引言
汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(tpms)主要用于汽車行駛時(shí)對(duì)輪胎氣壓進(jìn)行實(shí)時(shí)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，對(duì)輪胎漏氣和低氣壓進(jìn)行報(bào)警，以保障行車安全。
目前，tpms 主要分為兩種類型，一種是wsb tpms(又稱間接式 tpms )，這種系統(tǒng)是通過(guò)汽車 abs 系統(tǒng)的輪速傳感器來(lái)比較輪胎之間的轉(zhuǎn)速差別，以達(dá)到監(jiān)視胎壓的目的。該類型的主要缺點(diǎn)是無(wú)法對(duì)兩個(gè)以上輪胎同時(shí)缺氣的狀況和速度超過(guò)100公里/小時(shí)的情況進(jìn)行判斷。另一種是psb tpms(又稱直接式 tpms)，這種系統(tǒng)是利用安裝在每一個(gè)輪胎里的壓力傳感器來(lái)直接測(cè)量輪胎的氣壓，并對(duì)各輪胎氣壓進(jìn)行顯示及監(jiān)視，當(dāng)輪胎氣壓太低或有滲漏時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警。psb tpms 從功能和性能上均優(yōu)于wsb tpms。許多歐洲的汽車廠商已將 psb tpms 配裝于自己的車型之中，國(guó)內(nèi)多數(shù)汽車廠家目前還沒(méi)有進(jìn)行這方面的研究，但隨著國(guó)際化的要求，和國(guó)產(chǎn)汽車的出口，tpms將會(huì)引起國(guó)內(nèi)廠商的關(guān)注。

圖1 tpms系統(tǒng)方案

tpms系統(tǒng)
本文所講的tpms系統(tǒng)是指目前流行的psb tpms，它主要由安裝在汽車輪胎內(nèi)的壓力、溫度傳感器和信號(hào)處理單元、rf發(fā)射器組成的tpms發(fā)射模塊，和安裝在汽車駕駛臺(tái)上的包括數(shù)字信號(hào)處理單元的rf接收器以及l(fā)cd組成。
一輛轎車需要4個(gè)tpms發(fā)射模塊(備胎還需要1個(gè))和1個(gè)tpms接收器。一輛卡車需要6~12個(gè)tpms發(fā)射模塊，為了提高系統(tǒng)的接收能力和抗干擾能力，系統(tǒng)安裝時(shí)需要在汽車底盤安裝接收天線。由sp12傳感器、atar862、t5743、avrmcu等主要芯片組成的tpms系統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
tpms傳感器
tpms傳感器是一個(gè)集成了半導(dǎo)體壓力傳感器、溫度傳感器、數(shù)字信號(hào)處理單元和電源管理器的soc模塊。為了強(qiáng)化胎壓檢測(cè)功能，有不少tpms傳感器模塊內(nèi)還增加了加速度傳感器、電壓檢測(cè)、內(nèi)部時(shí)鐘、看門狗，和帶12 bit adc、4kb flash、2kb rom、128 b ram、128 b eeprom及其它功能的asic數(shù)字信號(hào)處理單元。這些功能單元使得tpms傳感器不僅能實(shí)時(shí)檢測(cè)汽車開動(dòng)中的輪胎壓力和胎內(nèi)溫度的變化，而且還能實(shí)現(xiàn)汽車移動(dòng)即時(shí)開機(jī)、自動(dòng)喚醒、省電等功能。電源管理器確保了系統(tǒng)的低功耗，通常一節(jié)鋰電池可以使用3~5年。
tpms的壓力傳感器都是用基于mems技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的，主要有硅集成電容式壓力傳感器(如freescale的mpxy8020、mpxy8040)和硅壓阻式壓力傳感器(如ge novasensor的npx1、npxc01746，infineon sensonor的sp12、sp12t、sp30)。硅壓阻式壓力傳感器也是一個(gè)soc模塊，一般采用高精密半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片組成惠斯頓電橋作為力/電變換測(cè)量電路，其內(nèi)部典型架構(gòu)包括整合了采用硅顯微機(jī)械加工的壓力傳感器、溫度傳感器、加速度計(jì)、電池電壓檢測(cè)、內(nèi)部時(shí)鐘和一個(gè)包含adc、取樣/保持、spi口、校準(zhǔn)、數(shù)據(jù)管理以及id碼的數(shù)字信號(hào)處理單元，模塊可以利用客戶專用軟件進(jìn)行配置，其測(cè)量精度能達(dá)0.01~0.03%fs。此外，為了便于tpms接收器的識(shí)別，每個(gè)壓力傳感器都具有6~8位獨(dú)特的id碼。
壓力/溫度信號(hào)處理與發(fā)射
壓力/溫度信號(hào)經(jīng)tpms傳感器模塊內(nèi)的asic/soc電路的處理，通過(guò)其spi口傳輸給安裝在發(fā)射模塊內(nèi)的信號(hào)處理單元，綜合成數(shù)據(jù)流后再進(jìn)入同一封裝內(nèi)的rf發(fā)射ic，然后通過(guò)設(shè)定的超高頻率(uhf)進(jìn)行調(diào)制并發(fā)射給安裝在駕駛臺(tái)內(nèi)的接收器。
為了縮小汽車輪胎內(nèi)進(jìn)行測(cè)量和信號(hào)處理的ic所占面積與發(fā)射模塊的體積，壓力/溫度信號(hào)處理與發(fā)射也采用整合的soc，如atmel的atar862、freescale的mh68c908rf2，它們都是將一片mcu、一片uhf rf發(fā)送器整合在同一封裝內(nèi)的器件。其中，mcu一般為4bit或8bit cpu核，包括時(shí)鐘管理、eeprom、ram、多個(gè)計(jì)時(shí)器、多個(gè)i/o口以及內(nèi)部晶振等。
uhf rf發(fā)送器以atar862為例，其內(nèi)部嵌入的是t5754 uhf ask/fsk rf發(fā)送器，t5754由pll、壓控振蕩器(vco)、功率放大器(pa)等組成，外部晶振源經(jīng)xto(串口諧振器)供給vco，pll向mcu提供時(shí)鐘，mcu將已編碼的數(shù)據(jù)流經(jīng)pa調(diào)制在uhf指定頻率，交由天線發(fā)射，天線采用印制在pcb板上的環(huán)狀天線，發(fā)射功率要求pa在9.5ma 時(shí)能輸出7~10dbm。北美rf的發(fā)射頻率標(biāo)準(zhǔn)為315mhz；歐洲為433.92 mhz；韓國(guó)為448 mhz；目前已有建議發(fā)射頻率為868mhz的新標(biāo)準(zhǔn)。
tpms發(fā)射模塊的安裝
由于現(xiàn)在的汽車大多已取消了內(nèi)胎，因此給tpms發(fā)射模塊安裝帶來(lái)了極大的方便，目前tpms發(fā)射模塊在汽車輪胎內(nèi)的安裝有兩種方式：利用氣門咀安裝或者利用緊箍扣安裝在輪轂上。無(wú)論采用哪種方式，安裝完tpms發(fā)射模塊后都必須對(duì)輪胎重新做動(dòng)平衡檢驗(yàn)。
tpms接收器和顯示器
tpms接收器由uhf ask/fsk rf接收ic和mcu、鍵盤以及l(fā)cd顯示器組成。rf接收ic和mcu在一個(gè)盒子里，可安裝在汽車儀表箱內(nèi)；帶控制鍵盤的lcd顯示器可安裝在駕駛臺(tái)上。lcd顯示器能實(shí)時(shí)顯示每個(gè)輪胎