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正确选择汽车胎压监测系统使用的各种MEMS传感器

2008-04-09来源: 电子系统设计 关键字:TPMS  胎压  传感器  MEMS  ID码  模块  Calibration  Free

  汽车轮胎压力实时监视系统(TPMS)已经成为中国汽车电子产业的研发热点,在今后的五年里全球预计会有7亿1百万只轮胎需要安装胎压监测传感器。美国法律要求从2007年8月起在美国销售的所有乘用车和轻型卡车必须安装胎压监测系统,欧洲也颁布了相应的法规。中国是汽车消费大国,相信不久将来政府也会制定类似法规。TPMS的需求使一个新兴产业正在兴起。

  TPMS是汽车轮胎压力实时监视系统“Tire Pressure Monitoring System”的英文缩写,主要用于在汽车行驶时实时的对轮胎气压进行自动监测,对轮胎漏气和低气压进行报警,以保障行车安全,是驾车者、乘车人的生命安全保障预警系统。

  在汽车的高速行驶过程中,轮胎故障是所有驾驶者最为担心和最难预防的,也是突发性交通事故发生的重要原因。据统计,在高速公路上发生的交通事故有70%~80%是由于爆胎引起的。怎样防止爆胎已成为安全驾驶的一个重要课题。TPMS是目前科学防爆和预警的有效手段之一。

  TPMS系统简介

  TPMS系统主要有二个部分组成:安装在汽车轮胎上的远程轮胎压力监测模块和安装在汽车驾驶台上的中央监视器(LCD/LED显示器)。直接安装在每个轮胎里测量轮胎压力和温度模块,将测量得到的信号调制后通过高频无线电波(RF)发射出去。一辆轿车或面包车TPMS系统有4个或5个(包括备用胎)TPMS监测模块,一辆卡车有8~36个TPMS监测模块。中央监视器接收TPMS监测模块发射的信号,将各个轮胎的压力和温度数据显示在屏幕上,供驾驶者参考。如果轮胎的压力或温度出现异常,中央监视器根据异常情况,发出报警信号,提醒驾驶者采取必要的措施。

  由于汽车轮胎现在大多都是没有内胎的真空子午胎,因此,将TPMS的轮胎压力监测模块安装在轮胎里是十分方便和容易的,但是汽车在高速跑动时轮胎内环境和温度是十分恶劣的,压力、温度、湿度变化特别大,所以该模块的设计要按军级产品的要求来选用元器件,按工业产品的要求来制订生产工艺,然而它是一个量大面广的汽车通用安全产品,要按消费电子产品来定价。

  轮胎压力监测模块由五个部分组成:1. 具有压力、温度、加速度、电压检测和后信号处理ASIC芯片组合的智能传感器MCM。2. 8-16位单片机(MCU)。3. RF射频发射芯片。4. 锂亚电池。5. 天线。外壳选用高强度ABS塑料。所有器件、材料都要满足-40℃~+125℃的使用温度范围(图1)。

  

  

  

  

  轮胎压力监测模块是安装在轮胎上的轮胎压力、温度实时监测和数据发送系统装置,它的内部结构如图2所示。轮胎压力监测模块做成的TPMS发射器分成车胎内内置和车胎外外置两种。

  

  

  

  

  TPMS智能传感器是整合了硅显微机械加工(MEMS)技术制作的压力传感器、温度传感器、加速度计、电池电压检测、内部时钟和一个包含模数转换器(ADC)、取样/保持(S/H)、SPI口、校准(Calibration)、数据管理(Data)、ID码的数字信号处理ASIC单元或MCU的SoC,模块具有掩膜可编程性,即可以利用客户专用软件进行配置。它是由MEMS传感器和ASIC/MCU电路二块芯片,用集成电路工艺做在一个封装里的。智能传感器是一个MCM模块,它将压力/温度、加速度和MCU集成在一起(图3);为了便于TPMS接收器的识别,每个压力传感器都具有16-32位独特的ID码。

  

  

  

  

  

  TPMS的MEMS传感器

  TPMS使用的传感器十分细小轻巧、功能要求高,因此只能用MEMS技术来设计、制造。目前TPMS使用的MEMS传感器主要有二大类,即硅压阻式传感器,如GE NovaSensor的NPX1、NPX2,Infineon SensoNor的SP12、SP30、SP35;和硅集成电容式传感器,如Freescale的MPXY8020、MPXY8040、MPXY8300系列。NPX和SP30、SP35、MPXY8300系列的智能传感器都包含了压力传感器和加速度计,压力传感器主要用来测量轮胎的压力变化,加速度传感器利用其质量块对运动的敏感性,实现汽车移动实时开机,进入系统自检、自动唤醒,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、节省电能等功能。

关键字:TPMS  胎压  传感器  MEMS  ID码  模块  Calibration  Free

编辑:孙树宾 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/MEMS/2008/0409/article_15.html
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