４胎壓傳感模塊系統(tǒng)設計

　　由于壓阻式ＭＥＭＳ氣壓傳感器的輸出信號為數(shù)十毫伏量級，而且需要對溫漂、初始測量等做相應校正，因此一個完善且實用的胎壓傳感模塊系統(tǒng)如下圖７所示，需要與之配套的專用芯片，將信號放大調理電路和低功耗ＭＣＵ控制電路集成在一起。胎壓傳感模塊的工作流程如圖８所示。

　　如圖９所示，ＭＥＭＳ信號調理電路需要對壓力傳感器、溫度傳感器和電壓監(jiān)測三個傳感器進行信號處理。由于壓力惠通斯電橋和溫度傳感器均為小信號輸出，為了充分利用ＡＤＣ的輸入動態(tài)范圍，減小ＡＤＣ要求，需要在信號進入ＡＤＣ之間進行放大。ＬＮＡ采用開關電容實現(xiàn)，控制前級多路選擇器在壓力和溫度信號之間進行切換。溫度和壓力的ＡＤＣ實現(xiàn)均為１３位。系統(tǒng)功耗管理控制與壓力傳感器的溫度系數(shù)校準則由后續(xù)的ＭＣＵ實現(xiàn)。

　　微功耗ＭＣＵ控制電路是胎壓傳感模塊的控制組件，主要功能包括：與ＭＥＭＳ信號調理電路一起對氣壓、溫度、電池電壓信號進行處理；對ＭＥＭＳ傳感器、ＲＦ傳送芯片、加速度傳感器（備選）進行控制；響應外界ＬＦ或加速度信號，適時解除或恢復系統(tǒng)休眠狀態(tài)。

　　針對胎壓傳感模塊的ＲＦ發(fā)射芯片主要性能指標如下：

　　調制方式：ＡＳＫ、ＦＳＫ

　　頻率范圍：４３３～４３５ＭＨｚ

　　電源電壓：２．１－４．０Ｖ

　　工作溫度：一４０℃～１２５℃

　　休眠模式功耗：＜１００ｎＡ

　　ＰＬＬ激活模式功耗電流：＜４．０ｍＡ

　　發(fā)射模式電流：＜１０．２ｍＡ

　　４３４ＭＨｚ輸出功率（５０Ｑ負載）：３．０～７．５ｄＢｍ

　　與ＲＦ發(fā)射芯片配套，用于實現(xiàn)對胎壓傳感模塊無線信號的有效接收放大和解調處理的ＲＦ接收芯片性能指標如下：

　　工作電壓：４．５Ｖ。５．５Ｖ

　　頻率范圍：４００～４４０ＭＨｚ

　　調試方式：ＦＳＫ、ＡＳＫ

　　接收靈敏度：ＦＳＫ模式＜一１００ｄＢｍ

　　ＡＳＫ模式＜一１０７ｄＢｍ

　　工作電流：ＦＳＫ模式＜６．０ｍＡ

　　ＡＳＫ模式＜５．３ｍＡ

　　休眠待機電流：＜５０ｎＡ

　　５接收系統(tǒng)軟硬件與人機界面設計

　　如圖１０所示，接收器是由８位ＭＣＵ，射頻接收單位，顯示屏，按鈕，蜂鳴器和電源組成。接收器可以顯示輪胎壓力、溫度以及各種報警信息，當輪胎壓力或溫度超出范圍值時（壓力過高或過低，溫度過高），系統(tǒng)給出報警聲，蜂鳴器鳴響，接收器屏幕相應圖標閃爍。內置軟件工作流程如圖１１所示，該流程由內置８位ＭＣＵ中的程序進行控制，可以通過修改軟件，靈活增減相應功能。

　　根據(jù)國標ＧＢ／Ｔ　２６１４９-２０１０的要求，我們開發(fā)的ＴＰＭＳ系統(tǒng)具有６種工作模式，分別是：正常工作模式，學習模式，刪除模式，標準值設置模式，輪胎調換模式和報警與提醒模式，如圖１２所示，都能在液晶面板上進行有效顯示。

　　６模塊和系統(tǒng)功能測試結果

　　如圖１３所示，基于北京大學自主研發(fā)的ＭＥＭＳ傳感芯片，完成了ＴＰＭＳ傳感發(fā)射模塊、傳感發(fā)射單元和系統(tǒng)產品原型的開發(fā)，并對該系統(tǒng)進行了實際測試驗證。

　　對于量程４５０ｋＰａ傳感器產品，按照中國ＴＰＭＳ標準ＧＢ／Ｔ　２６１４９-２０１０，傳感器準確度要求為＋／－８．５ｋＰａ（０-５０℃）及＋／＿１７．５ｋＰａ（一４０℃至１２５　℃，不包括０　５０℃）。經６４個樣本測試，校準點設定在２２℃、７００Ｃ：ｌＯＯｋＰａ、２７５ｋＰａ、４５０ｋＰａ下進行。驗證測試在一４０℃、２５℃、４５℃、７０℃、９５　℃、１２５℃；１００ｋＰａ、１８８ｋＰａ、２７５ｋＰａ、３６２ｋＰａ、４５０ｋＰａ下進行。共讀取了３３９４個測量數(shù)據(jù)并進行分析，具體結果如表２所示，傳感器的測量準確度都能附合國標要求。

　　根據(jù)ＧＢ／Ｔ２６１４９-２０１０的要求，對射頻性能做了測試，實測結果表明，在不同應用環(huán)境下，該系統(tǒng)簡單調整后都能符合ＧＢ／Ｔ２６１４９-２０１０要求，功能測試結果見表３。

　　我們將所開發(fā)ＴＰＭＳ系統(tǒng)與歐洲某ＴＰＭＳ廠商的產品進行了對比實驗驗證。測試結果如圖１４所示，我們的ＴＰＭＳ傳感發(fā)射單元可以獲得和商用產品一致的壓力響應曲線（縱軸為環(huán)境壓力，單位為Ｋｐａ；橫軸為９個測試點，分別對應不同環(huán)境壓力）。

　　上圖中測試結果之間的差值是因為我們的壓力傳感發(fā)射單元顯示的是相對于真空的壓力值，而商用產品顯示的是相對于外界大氣壓的相對壓力值。

　　相對壓力值指的是輪胎內部的氣壓減去外界大氣壓，一般情況下外界大氣壓為１０１Ｋｐａ左右。因此在相同測試點上，商用產品測量值約等于我方產品測量值減去１０１Ｋｐａ。

　　７　結論

　　本文提出了基于ＭＥＭＳ傳感器的整套ＴＰＭＳ系統(tǒng)方案。實測結果表明所開發(fā)系統(tǒng)在一４０～１２５℃溫度范圍內，系統(tǒng)可以有效測量氣壓、溫度、電池電壓數(shù)據(jù)，各項指標參數(shù)滿足國標ＧＢ／Ｔ　２６１４９-２０１０要求，可以滿足安裝ＴＰＭＳ的車輛使用需要。