tpms射频系统的研究

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1、华中科技大学硕士学位论文系统是利用安装在每一个轮胎里的压力传感器来直接测量轮胎的气压，并对各轮胎气压进行显示及监视，当轮胎气压太低或有渗漏时，系统会自动报警。2001年7月， 美国运输部和国家高速公路安全管理局联合对现有的两种TPMS系统进行了评价， 评价报告认为PSBTPMS从功能和性能上均优于WSBTPMS，从而使研制直接式 TPMS成为流行趋势[6]。直接式TPMS技术又分为主动式(Active)和被动式(Passive)两种。主要区别是主 动式TPMS中的轮胎模块需要电池提供能量，而被动式无须电池。主动式TPMS是利用安装在每一个轮胎里的以锂离子电池为电源的压力

2、传感器来直接测量轮胎的气压，并通过无线调制发射到安装在驾驶台的监视器上。监视器随时显示各轮胎气压，驾驶者可以直观地了解各个轮胎的气压状况，当轮胎气压太低或有渗漏时，系统就会自动报警[7-8]。主动式技术的优点是，它是一成熟的技术，开发出来的模块可适用于各厂牌的轮胎，但主动式TPMS传感器/发射器需要电池提供动力，因此不可避免的带来一些弊端，如电池的寿命有限；当气温严重降低时，电池的容量就会受到影响而减少；这使得它的可靠性不够稳定。此外，电池的化学物质也会导致环境问题， 同时由于电池的存在很难降低发射器的重量。被动式TPMS，也叫无电池TPMS，用一个中央收发器代替了一般

3、直接式TPMS中的中央接收器。这个收发器不但要接收信号而且要发射信号，安装在轮胎中的转发器接收来自中央收发器的信号，同时使用这个信号的能量来发射一个反馈信号到 中央收发器上。这就使得安装在轮胎内部的气压监测器发送数据不需要电池，从而 解决了上述因电池所带来的问题。虽然此技术不用电池供电，但是它需要将转发器 整合至轮胎中，这牵涉到各轮胎制造商需建立共同的标准才有可能。因此，无电池TPMS短期内还难以流行。目前流行的TPMS系统主要有二个部分组成：安装在汽车轮胎里的远程轮胎压 力监测模块和安装在汽车驾驶台上的中央监视器。如图1.1所示。图1.1TPMS系统及发射、接收模块示

4、意图4华中科技大学硕士学位论文远程轮胎压力监测模块由五个部分组成：（1）具有压力、温度、加速度、电压 检测和后信号处理ASIC芯片组合的智能传感器；（2）4-8位单片机（MCU）；（3）RF射频发射芯片；（4）锂亚电池；（5）天线。所有器件、材料都要满足-40℃到+125℃的使用温度范围。直接安装在每个轮胎里测量轮胎压力和温度模块，将测量得到的信号调制后通过高频无线电波（RF）发射出去。一个TPMS系统有4个或5个（包 括备用胎）RTPM模块。中央监视器即TPMS接收器主要由UHFASK/FSKRF接收IC和信号处理MCU、 键盘、LCD显示器组成。RF接收IC和信号处

5、理MCU安装在一个盒子里，可安装 在汽车仪表箱内，带控制键盘的LCD显示器可安装在驾驶台上，LCD显示器能实时 显示每个轮胎的压力、温度，和每一个轮胎的ID识别码，以及声光报警。由于接收系统是工作在汽车车厢内，其环境温度是常温而且变化不大，电源可以使用汽车的12V或24V电源，因此对器件选用只要是工业级即可，省电的要求也不高。中央监 视器接收RTPM模块发射的信号，将各个轮胎的压力和温度数据显示在屏幕上，供驾驶者参考。如果轮胎的压力或温度出现异常，中央监视器根据异常情况，发出不同的报警信号，提醒驾驶者采取必要的措施。TPMS的工作频率北美标准为315MHz，欧洲标准为4

6、33.92MHz。工作模式有 ASK、FSK，FSK抗干扰较好。1.3论文的研究背景和主要内容本课题来源于国家863计划项目“汽车用MEMS传感器实用化研究” （2004AA404270）的子项目“汽车轮胎压力监测系统”，旨在提高汽车的电子化和智能化。本论文主要研究：改进无线信号传输的稳定性的方法。影响信号传输的稳定性的因数有很多，如汽车自身结构和周围物体对电磁信号的反射和散射[9-10]；车内电子设备和外界的电磁干扰等[11-13]。如何解决信号发射、接收的稳定性，成为TPMS成功应用的关键问题之一。解决这个问题主要从软、硬件方面考虑：一是软件，目前普遍采用曼彻斯特码

7、，具有一定的检错能力；二是RF电路设计，采用FSK调制比 ASK调制技术要好；三是天线的设计，传感器发射天线是远程轮胎压力监测模块发射功率提升的关键，大量文献表明，当车身长度和波长可相比拟时，无论是发射天线还是接收天线的设计都必须考虑车体结构的影响[14-25]；四是电磁兼容性设计，为了达到一定的抗干扰能力和干扰指标，必须满足相应的设计[26-27]。5华中科技大学硕士学位论文本文主要研究TPMS系统的天线和接收、发射射频电路。论文共分为五个部分：（1）绪论。概述TPMS的发展及面临的问题，TPMS系统介绍以及本文的研究背景和主要内容。（