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一种无源轮胎压力监测系统的设计 控制系统 文章编号:1008—0570(2008)06—1-0001-02 一 种无源轮胎压力监测系统的设计 DesignofaBattery-lessTirePressureMonitoringSystem (清华大学)李勇蒋志豪张文强乌力吉 LIYongJIANGZhi-haoZHANGWen-qiangWULi-ji 摘要:本文介绍了一种基于英飞凌SP30传感器的无源轮胎压力监测系~,(Battery—lessTPMS)~设计,并给出了相关的程序流 图,通信协议等.该系统可测定轮胎内部的温度和气压,确定故障轮胎并实时发出警告,避免爆胎事故的发生. 关键字:无源轮胎压力监测系统:电源恢复;SP30传感器 中图分类号:TP212文献标识码:A Abstract:Thispaperintroducesthedesignofabattery-lessTPMSbasedonInfenionSP30sensor.Thecorrespondingflowdiagram andcommunicationprotocolaregiven.Thissystemcanmeasurethetemperatureandpressureinsideofatire,identifytirefailures andsendoutalert.Consequently,accidentcausedbytireblow-outcanbeprevented. Keywords:Battery-lessTPMS;powerrecovery;SP30Se]Bsor 1引言 汽车轮胎压力监测系统ffPMS.TirePressureMonitoringSys— tem)用于在汽车行驶中实时监测轮胎气压.对轮胎漏气引起的 低胎压和高温高胎压进行预警,以保障行车安全.目前带电池 TPMS模块已经有了成熟的技术.但由于使用电池.它存在几个 严重的缺点:电池寿命有限,无法做到实时监控,稳定性与可靠 性难以保证.如果胎内模块可以实现无源(不带电池),则上述问 题可以得到解决.TPMS无源化发展有如下三种实现方案:(1)胎 内模块有发电装置.将轮胎运动的机械能转化为电能,此为压 电发电方案;(2)从轮胎外通过电磁场传人能量,驱动轮胎内模 块工作,此为电磁耦合方案;(3)轮胎外发射电磁波,碰到胎内模 块内置器件后反射.并带回压力信息.此为声表面波无源无线 传感器方案.一些国际科研机构和公司正积极研究并推出无源 TPMS.例如,日本AI2S电气开发的不需电池的直接方式轮胎 气压监测系统,通过在轮胎气阀部分安装只用由车身发出的 2.45GHz信号就能够返回压力和温度信息.德国Darmstadt大学 的PohlA等提出使用SAW(SurfaceAcousticWave.声表面波) 传感器测量轮胎的压力和温度等参数来实现无源TPMS.本文 基于第二种方案研究和设计无源TPMS. 2无源TPMS的硬件设计 …一整腾饕i曼蠛……一j……接蝗垦墨l墓捷……j 图1无源TPMS组成框图 李勇:硕士研究生 基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划) “汽车胎压与防撞微传感器及其系统”(2006AA04Z372) 本设计采用电感耦合方式实现无源TPMS.安装在车身上 的13.56MHz信号发射模块产生电磁场.固定在轮胎内的接收 天线通过电感耦合方式接收能量,为轮胎监测模块提供电源.设 计的无源TPMS由轮胎发射监测模块,中央接收显示模块以及 13.56MHz信号发射模块组成.组成框图如图1所示. 2.1轮胎监测模块 轮胎监测模块对轮胎压力,温度,电源电压及加速度等进 行数据采集后,将数据以无线方式发射出去.设计中采用的主 要模块有:电源恢复电路,SP30和TDK5100(图2).其中传感器 芯片SP30内部集成一个低功耗8bit哈佛结构的RISC控制 器;它具有下电,运行,空闲,关断四种工作模式,并有rr仃fT唤 醒,PORT唤醒和LF检测唤醒三种唤醒方式,能够有效地满足 系统低功耗设计要求. 图2轮胎监测模块 II _ 图3中央接收模块 2.2中央接收模块 中央接收模块主要由TDA5210.XC866和数码显示组成 的,如图3所示.英飞凌RX芯片TDA5210接收灵敏度达到一 107dBm.能够较好的满足设计要求.英飞凌XC866是高性能8 位微控制器XC800的系列产品,基于和标准8051处理器兼容 的XC800核.XC866高度集成片内器件,例如片内振荡器或嵌 @圉自控霸邮局订阅号:82舶360元佴_1_ 控制系统中文核心期刊《微计算机信息》(测控自动化)2008年第24卷第6—1期 人式电压调节器(从而可由3.3V或5.OV的单电源供电).具备 许多增强功能