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(多图) TPMS解决方案中的几个关键问题

来源:单片机及嵌入式系统应用/浙江工业大学 赵政宁 孙航 曹呈荣?? 2008年01月14日 ?? 收藏0

  第二个重要参数是天线的阻抗。阻抗匹配在天线设计中异常重要,l/4波长天线的典型阻抗是36Ω。

  在灭线的设计中,还要考虑导线间的电感、电容,通过对它们的具体计算确定元器件的参数,以最大限度地达到阻抗匹配的目的。导线电容、电感的具体计算公式如下:

  ①相邻导线间的电容

相邻导线间的电容

  式中:l为平行线的长度(cm),s为相邻导线间距(mm),l为导线厚度( mm),w为导线宽度(mm),εr为基板的相对介电常数;所求电容的单位为μF。

  ②导线电感

导线电感

式中:l为导线长度(cm),w为导线宽度(cm),t为导线厚度(cm);所求电感的单位为μH。
③平行导线问互感

平行导线问互感

式中:l为导线长度(cm),D为两导线中心距(cm);所求互感单位为μH。

  通过大量的改进和测试,天线的传输距离在原来12m左右的基础上改进到后来的30 m以上,大大增加了信号的传输距离和传输稳定性。

  2.2 低功耗

  由于传感器电池很难更换,为了保证TPMS发射模块在一节锂电池下能工作5~7年,系统的低功耗是一个十分重要的课题,因此只有在大多数时间让系统进入睡眠状态,才能省电与延长电池寿命。
本系统选择了英飞凌公司的SPl2传感器。利用该传感器的唤醒瞬态工作模式(每6s输出一个唤醒信号,每50min输出一个复位信号),当它工作在睡眠模式时,电流消耗仅O.6μA/s;另外,在该传感器模块中增加了加速度传感器,利用其质量块对运动的敏感性可以实现汽车启动自动开机。当检测到加速度很小时 (表示汽车没有运动),让系统进入睡眠状态,可大大降低系统功耗;在汽车开动

的情况下,可通过判断加速度的大小,来设定不同的测试时间间隔和发射数据时间间隔。加速度大(即车速高)的时候测试和发射数据的频率高,加速度小(即车速低)的时候频率低,由此可最大限度地节约电池损耗,延长电池的使用寿命。这里值得指出的是,SPl2测得的加速度是轮子转动的离心加速度,轮子转速大,离心力大,离心加速度也大;反之,离心加速度小。根据换算公式a=ω2r(其中,ω为车轮转动的角速度;r为发射模块相对于轮轴的距离),只要知道车轮转动的角速度w就可求得加速度a。

  2.3 无线信号传输

  TPMS 需要着力解决的一个关键技术是无线信号传输的稳定性和可靠性问题,特别是高速行驶时的信号传输的稳定性。由于高速行驶及丁作环境比较恶劣,而且汽车内电子产品丰富,信号会出现漂移及时有时无的情况;另外在使用手机、汽车音响等产品时,信号相互会有干扰,信号的稳定性会受到影响,因此,屏蔽和抗干扰等问题就显得尤为重要。
为此,在选择无线信号传输收/发模块时使用了芯片组TDK5100F和TDA5210;同时,为提高数据抗干扰能力,采用 Mailchest编码和FSK(Frequency-Shift Keying频移键控)方式进行无线传输,再利用循环冗余校验(CRCCCITT)对无线信号传输质量进行检查控制,进一步保证了无线信号传输的稳定性和可靠性。

  3 系统性能分析

  笔者用人工模拟的方法对高压、低压、高温、漏气以及SPl2的加速度功能进行了测试:压力和温度的显示精度达到国内外已有产品的要求;报警及时、准确。整体效果较好。

  通信方面,经过几次对天线的改进,通信距离已经达到30m以上,在周内外同类产品中占据领先地位。另外,把测试系统装入汽车进行了现场测试,一方面,系统克服了各种强大的干扰,通信可以顺利进行;另一方面能实时反映轮胎的气压和温度状况。

  结语

  在实际开发的基础上,本文提出了一种直接式TPMS的解决方案,介绍了系统的工作原理;通过计算导线电容、电感,改进了天线效果;通过充分利用SPl2的加速度检测功能,实现系统的低功耗设计;通过采用FSK方式、Manchest编码和CRC校验改善了无线信号传输。实际运行结果表明:系统功能较好,满足实际应用的要求。


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TPMS? 轮胎气压监测? 爆胎?

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