基于胎压监测传感器的TPMS双向通信系统

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1、1系统描述　　在每个车轮内部安装一个汽车胎压监测传感器，它能够准确测量轮胎内部的压力和温度，传感器通过无线形式按照一定的规律向车身控制器（BodyControlModel，BCM）发送轮胎的压力值和温度值，BCM通过CAN总线将信息帧发送给仪表盘，驾驶员通过仪表盘显示屏获得每一个轮胎的压力值、温度值。当某一个轮胎的压力值或温度值变化超过了报警值，仪表盘能够准确显示报警轮胎的位置，并发出图形、声音、文字报警。同时安装于每个轮胎挡泥板位置处的低频天线与BCM进行信息通信，并将BCM需要汽车胎压监测传感器何种操作信息解析并转换为125kHz低频无线数据发射出去，汽车胎压监测传感器将

2、接收此低频无线信号，然后按照解析后的操作信息进行工作。以上就是TPMS双向通信系统。由于该产品是汽车产品安全件，其应在各种环境下具有高可靠性，各种环境为：各种天气情况下，例如阴天、下雨等不同天气环境;各种路况，例如国道、高速、乡村公路、山路等等;冬季中的雪路、冰面、极其寒冷地区（-40℃）;夏季中的炎热、潮湿地区（地表温度+50℃，90%湿度）;不同的车速（0～200km/h）等。这就需要在设计汽车胎压监测传感器时要严格选择各个器件。　　2电路设计　　由于汽车胎压监测传感器是安装在轮胎内部，不与外界接触，这就要求不能过于频繁地维护修理，一般要求有10年使用工作寿命，而且其工作

3、温度范围为-40～+125℃，这就要求所选择的器件都要是汽车级和低功耗元器件。　　汽车胎压监测传感器系统组成框图如图1所示。　　　　图1汽车胎压监测传感器系统组成框图　　2.1传感器选择　　MCU/Sensor是系统的核心，由Infineon公司的SP300V2.1-E106-0实现。SP300V2.1-E106-0整合了硅显微机械加工的压力传感器、温度传感器与加速度传感器和一个电池电压监测器，并内部集成一个低功耗8位哈佛结构的RISC控制器;它具有下电、运行、空闲、关断4种工作模式，并有IT/LT唤醒、PORT唤醒和LF低频检测唤醒3种唤醒方式，能够有效地满足系统低功耗设计

4、要求。压力测量范围0～3.5Bar;温度测量范围-40～+125℃;向心加速度测量范围-12g～115g;工作电压范围1.8～3.6V。　　2.2射频单元选择　　RF射频芯片主要用于将数字信号转换为高频信号。系统采用Maxim公司的MAX7044芯片，其工作电压为+2.1～+6.0V，8mA的低工作电流，00K/ASK调制方式，通信速率能达到100kbps，小封装3mm×3mm，8引脚S0T23封装。它消除了基于SAW发送器设计的问题;采用晶体结构，提供了更大的调制深度和快速的频率响应机制;降低了温度的影响，温度范围可达-40～+125℃。其内部包含功率放大器（PA）、晶体振

5、荡器（crystaloscillator）、驱动器（driver）、数据有效检测电路（dataactivitydetector）、锁定检测电路（10ckdetect）、锁相环（32xPLL）、分频器（16分频）等电路。　　MAX7044有一个自动的低功耗模式（shutdownmode）控制方式。如果DATA引脚在一个确定的时间（等待时间）内没有动作，器件自动进入低功耗模式。等待时间大约是216个时钟周期，在433MHz频率大约为4.84ms。进入低功耗模式的等待时间为：。其中，fRF是射频发射频率。当器件在低功耗模式时，在DATA信号的上升沿“热”启动晶振和PLL，晶振和PL

6、L在数据发射前需要220μs的建立时间。基准频率和载波频率的关系为：fXTAL=fRF/32。　　MAX7044的主要特性参数如下：　　◆+2.1～+3.6V单电源供电　　◆OOK/ASK发射数据格式　　◆最大数据率100kbps　　◆+13dBm输出功率（50Ω负载）　　◆供电电流低（典型值7.7mA）　　◆250μs快速启动时间　　由MAX7044构成的发射电路图如图2所示，实际设计时根据天线的实际阻抗和射频发射芯片输入阻抗，利用π型匹配网络完成射频发射芯片和天线之间的阻抗匹配，以达到最大功率输出。　　图2由MAX7044构成的发射电路图　　2.3电池选择　　电池选择以色

7、列Tadiran电池公司推出的高温系列电池（TLH），供电电压+3.6V，电池容量500mAh，具有寿命长、能量密度大、自放电极低、重量轻（8.8g）、温限宽（-55～+125℃）等特点。　　2.4低频接口与计算　　LF低频通信中，SP300V2.1-E106-0接收来自BCM发出低频信息。低频天线由并联的电阻、电容和电感组成，如图3所示。为了达到最优低频接收灵敏度，电感和电容谐振频率设计为低频载波频率125kHz。谐振频率计算公式为fc=　　　　。低频电感采用普莱默（Premo）公司TP1103-04