汽车胎压监视系统的设计方案思考
在汽车的高速行驶过程中，轮胎故障是所有驾驶者最为担心和最难预防的，也是突发性交通事故发生的重要原因。据统计，在高速公路上发生的交通事故有70%-80%是由于爆胎引起的，怎样防止爆胎已成为安全驾驶的一个重要课题。据有关专家的分析，保持标准的车胎气压行驶和及时发现车胎漏气是防止爆胎的关键，而TPMS毫无疑问将是理想的工具。
目前，TPMS主要分为两种类型：一种是基于车轮速度的TPMS(WSB TPMS，间接式TPMS)，这种系统是通过汽车ABS系统的轮速传感器来比较轮胎之间的转速差别，以达到监视胎压的目的，该类系统的主要缺点是无法对两个以上轮胎同时缺气的状况和速度超过100公里/小时的情况进行判断；另一种是基于压力传感器的TPMS(PSB TPMS，直接式TPMS)，这种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。PSB TPMS在功能和性能上均优于WSB TPMS。许多欧洲的汽车厂商已将PSB TPMS配装于自己的车型之中，其中包括德国宝马的Z8、法国雪铁龙的C5、林肯大陆、克莱斯勒与道奇迷你箱型车以及Chrysler 300M与Concorde Limited客车、旁蒂克的旗舰Bonneville SE等。国内多数汽车厂家目前还没有进行这方面的研究，随着国际化的要求和国产汽车的出口，相信国内厂家会跟上这个步伐。
TPMS系统组成
PSB TPMS主要由安装在汽车轮胎内的压力、温度传感器和信号处理单元、RF发射器组成的TPMS发射模块，以及安装在汽车驾驶台上包括数字信号处理单元的RF接收器、液晶显示器(LCD)组成。其系统如图1所描述的。
图1：PSB TPMS系统结构图
TPMS传感器是一个集成了半导体压力传感器、半导体温度传感器、数字信号处理单元和电源管理器的片上系统模块。为了强化胎压检测功能，有不少TPMS传感器模块内还增加了加速度传感器、电压检测、内部时钟、看门狗，和带12位ADC、4kB Flash、2kB ROM、128B RAM、128BEEPROM及其它功能的ASIC数字信号处理单元。这些功能芯片使得TPMS传感器不仅能实时检测汽车开动中的轮胎压力和胎内温度的变化，而且还能实现汽车移动即时开机、自动唤醒、节省电能等功能。电源管理器确保系统实现低功耗，使一节锂电池可以使用3-5年。
TPMS的压力传感器都是用基于MEMS技术来设计、生产的，主要有硅集成电容式压力传感器，如飞思卡尔的MPXY8020、MPXY8040；硅压阻式压力传感器，如GE NovaSensor的NPX1、NPXC01746，Infineon SensoNor的SP12、SP12T、SP30。硅压阻式压力传感器是采用高精密半导体电阻应变片组成惠斯顿电桥作为力电变换测量电路，其测量精度能达0.01-0.03%FS。
TPMS压力传感器是一个片上系统模块，其内部典型架构包括整合了硅显微机械加工的压力传感器、温度传感器、加速度计、电池电压检测、内部时钟，以及一个包含模数转换器(ADC)、取样/保持(S/H)、SPI口、校准、数据管理、ID码的数字信号处理单元，模块具有掩膜可编程性，即可以利用客户专用软件进行配置。压阻式传感器是由MEMS压力传感器和半导体SoC电路，用集成电路工艺做在一个封装里的。在封装的上方留有一个压力/温度导入孔，将压力直接导入在压力传感器的应力薄膜上，周边固定的圆形应力薄膜内壁由半导体应变片组成惠斯顿测量电桥，同时这个孔还将环境温度直接导入半导体温度传感器上。
为了便于TPMS接收器的识别，每个压力传感器都具有6-8位独特的ID码。
2. 压力/温度信号处理与发射
压力/温度信号经TPMS传感器模块内的ASIC/SoC电路处理，通过其SPI口传输给安装在发射模块内的信号处理单元，综合成数据流再进入同一封装内的RF发射IC，按设定的超高频率(UHF)调制发射给安装在驾驶台内的接收器。如图2所示。
图2：TPMS按装在胎内的模块
MCU一般为4位或8位CPU核，包括时钟管理、EEPROM、RAM、多个计时器、多个I/O口、内部晶振等。UHF RF发送器以ATAR862为例，其内部嵌入的是T5754 UHF ASK/FSKRF发送器，T5754内部由PLL、VCO、功率放大器等组成(见图3)，外部晶振源经串口谐振器供给VCO，PLL向MCU提供时钟，MCU将已编码的数据流经功率放大器调制在UHF指定频率，交由天线发射。天线采用印制在PCB板上的环状天线，发射功率要求PA在9.5mA时能输出7-10dBm。
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