基于SP37的汽車胎壓監(jiān)測設(shè)計與測試

當(dāng)汽車輪胎壓力出現(xiàn)問題時，不僅會減少輪胎的使用壽命和增大油耗，甚至?xí)?dǎo)致爆胎等危險情況的發(fā)生。統(tǒng)計表明，目前我國高速公路上70%的交通事故為輪胎氣壓問題所引發(fā)。引發(fā)輪胎事故的原因比例為：輪胎氣壓過高占20%，輪胎氣壓不足占57%，其他為23%。車速在160公里以上時發(fā)生爆胎，死亡率近至100%。因此，爆胎已成為目前汽車交通事故的重大殺手之一。汽車胎壓監(jiān)測傳感器能夠?qū)崟r準(zhǔn)確地測量當(dāng)前輪胎壓力和溫度值，當(dāng)輪胎出現(xiàn)異常危險情況時，傳感器將通過無線電信號發(fā)送給車汽車儀表顯示并報警，達到實時提醒駕駛者的效果，將事故消滅在萌芽之中。
　　系統(tǒng)描述
　　在每個車輪內(nèi)部安裝一個汽車胎壓監(jiān)測傳感器，它能夠準(zhǔn)確測量輪胎內(nèi)部的壓力和溫度，傳感器通過433.92MHz射頻無線形式按照一定的規(guī)律向汽車儀表發(fā)送輪胎的壓力值和溫度值，駕駛員通過儀表盤顯示屏獲得每一個輪胎的壓力值、溫度值。當(dāng)某一個輪胎的壓力值或溫度值變化超過了報警值，儀表盤能夠準(zhǔn)確顯示報警輪胎的位置，并發(fā)出圖形、聲音、文字報警。同時，胎壓監(jiān)測傳感器接收安裝于每個輪胎擋泥板位置處125kHz低頻天線數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)系統(tǒng)雙向通信。由于該產(chǎn)品是汽車產(chǎn)品安全件，其應(yīng)在各種環(huán)境下具有高可靠性。各種環(huán)境為：陰天、下雨等不同天氣環(huán)境；國道、高速、鄉(xiāng)村公路、山路等各種路況；冬季中的雪路、冰面、極其寒冷地區(qū)（-40℃）；夏季中的炎熱、潮濕地區(qū)（地表溫度+50℃，90%濕度）；不同的車速（0～200km/h）等。這就需要在設(shè)計汽車胎壓監(jiān)測傳感器時要嚴(yán)格選擇各個器件。
　　電路設(shè)計
　　由于汽車胎壓監(jiān)測傳感器是安裝在輪胎內(nèi)部，不與外界接觸，這就要求不能過于頻繁的維護修理，一般要求有10年或10萬公里使用工作壽命，而且其工作溫度范圍為：-40～+125℃，這就要求所選擇的器件都要是汽車級和低功耗元器件。
　　汽車胎壓監(jiān)測傳感器系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。
　　
　　圖1 系統(tǒng)組成框圖
　　系統(tǒng)分為采集部分、處理部分、驅(qū)動部分。采集部分為壓力檢測、溫度檢測、電壓檢測和運動檢測。溫度檢測用于測量輪胎內(nèi)部溫度，也用于壓力測量時的溫度補償。壓力檢測用于測量輪胎內(nèi)部絕對壓力；電壓檢測用于測量供電電池電壓；運動檢測用于監(jiān)視汽車行駛狀態(tài)；驅(qū)動部分為低頻驅(qū)動和高頻驅(qū)動組成。低頻驅(qū)動負責(zé)125kHz低頻數(shù)據(jù)接收，高頻驅(qū)動負責(zé)433.92MHz高頻數(shù)據(jù)發(fā)射；處理部分由MCU完成，負責(zé)按照一定算法策略協(xié)調(diào)采集部分和驅(qū)動部分工作。
　　本系統(tǒng)器件選擇Infineon（英飛凌）公司的SP37，芯片內(nèi)部集成了圖1所有功能處理模塊。SP37芯片具體性能為：工作電壓1.9～3.6V；工作溫度-40～+125℃；壓力測量范圍0～450kPa；Z軸運動加速度-115～+115g；溫度測量-40～+125℃；電池電壓AD檢測；集成ISM波段315/434MHz射頻發(fā)射；射頻輸出功率（50Ω負載）5～8dBm；硬件曼切斯特/雙向編碼RF發(fā)射；射頻ASK/FSK調(diào)制方式；FSK頻偏達50kHz；集成高靈敏度125kHz低頻接收器；硬件曼切斯特低頻解碼；16bit硬件CRC生成器；兼容8051指令的控制器；6KB Flash程序存儲空間；16KB ROM庫函數(shù)存儲空間；256Byte RAM數(shù)據(jù)存儲空間；Power Down、Idle、Run和Int四種工作模式；間隔定時器、低頻接收或外部管腳中斷三種喚醒模式；8bit硬件隨機數(shù)發(fā)生器；看門狗定時器；3個I/O端口。