汽车轮胎预警监测系统设计

2012-12-31 10:37:27来源: 电子设计工程
0 引言
    据统计,在我国高速公路上发生的交通事故中,46%是由于轮胎故障引起的,其中爆胎占70%。轮胎内压力和温度是引发轮胎故障的关键因素。在汽车行驶中,轮胎的气压过高,会减少轮胎与地面的接触面积和减震空间,严重影响轮胎与地面的摩擦力和轮胎的减震效果。除了影响汽车性能外,还会对汽车的悬挂系统造成很大的冲击。轮胎气压过低,轮胎的应力变形增加,在交变应力的作用下导致汽车轮胎的温度升高,温度过高时,轮胎的热学性能和力学性能会明显下降,从而导致轮胎寿命下降,甚至爆胎。同时轮胎的磨损加快,轮胎的载荷承载能力明显下降,摩擦阻力增加,油耗上升。维持轮胎在正常气压和温度范围内工作,是避免轮胎故障的关键。汽车轮胎压力监测系统(Press ure-Sensor Based Tire Pressure Monitoring System,PSB TPMS)主动监测轮胎内压力和温度,预警轮胎异常,有效避免由轮胎故障引发的交通事故,是汽车电子向主动安全发展的重要方向。

1 系统组成及工作原理
   
直接式TPMS包括轮胎监测模块和中央监视模块两部分,系统的结构图如图1所示。

a.JPG


    轮胎监测模块由带有补偿功能的高集成MPXY8020A传感器、德州仪器公司生产的CC2530系统级射频单片机、天线和锂电池组成。该模块主要功能是周期性被唤醒,MPXY8020A传感器测量轮胎压力和温度,CC2530采集的轮胎压力、轮胎温度和电池电量信息,并将这些信息打包成数据帧,按照IEEE 802.15.4协议通过RF射频前端无线发送到中央监视模块。
    中央监视模块由CC2530、天线、LCD、LED指示灯和锂电池组成。该模块解析接收到的数据帧,将轮胎压力、温度和监测模块的电量实时显示在LCD上面。当测量值超过警戒范围时,LCD上面相应位置的轮胎会变成红色并闪烁,相应的LED闪烁。
    中央监视模块与轮胎监测模块的无线通信采用ZigBee联盟制定的高可靠、高性价比、低功耗的IEEE802.15.4协议。在协议规定的网络拓扑结构中,中央监视模块作为协调器,轮胎监测模块作为终端设备。在本系统中终端设备和协调器组成星形网络拓扑结构,终端设备将采集的压力、温度和电量信息发送到协调器设备。网络拓扑结构如图2所示。

b.JPG



2 TPMS硬件选型和电路设计
2.1 轮胎检测模块
   
鉴于轮胎检测模块安装在轮胎内部,不可经常拆卸更换电池,因此模块可用能源有限,必须采用低功耗的传感器、RF射频模块和MCU;为了防止模块的重量引起轮胎较大偏心造成轮胎震动影响汽车性能,模块的质量必须控制在一定范围内。
    传感器采用集成温度和压力传感器的高集成低功耗MPXY8020A。MPXY8020A有多种功耗模式,通过设置引脚1(S1)和引脚2(S2)的高低配置工作模式。各种模式下传感器的功耗如表1所示。

c.JPG


    MPXY8020A的引脚4(OUT)有两种功能:当处于空闲模式时,大约每隔3 s输出一个370μs的低电平来唤醒外部采集设备;当处于数据输出模式时,该引脚根据采样值和D/A中值的关系输出不同的电平。输出为高电平时,表示测量完成。

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关键字:汽车电子  主动安全  轮胎压力监测系统  ZigBee

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/1231/article_6580.html
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