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智能傳感器MPXY8320A在TPMS系統(tǒng)設計中的應用

發(fā)布時間:2013-03-19 責任編輯:shyhuang

【導讀】本文使用智能傳感器MPXY8320A在檢測系統(tǒng)中,以實現(xiàn)TPMS系統(tǒng)性能的提升,如系統(tǒng)準確率高、同時檢測多個目標、重量減輕等性能指標。

TPMS系統(tǒng)的發(fā)展歷史

國際市場,1997年,通用汽車公司開始使用間接式汽車胎壓監(jiān)測系統(tǒng)TPMS(Tire Pressure Monitoring System);2000年5月,直接式TPMS在美國上市;2002年發(fā)布的世界新車資料中顯示,美國福特公司的林肯大陸、戴姆勒一克萊斯勒公司今年夏天上市的道奇(Dodge)迷你廂型車及Chrysler300M等系列車型,都將裝設直接式TPMS。許多歐洲的汽車廠商也已將直接式TPMS配裝于自己的中高檔車型之中,其中包括寶馬公司的Z8、歐寶2002年版威達、雪鐵龍公司的C5,阿斯頓?馬汀公司的超級跑車Vanquish、旁蒂克的旗艦Bon nevllleSE等等。國內(nèi)汽車制造巨頭也已開始考慮將TPMS作為原廠裝備的標準配置。2003年5月,日本ALPS電氣公司從德國IQMobil GmbH獲得了不使用電池的TPMS技術(shù),并簽訂了獨家專利授權(quán)合同。借用該技術(shù)開發(fā)的TPMS己通過歐洲和美國的電波法認證試驗,并于2004年6月起提供工業(yè)樣品,2005年量產(chǎn)供貨。我國也在2000年前后通過引進技術(shù)的方式開始了TPMS的生產(chǎn)。

無源化

如果胎內(nèi)模塊可以實現(xiàn)無源(即無電池),則上述問題都可以迎刃而解。為達到以上目的,下面主要闡述TPMS無線無源化發(fā)展的幾個實現(xiàn)方案:

①輪胎內(nèi)模塊有發(fā)電裝置,將輪胎運動的機械能轉(zhuǎn)化為電能。此為壓電發(fā)電方案。

②從輪胎外通過電磁場傳入能量,驅(qū)動輪胎內(nèi)模塊工作,發(fā)射壓力信息。此為磁場電磁耦合方案。

③輪胎外發(fā)射電磁波,碰到輪胎內(nèi)模塊內(nèi)置器件后反射,同時攜帶回壓力信息。此為聲表面波無源無線傳感器方案。

外置編碼存儲器輪胎定位

外置編碼存儲器輪胎定位技術(shù)是一種新型的TPMS輪胎定位技術(shù)。采用外置編碼存儲器的TPMS同樣由發(fā)射檢測模塊和接收顯示模塊組成,其特征在于接收顯示模塊接有插入式編碼存儲器,每個發(fā)射檢測模塊均有一個固定的ID碼,與對應編碼存儲器的ID碼一致。輪胎換位或者更換時,只需調(diào)換或更換插入式編碼存儲器。外置編碼存儲器式輪胎定位技術(shù),通過調(diào)整顯示模塊編碼存儲器中的ID碼與每個發(fā)射檢測模塊中的ID碼的對應關(guān)系,將重新識別身份的問題轉(zhuǎn)換成ID碼的換位設置問題,是簡單、有效的解決方案。其插頭插入的操作方式簡單可靠。通過I/O讀人插入式編碼存儲器電路中的編碼,避免了用無線方式讀入ID編碼,從根本上解決了干擾的問題,實現(xiàn)原理如圖1所示。

 
圖1:外置編碼存儲器原理框圖

系統(tǒng)在工作時,中央接收、處理模塊先依次讀取外置編碼存儲器中的ID碼,然后重新設置存儲在接收顯示模塊存儲器中的ID碼與輪胎對應定位關(guān)系信息,并予以保存。一旦中央模塊接收到輪胎檢測模塊發(fā)射過來的信息,馬上將接收到的信息解碼。在獲取其中的ID碼后,根據(jù)前面設定的ID對應定位關(guān)系信息即可判斷出是來自哪一個輪胎中的發(fā)射檢測模塊,并執(zhí)行相應的顯示等動作。外置編碼存儲器的設計可以分為接口電路和ID存儲器兩部分:接口電路作為外置存儲器和主控制器的連接接口,根據(jù)汽車的應用環(huán)境,要考慮接口的可靠性、抗震性需要;存儲器可以采用移位存儲器(簡單、需要主控制器I/O口少、讀取速度稍慢)、矩陣存儲器(讀取速度快、占用主控制器I/O口多)或者SIM卡和IC卡(可靠性高、體積小、成本高)的形式。綜合考慮,本系統(tǒng)采用移位存儲器。工作流程為:每當安裝新輪胎或者輪胎換位,立即切換到ID讀入操作界面,將相應外置編碼存儲器插上讀取接口,進行ID的讀入工作并分配其所屬輪胎位置。讀取完畢,可以取下外置存儲器(卡)。

PMS系統(tǒng)

基本原理

由安裝在輪胎內(nèi)部的檢測模塊,實時測量胎內(nèi)壓力、溫度,并將壓力、溫度信號通過無線方式發(fā)送出去。安裝在駕駛室內(nèi)的主控模塊接收無線信號,經(jīng)過數(shù)據(jù)處理,再由顯示裝置顯示出測量結(jié)果,實現(xiàn)行駛過程中輪胎狀況的實時監(jiān)控。TPMS基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。

 
圖2:TPMS基本結(jié)構(gòu)框圖

硬件設計方案

主控制器電路原理如圖3所示。主控制器模塊采用穩(wěn)定、可靠的微控制器C8051F531A,其內(nèi)置振蕩電路和增強型的SPI接口,外擴SPI無線接收芯片MC33594和操作簡單、方便的并行液晶模塊。

 
圖3:主控制器電路原理圖

檢測模塊由胎壓測量專用高集成芯片MPXY8320A微控制器和電源組成,檢測模塊電路原理如圖4所示。MPXY8320A工作在DC 2.1~3.6 V,具有低功耗的效能以延長電池壽命。MPXY8320A最大的特點是,其內(nèi)部集成了8位MCU、適應載重型輪胎的壓力傳感器、溫度傳感器、供電電源電壓監(jiān)測、X-Z軸上的加速度傳感器以及RF發(fā)送模塊,所以MPXY8320A是一款專為交通工具胎壓測量而設計的高集成芯片。由于器件的高集成度,在體積上、功耗上、電磁兼容性方面都有很出色的表現(xiàn)。

 
圖4:檢測模塊電路原理

軟件設計方案

主要軟件模塊的程序流程如圖5所示。

 
圖5:程序流程

結(jié)語

直接式TPMS和間接式TPMS各有自己的優(yōu)缺點。直接式TPMS可以隨時測定每個輪胎內(nèi)部的當前壓力,很容易確定故障輪胎。間接式TPMS相對便宜,使用間接系統(tǒng),己經(jīng)裝備了4輪ABS(每個輪胎裝備1個輪速傳感器)的汽車只需對軟件進行升級;但是,目前這類系統(tǒng)沒有直接系統(tǒng)準確率高,無法監(jiān)測出多個輪胎同時缺壓或高壓的情況。顯而易見,直接式TPMS更有效,因此,目前直接式TPMS正逐步取代間接式TPMS而成為輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)的主流。但是,有源MEMS式TPMS傳感器/發(fā)射器需要電池提供動力,因此不可避免地帶來一些弊端,如電池的壽命有限和電池的存在很難降低發(fā)射器的重量等。從長遠來看,無源MEMS式TPMS以其無可比擬的優(yōu)點將成為未來TPMS發(fā)展的趨勢。

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