基于SP370的直接式TPMS系统设计

庄严+王凌云+张国玉+王醒华

摘 要：汽车轮胎压力监测系统（TPMS）是行车安全的保障。文章研究了直接式胎温胎压监测系统的结构和工作原理，采用英飞凌SP370传感模块和TDA5235RF接收芯片设计了一种直接式汽车胎温胎压监测系统。重点解决了轮胎的压力、温度数据实时监测及发射器与接收器距離远，接收信号不可靠等问题。所设计的系统体积小、功耗低，在每天行车15小时的情况下，模块使用周期在五年以上。且数据采集发射模块的温度压力测量精度高，可以确保传输数据的准确性，并能在胎压过高、过低或温度过高时报警。进而达到行车安全、节省油耗的作用。

关键词：轮胎压力；SP370；轮胎压力检测系统；TDA5235

中图分类号：U463.341 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）24-0094-03

Abstract： Automobile tire pressure monitoring system（TPMS） is the guarantee of driving safety. This paper studies the structure and working principle of Pressure-Sensor Based TPMS， adopting Infineon SP370 sensor module and TDA5235RF receiver chip to design a Pressure-Sensor Based TPMS. Focus on solving the tire pressure， tire temperature data real-time monitoring， transmitter is far away from receiver， received signal is not reliable and so on. The designed system is small in size and low in power consumption， In the case of 15 hours driving a day， the module usage cycle is more than five years. And that the temperature and pressure measurement accuracy of data acquisition and transmission module not less than ±2%FS， ensuring the accuracy of data transmission， and when the tire pressure is too high， too low or the tire temperature is too high， the system alarming. Thus， achieving the effectiveness of driving safety， saving fuel consumption.

Keywords： tire pressure；SP370；TPMS；TDA5235

1 概述

汽车自诞生以来，已经走过了一个世纪，一直在人们的生活中扮演着不可或缺的角色。当人们对汽车愈发依赖时，由汽车引发的交通事故也令人们惋惜。其中，由轮胎异常引起的事故在所有的事故中所占比例最大，后果最为严重，人们对轮胎问题的关注度也越来越高，汽车胎温胎压监测系统应际而生。汽车胎温胎压监测系统（Tire Pressure Monitoring System，TPMS）是一种基于无线传输技术，通过安置在轮胎内部的高灵敏度的集成传感器，对轮胎的压力、温度等数据实时传递，使驾驶员可以随时了解轮胎状态的监测系统，是行车安全的保障。

2 直接式TPMS系统硬件设计

胎压测量发射模块安放在每个车轮的轮毂上，工作条件恶劣。要求测量模块具有宽温、抗干扰能力强、测量精度高、发射稳定性好、体积小等特点。英飞凌最新一代SP37系列芯片SP370-23-156，集传感器、微处理器和RF发射器于一体，有较高的集成度和测量精度，用户只需配置外围电路和程序即可实现信号的采集发送。采用CR2450宽温电池进行供电，容量为500mAh，工作温度为40-125℃，满足极端环境下的使用需求。

RF发射器可以配置成ASK、FSK调制发射及低频唤醒功能。基于稳定性和可靠性选择频率433.92M的FSK发射模式，为了有效降低系统的功耗从而延长模块的使用寿命，在汽车静止的时，将测量模块设置为空闲模式，在汽车行驶时，通过低频唤醒功能将测量模块由休眠模式切换成测量模式。发射模块电路原理图如图1所示。

接收显示模块将接收到的无线信号解调，MCU对数据分析处理，通过显示屏对轮胎的胎温胎压进行显示，并对极端情况进行报警处理。

本文中RF接收芯片选用英飞凌公司的TDA5235，TDA5235有数字数据处理能力强、接收灵敏度高等优点。该芯片支持433.92MHz频段，支持FSK解码并自动提取出有效数据存入内部FIFO后产生中断，等待CPU提取信息。CPU与TDA5235 的接口为SPI模式，CPU将提取的数据解码处理并将压力、温度信息显示在液晶显示屏上，并在模块监测到异常胎压、胎温时进行报警。接收模块电路如图2所示。

3 直接式TPMS系统软件设计

3.1 发射模块软件设计

胎压发射模块上电后，首先对SP370模块初始化，设置各器件的工作状态，然后通过对SP370测得的加速度参数来判断车辆是否处于静止状态，如果静止则发射模块进入超低功耗的空闲状态。汽车正常行驶过程中，通过低频唤醒功能来切换模块的工作模式，发射模块的软件流程框图如图3所示。endprint

3.2 接收数据包软件判定设计

由于干扰的存在接收到的数据包不可避免会有误包存在，如何对数据包进行准确的识别关系到整个系统的精确度。采用CRC检查能够剔除数据传输过程中的错误数据包，循环冗余检查（CRC）是一种数据传输检错功能，对数据进行多项式计算，并将得到的结果附在帧的后面，接收设备也执行类似的算法，以保证数据传输的正确性和完整性。每个数据包都包含序列号段，用来判断是否有丢包及重复数据包。数据包还包含SP370出厂带有的独一无二的ID号，来匹配轮胎的位置，以便于正确显示和消除其他汽车发射模块的干扰。接收数据包判定流程图如图4所示。

4 实物测试结果与结论

4.1 实际使用寿命的计算

由于发射模块的高集成度，导致供电电池无法进行更换，电池的使用寿命决定了整个模块的工作年限。SP370不同模式下的工作电流如表1所示。

以一个周期36s为例，其中35.9s的时间为待机时间，SP370的测量时间不大于0.02s，发送时间不大于0.08s。可以得出SP370工作一个周期的功耗为：

SP370正常情况下连续工作一小時的功耗为：

根据电池厂家所给的数据，本设计所选用的纽扣电池容量为500mAH，根据技术指标要求，每天行车15小时，可以得到模块可以使用的天数：

约为5.37年，工作周期在五年以上，满足使用寿命需求。

4.2 实物测试

所设计的TPMS系统在不同压力、温度环境下的实测情况如图5所示。由于习惯问题，通常将1kg/cm2称为1kg，即2.29kg为2.29kg/cm2。

5 结束语

文中对系统的结构和原理进行了详细的阐述，设计了TPMS系统的电路图，绘制了相应的程序流程框图，通过对成品的实际测试与计算，所设计的系统在每天工作15小时的情况下，工作周期可以达到五年以上。SP370的温度压力测量精度高，确保了传输数据的准确性，并在胎压过高、过低或温度过高时报警，有较好的市场应用价值。

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