目前直接輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)包括4個或5個(取決于備胎是否裝備傳感器)輪胎模塊和一個中央接收器模塊。輪胎模塊由壓力傳感器、溫度傳感器、控制模塊(如ASIC或MCU)、發(fā)射器、天線以及電池組成。也可以包括更多的外部系統(tǒng)，如啟動發(fā)射的低頻(LF)探測器、慣性開關或無內(nèi)置電池的電源等裝置。
一個簡單的接收器模塊由一根中央天線、一個接收器IC和一個與車輛其他部分相連接的接口組成。通用接口包括控制器局域網(wǎng)絡(CAN)接口，該接口通常裝備在車輛的車身控制器內(nèi)。數(shù)據(jù)由車身控制器處理，當輪胎壓力低時，它可以用來向司機提出警告。
為了促進快速的產(chǎn)品開發(fā)，在此介紹一款直接TPMS系統(tǒng)，這套系統(tǒng)的中心部件是摩托羅拉MEMS壓力傳感器，它可以承受輪胎內(nèi)的惡劣環(huán)境。
輪胎模塊之硬件
上圖為輪胎模塊結(jié)構(gòu)示意圖。傳感器(Motorola器件號MPXY8020A)是電容型MEMS壓力傳感器，專用于滿足TPMS在溫度和媒介兼容方面的要求。它是一個單體壓力和溫度傳感器，并具備電源管理和數(shù)字輸出功能。套件內(nèi)的媒介保護過濾器可以使其硅片免受環(huán)境影響。該系統(tǒng)有4種操作模式：待機模式(耗電600mA)、測定氣壓模式、測定溫度模式和輸出數(shù)據(jù)讀取模式。該設備要求控制器至少提供5個引腳：2個引腳用于控制其操作模式，2個引腳用于數(shù)據(jù)串行交換，另外1個引腳用于接收數(shù)據(jù)。8020型還具有復位針，該針作為一個輸出端子，大約每小時向控制器發(fā)送復位信號，以保證單片機的損壞并不意味著需要更換輪胎模塊。
控制器(Motorola器件號MC68HC908RF2)是在一個32針QFP封裝中結(jié)合8位Flash單片機和UHF發(fā)射器的器件。單片機連接傳感器，定期檢查氣壓和溫度數(shù)據(jù)。它還連接與其在一起的發(fā)射器，并根據(jù)所使用晶振的不同，用315MHz或434MHz的頻率發(fā)送數(shù)據(jù)。
輪胎模塊之軟件
許多TPMS供應商所采用的行業(yè)標準是輪胎模塊為7年至10年的使用壽命。因為輪胎模塊是由一塊鋰電池供電，因此需要高效率的算法。
TPMS的軟件很簡單，只有3種主要功能：測量、處理數(shù)據(jù)和傳輸。而當多個輪胎模塊同時發(fā)送數(shù)據(jù)時會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。為了避免由沖突造成的數(shù)據(jù)丟失，模塊應在每個數(shù)據(jù)幀之間，在隨機時間間隔內(nèi)發(fā)送多個數(shù)據(jù)幀，而不是一個數(shù)據(jù)幀。這將大大降低數(shù)據(jù)丟失的可能性，但也將縮短電池的使用壽命，并增加接收器軟件的復雜性。理想的折衷辦法是在每隔10ms-100ms的間隔發(fā)送3個-4個數(shù)據(jù)幀。
接收器模塊之硬件 摩托羅拉的MC33594器件是高溫集成UHF接收器模塊。這種IC能夠接收并解調(diào)OOK或FSK調(diào)制的Manchester編碼數(shù)據(jù)，同時通過一條串行外圍接口(SPI)總線將其發(fā)送出去。采用FSK調(diào)制，可支持數(shù)據(jù)管理器———Manchester數(shù)據(jù)解碼器(這是在TPMS中采用這種IC的最佳方法)。如果有匹配的天線，它的靈敏度是-103dBm。
接收器所選的控制器與TPMS無關。MC33594接收機將它所接收的數(shù)據(jù)按順序發(fā)送，這樣任何控制器都可以接收、處理數(shù)據(jù)，在出現(xiàn)異常情況時可向司機告警。
接收機模塊之軟件
MC33594接收機IC是高度集成的，非常簡單，通過一個MCU來控制，特別是當MCU含有硬件SPI時，則更簡單。
由于數(shù)據(jù)管理器支持MC33594，天線接收的Manchester編碼數(shù)據(jù)被解調(diào)、解碼，并轉(zhuǎn)換到SPI協(xié)議，它通過這個協(xié)議與控制器通信。數(shù)據(jù)管理器非常智能，可以去掉叫醒信號、開始碼和結(jié)束符(EOM)等數(shù)據(jù)幀，這樣控制它的軟件被大大減少。它還有許多節(jié)能選項，即使汽車停很長時間，它也不會消耗完一塊電池。
由于每個輪胎模塊要發(fā)送相同格式的數(shù)據(jù)，接收機控制器能在收到全部數(shù)據(jù)幀后中斷，這樣它可以在大部分時間都處于低能耗睡眠狀態(tài)。
這套系統(tǒng)很容易升級，供應商可以提供更多功能，使自己的產(chǎn)品從競爭中脫穎而出。
