汽车胎压无线监测系统设计

孙仲锴、佟慧艳、陈斌、蒋庚原

（辽宁石油化工大学 113001)

0 引言

随着人们安全意识的提高，胎压监测功能成为购买汽车时考虑的重要因素。汽车胎压监测系统TPMS (Tire Pressure Monitor System)能实时监测汽车轮胎的气压和温度等相关参数，可有效防止爆胎，降低油耗。

1 系统总体方案设计

本系统是直接外置式TPMS，通过固定在汽车轮胎内部轮辋上的传感器，来实时监测汽车4个轮胎压力和温度，并通过无线射频信号发送给主控单元，由驾驶室内的主控单元完成显示和报警任务。本系统主要由胎压测量发送控制单元和主控单元2部分组成，系统的总体结构如图1所示。

图1 胎压监测系统总体结构图

2 系统硬件设计

2.1 胎压监测控制单元

胎压监测控制单元主要包括胎压传感器MPXY8300A6U、锂电池和简单的外围器件。MPXY8300A6U是由Freescale公司生产的20端子专用胎压监测芯片[1-2]，内部具有自动补偿的压力和温度传感器、8位MCU和两轴加速仪，可在315/434 MHz频率上的RF发射器及两信道低频率输入，该芯片具有多种低功耗模式，可以极大程度降低待机功耗[3-4]。电源采用松下耐高温电池CR2050B，容量345 mAh，性能稳定。胎压监测控制单元电路图如图2所示。

2.2 主控单元设计

主控单元主要由微控制器单元、RF射频接收单元、LCD单元、声光报警单元、按键单元和直流电源组成。微控制器采用意法半导体的STM32L151C8T6芯片，STM32L151C8T6是32位超低功耗MCU，内置2个16Mbit/s的SPI通信接口，方便与射频芯片MC33594进行数据交换；MC33594是集成PLL调谐UHF数据接收器，方便设计315/434 MHz的曼彻斯特解码接收电路，具有自动唤醒等功能，具有SPI可编程接口；本设计中MC33594采用“等待-休眠”循环模式以降低功耗。设计采用LCD12864作为显示器件，微控制器通过串口与LCD相连，可设置若干按键进行主控系统的参数设置及查询等功能。

3 系统软件设计

系统软件主要包括胎压监测系统软件和主控系统软件2部分，系统采用模块化设计思想，C语言编程，程序可读性较高。在增加系统需求时，只需要局部程序进行修改即可，升级维护方便。

如图3所示，在胎压监测系统开机进行自检后，进入休眠状态，通过定时中断唤醒温度及压力采集控制单元。由于传感器参数变化速度不同，根据车况对采样频率进行动态调节，依次测量4个轮胎的压力和温度值，并实时与阈值进行比较。若测量值正常，则进入延时省电模式，延时时间到达后将数据组包编码，通过RF发送出去；若数据异常，则直接组包发送，然后再回到休眠状态等待唤醒。

如图4所示，主控单元在系统通电后，各个控制单元进行初始化自检。当微控制器收到MC33594的SPI中断信号，则接收并解析数据包，首先判断数据包的ID是否匹配。若ID不匹配，直接进入待机模式；若ID正确，立即对数据包进行处理，并显示在液晶屏LCD12864上；若接收胎压或温度数据异常，立刻进行声光报警，并显示出来，最后进入待机模式，等待再次中断。

4 结束语

本文介绍了一种汽车胎压无线监测系统，系统主要由胎压监测控制单元和中央主控单元组成。由胎压监测控制单元测出轮胎压力和温度等相关数据后，通过无线射频方式将信息发送给驾驶舱内的主控单元，并在液晶屏上显示轮胎内部参数状况。通过对系统的测试，充分考虑温度条件和轮胎转速差异等情况，测量胎压误差均在2.5%以内，验证了系统的可行性。

图2 胎压监测控制单元电路图

图3 胎压监测控制单元系统软件框架图

图4 主控单元系统软件框架图