基于CAN總線的輪胎智能實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

摘要：汽車行駛中輪胎的氣壓和溫度是影響行駛安全關(guān)鍵因素之一，本文闡述了一種基于集成傳感器 MPXY8020A和射頻收發(fā)模塊為核心器件的直接式輪胎測壓系統(tǒng)。基于當(dāng)前流行的 TPMS方案，提出一種基于 CAN總線的同時(shí)具有測溫、測壓和智能過壓保護(hù)功能的實(shí)時(shí)監(jiān)控新方案，可避免爆胎的威脅，提高了輪胎使用安全性，可為 TPMS的設(shè)計(jì)提供參考。

0 引言

汽車行駛安全是人們隨著生活水平的提高，越來越關(guān)心的話題。汽車輪胎壓力將直接影響汽車行駛安全，還將影響車輛的油耗和輪胎的壽命 [1]。TPMS是汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)（Tire Pressure monitoring System），主要用于在汽車行駛時(shí)實(shí)時(shí)地對輪胎氣壓進(jìn)行自動監(jiān)測，對輪胎漏氣、低氣壓、高壓、高溫等異常情況進(jìn)行報(bào)警，以保障行車安全。

縱觀國內(nèi)外這幾年 TPMS產(chǎn)品的發(fā)展變化，可以看出，國外 TPMS產(chǎn)品的發(fā)展主要集中在智能傳感器的研究上，TPMS發(fā)射模塊將向高度集成化、單一化、無源化方向發(fā)展。本文闡述了一種新 TPMS的發(fā)射和接受的設(shè)計(jì)原理。設(shè)計(jì)中采用摩托羅拉面向 TPMS的集成芯片 MPXY8020A作為輪胎壓力檢測單元的主器件，進(jìn)一步減小了系統(tǒng)的體積、降低了系統(tǒng)的功耗.該系統(tǒng)不僅把采集到的壓力、溫度值顯示出來，并且該數(shù)值以 CAN的格式發(fā)送到總線上，掛接在 CAN總線上的子系統(tǒng)，根據(jù)接收到的報(bào)文做出措施，這樣使輪胎的重要性顯得越來越明顯。如掛接在 CAN系統(tǒng)上的發(fā)動機(jī)模塊，如果從總線上采集到的數(shù)據(jù)表明壓力值低于標(biāo)準(zhǔn)值，則可以使它減速，避免對發(fā)動機(jī)系統(tǒng)造成磨損等等 [2]。并且在現(xiàn)流行的 TPMS 模塊上加一個(gè)泄壓模塊，使得胎內(nèi)壓力永遠(yuǎn)不可能達(dá)到過壓至爆胎狀態(tài)，使我們的行車更為安全、可靠。

1 輪胎智能壓力監(jiān)控系統(tǒng)工作原理

1.1 輪胎智能壓力監(jiān)控系統(tǒng)測壓原理

它以鋰亞電池為電源，通過植入輪胎里的壓力溫度傳感器來直接測量輪胎的氣壓和溫度，并經(jīng)無線調(diào)制發(fā)射出去，中央監(jiān)視器模塊通過無線接收、處理接收的輪胎壓力、溫度信號和模塊狀態(tài)，通過顯示部分可輪流顯示各輪胎氣壓和溫度，駕駛者可以直觀地了解各個(gè)輪胎的氣壓溫度狀況，根據(jù)提示，采取相關(guān)措施 ;當(dāng)輪胎氣壓過高、太低，溫度過高，接收出現(xiàn)異常等系統(tǒng)就會自動進(jìn)行報(bào)警。

1.2 輪胎智能壓力監(jiān)測系統(tǒng)泄壓原理

在氣門上安裝一安全閥。安全閥是用來防止系統(tǒng)內(nèi)壓力超過昀大許用壓力以保護(hù)由于壓力過高導(dǎo)致的爆胎現(xiàn)象，以保證行車的安全。

圖1 安全閥的工作原理圖。閥的輸入口與控制系統(tǒng)（或裝置）相連，當(dāng)系統(tǒng)壓力小于此閥的調(diào)定壓力時(shí)，彈簧力使閥芯緊壓在閥座上，如圖 1（a）所示。當(dāng)系統(tǒng)壓力大于此閥的調(diào)定壓力時(shí)，則閥芯開啟，壓縮空氣從 R口排放到大氣中，如圖 1（b）所示。此后，當(dāng)系統(tǒng)中的壓力降低到閥的調(diào)定值時(shí)，閥門關(guān)閉，并保持密封。

2 輪胎智能壓力監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)由各個(gè)輪胎胎內(nèi)模塊、泄壓模塊和中央控制器三部分組成。圖 1為輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，主要包括高精度集成傳感器 MPXY8020[3]，胎內(nèi)微
控制和發(fā)射器 MC68HC908RF2 [4]，射頻接收器 MC33594，主微控制器 MC68HC908GZ16,CAN總線驅(qū)動器TJA1050T。

2.1 胎內(nèi)模塊

圖3所示為輪胎模塊電路原理圖。模塊安裝在輪胎氣門芯上, 由鋰電池供電。射頻芯片的晶振頻率為9.84MHZ,通過將MODE引腳置低電平選擇FSK發(fā)射調(diào)制方式，發(fā)射頻率為 434MHZ[5]。天線印制版電路的設(shè)計(jì)中利用環(huán)形天線技術(shù) [6]。

2.2 中央模塊