基于SP37的新型汽车胎压监测系统原理

  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。

  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。

  根据以上特点，并经过分析比较，*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，*大输出功率+8 dBm(50 Ω负载)，*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，*佳匹配电路如图3所示。

  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*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。

  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。

   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*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。