基于MPXY8020传感器的TPMS系统设计分析

　　随着全球汽车电子产业的兴起和人们对汽车安全的信息化、智能化的不断追求，汽车胎压监测系统(TPMS)成为继安全气囊和ABS之后的又一新兴汽车安全产业迅速发展。

　　目前出现的TPMS主要分为间接式和直接式。间接式TPMS使用ABS轮胎速度传感器来测量每一个轮胎的转速，从而判断轮胎压力，该系统虽然具有不用电池、耐用性强等优点，但准确性、可靠性差。直接式TPMS系统主要用于汽车行驶时，能够适时地对轮胎气压进行自动监测，对轮胎漏气造成低胎压和高温高胎压导致爆胎进行预警，确保行车安全，因此逐渐成为市场主流。本文主要介绍基于MPXY8020传感器的直接式TPMS系统设计，并对直接式TPMS的设计难点进行分析。

　　TPMS系统框图及系统工作原理

　　TPMS系统由数个发射模块和一个接收模块组成。图1为发射模块框图，该发射模块安装在轮胎内，通过压力温度传感器可以测量该轮胎内气体的压力和温度，发射端中央处理器负责数据处理，并将发射机ID号、压力、温度等信息组帧后经曼彻斯特编码送到RF发射电路，最后由RF电路将数据FSK/ASK调制后通过发射天线发射出去。整个发射模块由一只电池供电。

图1　发射模块

　　图2为接收模块框图，该接收模块安装在驾驶室前端可以方便驾驶员看到的位置。RF接收电路通过接收天线接收发射模块的无线信号，并将接收到的信号解调、解码后送给接收端中央处理器，中央处理器处理数据后根据ID号将各个轮胎的压力/温度值显示在显示器相应的位置上，使驾驶员可以随时了解每个轮胎的压力温度信息，确保行车安全，如轮胎发生异常时接收模块会自动及时向驾驶员发出警报。接收模块可以用车载电源或电池。

图2　接收模块

　　基于MPXY8020传感器的发射模块设计

　　TPMS系统中发射模块的设计采用摩托罗拉的MPXY8020和68HC908RF2，前者为电容式压力和温度传感芯片，后者为MCU和RF发射电路集成芯片。

　　发射模块硬件电路设计

　　MPXY8020是专用于TPMS系统的多功能、低功耗的传感芯片，其内部除了压力和温度传感电路外，还具有内部唤醒功能的数字接口电路，如图3。8020传感器与MCU的接口有6个端口：S1和S2是8020的工作模式控制端口，根据MCU对这2个端口的逻辑状态控制不同，8020可以分别工作在低功耗的待机模式、压力测量模式、温度测量模式及测量数据输出模式；DATA和CLK为软件控制的串行接口，进行测量数据的传输；OUT端口为复用端口，8020在待机模式下，可以每3s内部自唤醒并通过OUT端口以中断方式唤醒MCU。当8020在测量数据输出模式时，OUT作为内部比较器的逻辑状态输出；RST具有52min复位MCU的功能。

图3　发射电路

　　值得注意的是，8020传感器的A/D转换是逐次逼近型的反馈式转换器，其原理是8020内部具有8位移位寄存器，MCU通过8020的DATA和CLK端口首先输入10000000二进制数据，将8位寄存器D/A转换的模拟量与压力或温度的真实测量值进行比较，并判断OUT端口的状态，如果OUT端口为低，说明逼近值大于真实值，此时可以确定真实值最高位为0；如果OUT端口为高，说明逼近值小于真实值，此时可以确定真实值最高位为1。依次类推从高位向低位可以逐次逐位逼近真实测量值，这样MCU可以确定最终的压力和温度测量值。

　　68HC908RF2内部高性能8位处理器主要负责与传感器的数据传输、数据分析处理及与RF发射电路的数据传输与控制。在图3发射电路中，PTA1和PTA2作为输出端口控制8020的工作模式；PTA3和PTA4作为输出向8020移位输入测量逼近值；PTA5是复用端，当MCU读取传感器的测量值时，PTA5通过OUT获取比较器的状态，当MCU在省电模式时PTA5作为键盘中断输入端口，通过OUT获得3s中断。另外，S1是速度开关，当汽车运行或停止时S1开关可以导通或闭合，这样MCU就可以根据车辆运行状态对程序作有效处理。

　　68HC908RF2内部还集成一个多频带工作的FSK/OOK调制电路，其工作方式由数字控制端(BAND和MODE)的逻辑状态决定。BAND为工作频带选择端口，将BAND置高，并选择晶体振荡器Y1为13.56MHz，此时经过32倍频后产生载波频率为434MHz的RF信号。MODE为FSK/OOK调制模式选择端口，将MODE置高，RF电路工作于FSK模式。