轮胎压力监测（TPM）系统外文翻译资料

 2022-07-11 10:10:56

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AN238

轮胎压力监测（TPM）系统

作者：Ruan Lourens

Microchip Technology Inc.

柯蒂斯凯尔

凯尔实验室

介绍

本文档介绍了专门用于汽车的典型胎压监测（TPM）系统。 它可用作设计基于各种Microchip产品的真实系统的参考。 TPM系统主要监控汽车轮胎的内部温度和压力。尽管这是一个相当全面的自动定位系统，但仍有多种系统方法可供选择。

自动定位系统可以动态检测特定传感器的位置，这在轮胎旋转时非常有用。 TPM系统的核心是传感器/发送器（S / TX）器件，它基于Microchip的rfPIC12F675。

系统组件

TPM系统由以下主要组件组成。

  • 传感器/变送器设备
  • 射频接收模块
  • 低频（LF）指令器设备
  • 控制单元
  • 压力容器（轮胎）

图1： 轮胎压力监测（TPM）系统

传感器/发射器（S / TX）设备

每辆车通常有五个S / TX装置，每个车轮一个，以及备用轮胎。 每个单位都有一个唯一的序列号，使系统能够区分每个轮胎。 当安装在车辆轮胎内时，S / TX会定期测量轮胎内部压力，温度和电池状况。 然后它将由测量的信息组成的RF信号发送到中央接收器。 本文档中介绍的器件基于Microchip的rfPIC12F675，压力和温度检测由Sensonor SP-13（一种传感器IC（www.sensonor.com））执行。 该单元还配备了LF接收器单元，用于与S / TX设备进行通信并将其从睡眠状态启用。

射频接收模块

中央RF接收器模块接收来自各个S / TX设备的传输。 接收器还可以用作遥控无钥匙进入接收器，节省整体系统成本。 RF接收器模块的设计超出了本文件的意图。 假定功能性RF接收器模块。

LF指挥官设备

LF指令器设计用于通过125 kHz ASK调制信号向S / TX单元发送特定指令。 低频链路通过短距离（1米或更短）进行通信，从而使其能够与其近距离的车轮进行通信。 低频磁通信非常适合向S / TX设备发送命令。 这些命令在被S / TX设备接收时指示它执行特定的任务。

控制单元

控制单元负责启动通信，解释接收到的数据并将相关信息报告给车辆。 该设备只能从系统概览角度进行处理。

压力容器

压力容器（轮胎）是测量对象，测量并报告压力和温度值。

TPM传感器/变送器

技术规格

  • 调制格式：ASK
  • 工作电压：2.5-3.6V
  • 低电压警报阈值：2.5V
  • 静态电流：待定
RF特定：
  • 发射频率：315 MHz
  • 传输间隔：60,15或5秒（可选择LF）
  • 功率输出： 50dB负载时为 9dBm
  • 工作电流 - 发射：最大射频功率为12.5 mA
LF具体：
  • 输入频率：125 kHz
  • 输入灵敏度：待定
压力传感器具体：
  • 压力传感器范围：绝对压力50-637千帕
  • 温度传感器范围：-40-125°C

TPM S / TX的原理图如图所示 附录 A：“原理图”.

操作理论

S / TX设备包括两个集成电路：

  • Microchip的rfPIC12F675 MCU / RF发射器IC
  • Sensonor SP-13（压力，温度和低压传感器IC）

另外，S / TX还包括低频输入电路。 该电路允许S / TX设备通过LF链路接收特殊命令。 参考 附录A： “原理” 了解更多电路细节。

rfPIC12F675发射机IC

基于PIC12F675的rfPICTM值被选为S / TX的核心，原因有几个。 首先，PIC12FXXX系列微控制器广泛用于发送器应用，数百万的PICmicro微控制器器件目前用于发送应用程序。 其次，该器件具有内部RC振荡器，从而减少了外部元件数量，从而直接降低了模块成本以及电路板尺寸。 第三，该器件包含射频发射器电路，该电路还可以减少外部元件数量，成本和电路板的整体尺寸。rfPIC12F675还有一个内部比较器，在解码来自LF链路的信息中起着重要作用。 内部比较器有助于减少整体器件数量，从而进一步降低模块成本和电路板尺寸。 最后，rfPIC12F675具有10位模数转换器，允许设计人员使用模拟输出压力传感器。

rfPIC执行三项功能。 它监视来自SP-13传感器IC和LF输入的数据线，并定期组装和发送RF消息。

接通电源后，rfPIC执行初始化程序并进入睡眠模式，直到在SP-13数据线或LF输入端检测到状态改变。 这些输入都会产生唤醒，导致rfPIC转换到运行模式。 如果唤醒是由SP-13产生的，则rfPIC读取输入数据，将数据组合成合适的消息，并通过RF发射器发送消息。 一旦发送了RF消息，rfPIC就会重新进入睡眠模式。 如果唤醒是由LF输入产生的，则rfPIC将解释LF消息，执行该命令，然后重新进入睡眠模式。

射频电路

rfPIC内的PLL型发射器需要最少的外部元件来完成RF发射器。 发射机的基本频率由Y1决定。 为了导出合适的晶体频率，只需将期望的发射频率除以32.例如，如果期望的发射频率为315 MHz，则晶体频率为9.84375 MHz。

环路天线L3通过C3和C8与单端射频驱动器匹配，后者也构成谐振回路。 请参阅“将小环路天线匹配到rfPIC

器件“应用编号AN831（DS00831）和”针对rfPIC12F675设计回路天线“应用编号AN868（DS00868），以获取有关为RF应用选择适当元件值的更多技术细节。

选择电容器C4为3V电源提供去耦。 确保为您的应用选择的组件具有远高于所需发射频率的自谐振频率。 由L2和R6构成的滤波器进一步有助于将来自电路其余部分的高频能量去耦。 R6也是de-Q的天线。

发射器电路的输出功率可以通过R8进行调整，当它保持开路时可以获得最大功率。 可通过位于“rfPIC12F675”数据表（DS70091）中的“电源选择电阻选择”表更改发射功率。 当试图根据FCC规定对产品进行认证时，这也很有用。

图2： 射频电路

100 pF

C5

C8

22 pF

9.84375 MHZ

蚂蚁

环形天线L3

Y1

C3

5 pF

XTAL

L2

120 nH

C4

R6

270 pF 220

R8

N. I.

PS

rfPIC12F675

Sensonor SP-13传感器IC

SP-13传感器IC执行多种功能。 它测量压力，温度，并在电池电压降至预定阈值以下时生成一个标志。 SP-13有五种独特的模式：

  1. 存储模式：如果压力低于1.5 bar，则每60秒测量一次压力，但不发送数据。 如果压力上升

1.5巴时，组件进入初始模式。

  1. 初始模式：该模式在通电或压力从存储模式增加到1.5bar以上时发生。 在此模式下，每0.85秒测量一次压力，每0.85秒发送一次数据。 该序列重复256次。 序列重复256次后，只有在压力高于1.5 bar时，设备才会切换到正常模式。 如果压力低于1.5巴，设备将转入存储模式。
  2. 正常模式：压力每测量一次
  3. 3.4秒，数据每60秒传输一次。 如果测量的压力与参考值每60秒相差超过200毫巴，则设备进入压力警报模式。
  4. 压力警报模式：与初始模式相同的测量和传输模式。
  5. 高温警报模式：如果温度超过120°C，SP-13设备将进入与初始模式相同的测量和传输模式。

SP-13还包含一个32位识别码，在制造时，该识别码被编入设备。 这个唯一的ID，当被中央接收器使用时，可以区分S / TX。

Sensonor以及其他几家制造商继续提供各种功能的增强型压力传感设备。 因此，建议TPM开发商在选择最终的压力传感器之前彻底研究市场。

图3： SENSONOR SP-13传感器

IC

0.01 F

SP-13_SO

C10

10

9

8

R4

5.6 M

GP0

12

11 x

13 x

14

GND5 TXON TXD TXBC VDD AVDD VSS

GND1 GND2 GND3 VSS REXT GND4 VSS

1

2

3

4

5

6

7

U4

3V

压力/温度传感器IC

rfPIC12F675

LF输入电路

LF输入用于接收和解调125 kHz信号，并将接收到的数据转换为特定命令。 LF输入电路利用rfPIC的内部比较器，从而降低成本，模块尺寸和静态电流。 LF输入电路具有调谐到125 kHz的LC谐振电路。 LF感测输入包括L1和C11。 L1是由Coilcraft为此类应用而特别设计的。 它在紧凑的封装中提供了良好的灵敏度。 传统的线圈可以用在它的位置，但是整个电路灵敏度或范围会减小。 肖特基二极管D3用于将跨LC电池产生的电压钳位到安全水平。 LC滤波电路的输出经过限流电阻R5后，被馈入rfPIC比较器的负输入端。 通过rfPIC12F675的VREF模块将比较器的正输入配置为VREF。 比较器的输出然后被馈送到由肖特基二极管D2，电容器C9和电阻器R3组成的包络检测器。 选择C9和R3以提供LF频率的适当滤波而不舍入期望数据信号的边缘。 然后包络检测器的输出直接送入rfPIC的端口引脚并用于处理LF数据。

如果没有限流二极管，当输入强大的LF场时，LF输入电路可能容易过驱动。 这可以在LF指挥器设备靠近S / TX设备时看到。 包络检测电路可以放弃以降低成本，但是这样做会需要额外的数据提取软件。

图4： LF电路

rfPIC12F675_SSOP

1000 pF

肖特基

220 pF

肖特基

C9

R3

51 k

D3

C11

L1

感应器

GP3

10 k

D2

CIN-

COUT

R5

LF Out

LF In

LF传输格式的详细信息和特定的命令可以在中找到 部分，“LF Com- 曼德”.

射频传输格式

此演示系统使用的编码方法是1 / 3-2 / 3 PWM格式，TE（基本脉冲元素）时间为400mu;s，位周期为3xTE或

1.2毫秒。

图5： RF传输

编码方法

前导码：前导码是一系列31个逻辑“1”位，后跟一个单一逻辑“0”位。 前导码允许

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