汽车胎压监视系统的设计方案思考
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图3：T5754 UHF ASK/FSK RF发送器
由于现在的汽车大多都已取消了内胎，因此给TPMS发射模块安装带来了极大的方便，目前TPMS发射模块在汽车轮胎内的安装有两种方式：利用气门咀安装和利用紧箍扣安装在轮毂上。无论采用哪种方式，安装完TPMS发射模块都必须对轮胎重新做动平衡检验。
4. TPMS接收器和显示器
TPMS接收器由UHF ASK/FSK RF接收IC和信号处理MCU、键盘、LCD显示器组成。RF接收IC和信号处理MCU安装在一个盒子里，可安装在汽车仪表箱内，带控制键盘的LCD显示器可安装在驾驶台上，LCD显示器能实时显示每个轮胎的压力、温度和每一个轮胎的ID识别码，以及声光报警。 UHF ASK/FSK RF接收器以T5743为例，该芯片由低噪音放大器(LAN)、低通滤波器(LPF)、中频功率放大器、ASK/FSK解调器、数据接口，以及PLL、XTO、VCO、混频器组成(图4)。天线接收到的信号经RF模拟前端的LAN放大、LPF滤波、ASK/FSK解调，取出的数据流交TPMS接收器的MCU，经软件处理还原出胎压、温度、ID码给LCD显示，并智能辨别系统是否安全，以及提供声光报警。
图4：T5743 UHF ASK/FSK RF接收器
TPMS系统方案
由SP12传感器模块、ATAR862、T5743、AVR MCU主要芯片可以组成整套TPMS系统(图2)，一辆轿车需要4个TPMS发射模块(备胎还需要1个)、1个TPMS接收器。一辆卡车需要6-12个TPMS发射模块。为了提高系统的接收能力和抗干扰能力，系统安装时需要在汽车底盘安装接收天线，如图5所示。
图5：轿车与卡车的TPMS安装
由于TPMS发射模块工作在剧烈振动、环境温差变化很大和不便于随时检修的条件下，因此要求所有的器件要有很好的可靠性和稳定性，能适应工作在-40℃到+125℃温度范围。为了缩小TPMS发射模块的体积、节省功耗和增强功能，需要尽可能的选用片上复合芯片，如包含压力、温度、加速度和ASIC的复合芯片，包含MCU和Tx(RF)或Rx(RF)的复合芯片。
TPMS是一个按工业标准设计、生产、检验，按消费电子产品价格销售的产品，因此产品的生产成本至关重要。产品的ESD保护要符合MIL-STD.833的标准，即人体模式(HBM)大于4KV。
2. 省电与唤醒
为了使TPMS发射模块在一节锂电池下能工作3-5年，系统节电是一个十分重要的课题，因此只有在大多数时间让系统进入睡眠状态，才能省电与延长电池寿命。汽车启动时和进入高速行驶时，唤醒TPMS系统的方法一般有二种，一是汽车启动时TPMS自检，进入高速行驶时用事先设定软件程序定时巡回检测。为此，需要TPMS接收器发出呼唤信号，在TPMS发射模块上要安置唤醒(Wake-up)芯片，如ATA5283，由于唤醒频率为125kHz低频，TPMS接收器要发出具有一定功率的呼唤信号，需要在TPMS接收器上增加一级天线驱动，如ATA5275；二是在传感器模块中增加加速度传感器，利用其质量块对运动的敏感性，实现汽车启动自动开机，进入系统自检，汽车高速行驶时按运动速度自动智能确定检测时间周期，用软件设定安全期、敏感期和危险期，以逐渐缩短巡回检测周期和提高预警能力。
3. 胎压与温度
汽车轮胎的压力与温度是密切相关的，也是汽车驾乘人员的生命安全所系。汽车轮胎气压低于标准值时，变形增大，受力发生变化，易使轮壁帘布层呈环状断裂，胎面磨损不均，胎肩的磨损急剧增大；同时，各部件胶于帘布层，帘布层之间剪切力增大，生热加剧，使胶层与帘线的物理性能下降，轮胎使用寿命缩短。若胎压长期低于正常气压的80%，在高速行使时，轮胎会急剧升温而脱层，最后导致爆胎。
轮胎气压高于标准值时，因轮胎与地面接触的面积减少，单位压力增高，使轮胎胎面的中部磨损增加。通过室内试验证明：一般认为提高气压25%，轮胎寿命将会降低15-20%；降低气压25%，寿命大约降低30%。(注意：一般轿车的轮胎正常气压值在210kpa左右(1kgf/cm=98kpa)，多座位商务车(7-9座)在240kpa左右为宜。) 汽车轮胎温度越高，轮胎的强度越低，变形越大(一般温度不能超过80度，当温度达到95度时，轮胎的情况非常危险)，每升高1度，轮胎磨损就增加2%；行使速度每增加一倍，轮胎行使里程降低50%。因此，不允许超温超速行使。
参考资料：
《新型实用传感器应用指南》颜重光等主编 电子工业出版社 1998/04
《关于开发ATMEL轮胎压力监测IC应用市场的报告》 颜重光 2003/12
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