基于NPX的新型轮胎压力监测系统
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2020-12-09
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基于基于NPX的新型轮胎压力监测系统的新型轮胎压力监测系统
摘 要：介绍了基于GE Nova Sensor公司新型NPX系列芯片的轮胎压力监控系统,给出了系统硬件构成、相关软
件流程和通信设计参考。该系统用于在汽车行驶过程中监控轮胎状态,如果出现压力和温度的异常变化,可实时报
警,从而有效地避免因爆胎引起交通事故。 关键词：TPMS 压力 温度 随着汽车消费市场的日益升温,汽
车的安全性能更加被消费者所关注。在汽车高速行驶过程中,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,在中国高速公路上发生的交通事故有70% 是由于爆胎引起的,而在美国
这一比例更高达80%。基于此,美国运输部 (
摘 要：摘 要：介绍了基于GE Nova Sensor公司新型NPX系列芯片的轮胎压力监控系统,给出了系统硬件构成、相关软件流程和通信
设计参考。该系统用于在汽车行驶过程中监控轮胎状态,如果出现压力和温度的异常变化,可实时报警,从而有效地避免因爆胎引
起交通事故。
关键词：关键词：TPMS 压力 温度
随着汽车消费市场的日益升温,汽车的安全性能更加被消费者所关注。在汽车高速
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,在中国高速公路上发生的交通事故有70% 是由于爆胎引起的,而
在美国这一比例更高达80%。基于此,美国运输部 (DOT)国家公路交通安全管理委员
会 (NHTSA) 出台了法规。该法规规定:2003年11月到2006年10月31日期间美国新出
厂的轻型汽车将逐步引入轮胎压力监测系统(Tyre Pressure Monitoring
System,TPMS)。鉴于如此大的市场潜力,国内外许多公司纷纷开始投入TPMS的研
制。
1 TPMS硬件系统构成硬件系统构成
轮胎压力监测系统分为直接系统和间接系统。间接系统是通过ABS确定轮胎压力
变化的系统。ABS通过车速传感器确定轮胎故障,从而决定是否启动防抱死系统。目前
这类系统的准确率没有直接系统高,故障轮胎的确定也很困难,而且系统校准极其复
杂。此外,在某些情况下此类系统会无法正常工作,例如同一车轴的两个轮胎气压都低
时。直接系统一般由轮胎监测模块和主机接收显示模块构成。通过在每一个轮胎上都
安装一个轮胎监测模块,来实时监测汽车行驶状态下各个轮胎的状况,从而使安装在驾
驶台的主机接收显示模块能实时显示各轮胎气压、温度等。在轮胎出现漏气、低气压
及高温等异常情况时,系统会自动报警。这样驾驶者可以直观地了解各个轮胎状况,以
保障行车安全。
1.1 轮胎监测模块轮胎监测模块
轮胎监测模块嵌入到轮胎里面,主要用来监测轮胎内部气压和温度状况,并通过无
线调制方式发送到主机显示模块,故轮胎监测模块主要应包含传感器、微控制器、
UHF发射器以及供电电池。整个模块放置在轮胎里面,在汽车高速行驶时且轮胎内部
产生高温情况下要能正常运行,并且能保证有效工作5～10年,故而模块的小型化、宽工
作温度范围以及低功耗设计就显得尤为重要。
1.1.1 NPX-C10746简介简介
NPX-C10746是GE Nova Sensor公司最新推出的轮胎压力监测系统专用芯片,它
是由一块带有大量外围器件的Philip 8bit RISC内核组成的高集成度芯片。片内集成有
压力传感器、温度传感器、电压传感器、低噪声放大器和12位A/D转换器;内置的RC
振荡器提供系统时钟,无需外接晶体振荡器;SOIC 14L封装,工作温度达汽车工业级(-40
～+125℃)。
1.1.2 监测模块硬件构成监测模块硬件构成
轮胎监测模块硬件结构图如图1所示。UHF发射芯片采用Atmel公司的ATA5757,
该芯片集成度高、低功耗模式下电流<1μA、MSOP-10封装(3mm×5mm),能很好满足
监测模块低功耗、小型化设计要求;工作电压范围为2V～3.6V,当监测模块使用单块扣
式电池供电时,可不加电源管理芯片,从而进一步降低系统功耗,延长工作时间。监测模
块采用Tadiran公司的TLH-2450长效锂亚硫酰氯扣式电池供电,该电池额定工作温度
在-40℃～+125℃之间,并具有外形尺寸小、能量密度大、自放电极低的特点。此外,
供电电池串联一个加速度开关(即图1中的开关),用于控制监测模块电源。当车轮转速
超过2圈/秒时,加速度开关导通,监测模块开始工作。
1.2 主机接收显示模块主机接收显示模块
主机接收显示模块安装在汽车驾驶台,通过改变指示灯颜色和数码显示告知驾驶员
车辆各轮胎当前的压力、温度及供电电压状况是否异常等。
主机接收显示模块硬件结构图如图2所示,由接收天线、UHF接收器MC33594、微
控制器P89LPC930等器件组成。
MC33594器件是摩托罗拉公司生产的高度集成的UHF接收器,它能够接收并解调
OOK或FSK调制的Manchester编码数据,同时通过一条串行外围接口(SPI)总线将其发
送出去。通信中采用FSK调制方式时,MC33594支持数据管理器,可以去掉数据帧中的
同步码、前导码和结束符(EOM)等字节,这样控制它的软件就可以大大简化。
P89LPC930是Philip公司的一款微控制器,适合于许多要求高集成度和低成本的场合,
可以满足多方面的性能要求。P89LPC930采用高性能的处理器结构,指令执行速度六
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