基于CAN總線的輪胎智能實時監控系統方案設計

摘要：汽車行駛中輪胎的氣壓和溫度是影響行駛安全關鍵因素之一，本文闡述了一種基于集成傳感器 MPXY8020A和射頻收發模塊為核心器件的直接式輪胎測壓系統。基于當前流行的 TPMS方案，提出一種基于 CAN總線的同時具有測溫、測壓和智能過壓保護功能的實時監控新方案，可避免爆胎的威脅，提高了輪胎使用安全性，可為 TPMS的設計提供參考。

0 引言

汽車行駛安全是人們隨著生活水平的提高，越來越關心的話題。汽車輪胎壓力將直接影響汽車行駛安全，還將影響車輛的油耗和輪胎的壽命 [1]。TPMS是汽車輪胎壓力監視系統（Tire Pressure monitoring System），主要用于在汽車行駛時實時地對輪胎氣壓進行自動監測，對輪胎漏氣、低氣壓、高壓、高溫等異常情況進行報警，以保障行車安全。

縱觀國內外這幾年 TPMS產品的發展變化，可以看出，國外 TPMS產品的發展主要集中在智能傳感器的研究上，TPMS發射模塊將向高度集成化、單一化、無源化方向發展。本文闡述了一種新 TPMS的發射和接受的設計原理。設計中采用摩托羅拉面向 TPMS的集成芯片 MPXY8020A作為輪胎壓力檢測單元的主器件，進一步減小了系統的體積、降低了系統的功耗.該系統不僅把采集到的壓力、溫度值顯示出來，并且該數值以 CAN的格式發送到總線上，掛接在 CAN總線上的子系統，根據接收到的報文做出措施，這樣使輪胎的重要性顯得越來越明顯。如掛接在 CAN系統上的發動機模塊，如果從總線上采集到的數據表明壓力值低于標準值，則可以使它減速，避免對發動機系統造成磨損等等 [2]。并且在現流行的 TPMS 模塊上加一個泄壓模塊，使得胎內壓力永遠不可能達到過壓至爆胎狀態，使我們的行車更為安全、可靠。

1 輪胎智能壓力監控系統工作原理

1.1 輪胎智能壓力監控系統測壓原理

它以鋰亞電池為電源，通過植入輪胎里的壓力溫度傳感器來直接測量輪胎的氣壓和溫度，并經無線調制發射出去，中央監視器模塊通過無線接收、處理接收的輪胎壓力、溫度信號和模塊狀態，通過顯示部分可輪流顯示各輪胎氣壓和溫度，駕駛者可以直觀地了解各個輪胎的氣壓溫度狀況，根據提示，采取相關措施 ;當輪胎氣壓過高、太低，溫度過高，接收出現異常等系統就會自動進行報警。

1.2 輪胎智能壓力監測系統泄壓原理

在氣門上安裝一安全閥。安全閥是用來防止系統內壓力超過昀大許用壓力以保護由于壓力過高導致的爆胎現象，以保證行車的安全。

圖1 安全閥的工作原理圖。閥的輸入口與控制系統（或裝置）相連，當系統壓力小于此閥的調定壓力時，彈簧力使閥芯緊壓在閥座上，如圖 1（a）所示。當系統壓力大于此閥的調定壓力時，則閥芯開啟，壓縮空氣從 R口排放到大氣中，如圖 1（b）所示。此后，當系統中的壓力降低到閥的調定值時，閥門關閉，并保持密封。

2 輪胎智能壓力監測系統硬件設計

整個系統由各個輪胎胎內模塊、泄壓模塊和中央控制器三部分組成。圖 1為輪胎壓力監測系統的結構圖，主要包括高精度集成傳感器 MPXY8020[3]，胎內微
控制和發射器 MC68HC908RF2 [4]，射頻接收器 MC33594，主微控制器 MC68HC908GZ16,CAN總線驅動器TJA1050T。

2.1 胎內模塊

圖3所示為輪胎模塊電路原理圖。模塊安裝在輪胎氣門芯上, 由鋰電池供電。射頻芯片的晶振頻率為9.84MHZ,通過將MODE引腳置低電平選擇FSK發射調制方式，發射頻率為 434MHZ[5]。天線印制版電路的設計中利用環形天線技術 [6]。

2.2 中央模塊