基于集成壓力傳感器的無源胎壓監控系統研究

3.2 方案設計

　　該系統至少包含輪胎內測量模塊和閱讀器兩部分。

　　一般情況下，胎內測量模塊由低頻耦合天線(大面積的線圈)、專用微型芯片和高頻發射天線組成。低頻耦合天線從交變磁場中獲得工作所需的能量，專用芯片負責測量壓力和將壓力信息轉化為RF信號，高頻發射天線將RF信號發射到空間。

　　閱讀器包含有接收器、控制器以及低頻驅動電路、低頻天線、高頻接收天線。控制器通過低頻天線向空間發射出供胎內測量電路使用的電磁波，發射磁場的一小部分磁力線穿過距閱讀器天線線圈一定距離的輪胎內測量模塊低頻耦合天線線圈，通過感應，在低頻耦合天線線圈上產生一個電壓Ui，將其整流后作為胎內測量接收模塊的電源。將一個電容與閱讀器的天線線圈并聯，電容器電容的選擇依據是：它與天線線圈的電感一起，形成諧振頻率與閱讀器發射頻率相符的并聯振蕩回路。該回路的諧振使得閱讀器的天線線圈產生非常大的電流，這種方 法也可用于產生供遠距離應答器工作所需要的場強。胎內測量模塊的低頻耦合天線線圈和電容器構成振蕩回路，調諧到閱讀器的發射頻率。通過該回路的諧振，應答器線圈上的電壓達到最大值。這兩個線圈上的結構也可以解釋作變壓器(變壓器的耦合)，變壓器的兩個線圈之間只存在很弱的耦合，閱讀器的天線線圈與胎內測量模塊的低頻耦合天線線圈之間的功率傳輸效率與工作頻率f、應答器線圈的匝數n，被應答器線圈包圍的面積A、兩個線圈的相對角度以及它們之間的距離成比例。胎內測量模塊獲得能量工作后，將壓力信息調制到RF信號發射出來，閱讀器的高頻接收天線接收到RF 信號后，接收器將RF信號解調后將壓力信號傳給控制器，控制器將壓力信號通過人機界面告知車主。

3.3 難點和解決思路

　　電感耦合系統的效率不高，所以一般適用于低電流電路，作用距離短，一般只有幾十厘米。提供能量有限，所以模塊中的傳感器電路的設計就很重要。其關鍵是：① 芯片的設計要效率高，能在低電流的情況下完成測量和發射的任務；②微型芯片工作所需要的全部能量必須由閱讀器供應。高頻的強電磁場由閱讀器的天線線圈產生，所以閱讀器的設計要提供足夠的磁場強度。

　　本系統要求作用距離大約30～40 cm，能提供大約20 mA的大電流，因此設計上具有挑戰性。為實現預期目標，可以從兩方面做出努力：一方面是盡可能提供較大的電流和能量供芯片正常工作；另一方面則應該對測量芯片采用低功耗設計，盡量降低胎內測量模塊正常工作所需的電流。

4 直接胎壓監控系統設計與分析

　　本文設計了一種直接式TPMS，其原理如圖1所示。該系統由兩部分組成，輪胎模塊和車載接收模塊。其中，輪胎模塊包括壓力和溫度傳感器、A／D變換器、控制器及射頻發射器等，如圖2所示。車載接收模塊包括了射頻接收器、控制器以及顯示報警裝置等，如圖3所示。