相對于螺旋軸的法線平面有極大值。對于該模式：NLo〈〈λ。
      ②軸向(端射)模式。這種工作模式只有一個(gè)主瓣，它的最大輻射強(qiáng)度沿著螺旋軸，副辦與軸間有一個(gè)傾斜角度。為激勵這種模式，其直徑D和空間3必須是波長的一個(gè)大分?jǐn)?shù)。

1.3 傳感器電路
      SPl2是英飛凌公司的輪胎壓力傳感器IC，如圖4所示，通過MEMS技術(shù)集成了壓力和溫度、加速度、電壓的檢測電路，直接以數(shù)字形式輸出各物理量的示值，與外圍采用SPI協(xié)議進(jìn)行交互。

      同