导言
轿车工业的开展带动轿车装备用品职业的开展和技能晋级。其间，继安全气囊、ABS（防抱死制动体系）后，世界轿车范畴呈现的TPMS（轿车胎压检测体系），被誉为新一代轿车高科技安全装备用品。在轿车的高速行进过程中，轮胎毛病是一切驾驭者最为忧虑和最难防备的，也是突发性交通事故产生的重要原因。据统计，在高速公路上产生的交通事故有70％～80％是因为爆胎引起的。怎样避免爆胎已成为安全驾驭的一个重要课题。据有关专家剖析，坚持规范的车胎气压行进和及时发现车胎漏气是避免爆胎的要害。
国外自20世纪70年代末开端研讨轮胎气压监测设备，归纳起来，首要分为两种类型：一种是根据车轮速度的（直接式）；另一种是根据压力传感器的（直接式）。现在美国及欧洲一些国家已将TPMS作为轿车必装设备。我国TPMS的研讨尽管起步较晚，但在2003年11月24日公布的国家规范——《机动车运转安全技能条件（征求意见稿）》中，对设备轮胎压力检测设备作出了阐明，可见我国已开端注重TPMS的开展。
本文提出的TPMS选用模块化的规划，规范化的编程，其间心部分是将收集到的温度压力数据经过无线方法进行发送和接纳。运用Chipcon公司出产的无线收发芯片CC1100能很好地处理这一问题，它支撑ZigBee无线网络技能，功耗低，无需请求频点，传输牢靠。
1、轮胎作业特性及TPMS技能要求
轮胎由橡胶和骨架资料制成，装于轮胎毅的外侧，支承轿车分量，吸收和平缓冲击与振荡，并使轿车与地上坚持杰出的附着功用，然后有用地传递轿车的驱动力矩或制动力矩。轮胎的作业特性对轿车的安全行进影响很大。
影响轮胎正常作业特性的要素首要有：
a）轮胎温度过高。因为环境气温过高，以及轮胎在高速旋转时与地上的冲突，都有或许导致轮胎温度过高，然后使橡胶老化，缩短了轮胎的运用寿数。
b）轮胎内部气压过大或欠压。当轿车负载过高或许温度过高而引起胎内气体胀大时，都会导致轮胎内部气压过大而产生爆胎现象。
c）轮胎漏气导致欠压，也会增大轮胎和地上的冲突，不只耗油，还会缩短轮胎的运用寿数。
轮胎的机械功用首要是经过轮胎内部的温度和压力反映出来，因此，TPMS只需能够实时地检测到轮胎内部的温度和压力情况，就能够剖分出轮胎的运转情况。
因为TPMS发射体系处于轮胎的关闭情况中，因此，体系的首要技能要求如下：
a）考虑到设备并选用扣子电池供电等问题，采样发射端应体积小、功耗低。
b）体系能识别本各采样发射端发来的温度、压力丈量值。
c）体系能滤除其他轿车发来的任何数据。
d）接纳端能对各采样发射端发来的温度、压力丈量值实时显现，并能进行越限报警。
2、TPMS原理与硬件规划
2.1 TPMS的体系结构
TPMS由采样发射模块和接纳模块构成。采样发射模块设备在轮胎内，接纳模块设备在车厢内。采样发射模块对压力传感器检测的气压和温度信号进行采样，由MCU（微操控单元）进行数据剖析处理后送给射频发射电路，信号经调制后发射给接纳模块。接纳模块的解调电路将发射模块发射出来的射频信号扩大解调后，将数字信号送给MCU。MCU作出相应的处理，如更新当时压力值、声光报警等，然后完成轮胎压力的显现和监控。由传感器、MCU、发射、接纳等首要芯片组成的TPMS结构框图如图1所示。体系总体布局如图2所示。 
2.2体系功用与总体规划
TPMS采样发射模块作业在剧烈振荡、环境温差改动很大和不便于随时检修的条件下。因此，要求一切的器材有很高的牢靠性和稳定性，能习惯宽的温度规模和剧烈的轰动。为了缩小TPMS采样发射模块的体积、节约功耗和增强功用，需求选用功耗低，功用强的芯片。
为了延伸TPMS采样发射模块电池的运用寿数，使其能作业3～5年，体系节电是一个十分重要的课题。只要在大多数时刻体系进入睡觉情况，才干省电与延伸电池寿数。
体系的首要功用如下：
a）实时监测各轮胎的温度、压力情况。
b）当某个轮胎的压力过高、过低时报警。
c）轮胎保养换位时，各轮胎采样发射模块的方位编号可从头设定。
d）可显现各轮胎当时压力值、温度值。
设备采样发射模块时，将5个模块逐一敞开作业，进行注册。接纳端接纳到采样发射模块发来的未注册的ID（识别码）编码后施行注册，并由人工设置相应的轮胎编号。接纳端的MCU将ID与轮胎编码存储在E2PROM中，供正常作业时运用。
若轮胎中模块失效后，能够即将改动的采样发射模块ID从主机接纳模块中删去后从头注册。轮胎保养换位后能够在主机接纳模块中从头设置轮胎编码。
因为各采样发射模块ID的非重复性，能够有用地避免同一车辆的5个轮胎采样发射模块之间或不同车辆采样发射模块之间的相互搅扰。
轿车行进时，接纳模块中振荡传感器检测到轿车振荡信号，TPMS被激活。主机经过收发芯片发送指令将采样发射模块从休眠中唤醒。采样发射模块将轮胎内部的温度与压力值经打包后发送出来。接纳模块将接纳到的数据包中的ID与存储在主机E2PROM中的ID及轮胎编码进行比对，以确定是哪个轮胎的数据，并进行存储与显现。当轮胎的压力过高或过低时，进行报警。轿车中止时，振荡传感器检测不到振荡信号，TPMS便进入休眠情况。轿车中止时，若想知道轮胎内部的温度与压力值，驾驭员可经过按键激活TPMS，读取轮胎当时压力、温度值。
2.3无线采样发射模块规划
由SP12、ATmega48（以下简称AT48）和CC1100构成采样发射模块。SP12是一种压力传感器。丈量规模100 kPa～4 500 kPa，内部具有A／D和SPI（串行外设接口），能够方便地在TPMS中运用。SP12为14引脚贴片封装，不需求其他的外部器材。
AT48是ATMEL公司出产的根据AVR增强型RISC（精简指令集计算机）结构的极低功耗8位CMOSMCU。正常方式为：1 MHz，1.8 V／300μA；32 kHz，1.8 V／20μA（包含振荡器）；掉电方式为：1.8 V／0.5μA。
CC1100是一种低成本的根据Chipcon′Smart RF（射频）技能的单片可编程UHF收发芯片，为低功耗无线运用而规划。其作业频段灵敏，能够设定在315 MHz、433 MHz、868 MHz和915 MHz的ISM（工业、科学和医疗）和SRD频段。功耗低（接纳电流小于16 mA，发射电流小于30 mA，休眠时电流小于10 μA，且支撑ZigBee无线网络技能。CC1100的首要作业参数能经过SPI接口编程改动，这样使CC1100运用起来更灵敏。
采样发射模块电路规划如图3所示。传感器SP12将收集到的数据发送给AT48，AT48将数据经过SPI口送给CC1100，再由CC1100转化成数据帧发送给主机接纳模块。
模块发射频率由发射芯片CC1100的晶振及外部元件决议，本体系挑选发射频率433 MHz，这时引脚8和引脚10接26 MHz晶振。C2为（3.9±0.25）pF，C3为（3.9±0.25）pF，C4为（8.2±0.5）pF，C5为（5.6±0.5）pF，C6为220pF±5％，C7为220pF±5％，L2为27nH±5％，L3为27nH±5％，L4为22nH±5％，L5为27nH±5％。电阻R2用来设置一个准确的偏置电流。C3、C2、L2和L3构成一个平衡转化器，用以将CC1100上的微分RF端口转化成单端RF信号。CC1100支撑振幅、频率和移相调制格局，能够经过寄存器MDM-CF2.MOD_FORMAT进行装备。
经过设置CC1100寄存器WORCTRL将其装备为WOR（电磁波激活）方法，并设置寄存器位MCS1.RX-OFF_MODE。当采样发射模块接纳到有用数据包后，CC1100被激活并进入发射方式一起唤醒AT48。
2.4无线接纳模块规划
接纳电路由无线收发芯片CC1100和AT48组成，如图4所示。
CC1100和AT48经过SPI口进行数据传输。在接纳情况时，由SCLK作为同步时钟，CC1100收到有用的数据信息，将数字信号送给AT48的SPI口。AT48将接纳到数据进行译码，从数据流中提取各轮胎的温度和压力值，然后作出相应的处理，如更新当时温度和压力值、声光报警等。在接纳之前，AT48经过对SPI数据寄存器SPDR写相关数据，对CC1100进行初始化和装备相应寄存器，然后等候接纳数据。
3、软件规划
3.1体系拓扑结构
接纳模块和采样模块选用主从方法，接纳模块可看做是主设备，轮胎内部的采样模块是从设备。为完成采样发射模块与接纳模块之间牢靠的无线通讯，两者之间有必要以必定的协议进行。 ZigBee网络中包含和谐器、FFD（全功用器材）和RFD（简化功用器材），并支撑星形网络、树状网络和网状网络3种网络拓扑结构。考虑到一般小轿车有4个轮胎和1个备用轮胎，每个轮胎内的采样发射模块作为ZigBee网络的1个子节点，子节点之间不进行数据的传输，只与车厢内的接纳模块进行通讯，因此选用星形拓扑结构。RFD子节点经过ZigBee无线网络将数据以帧的方式传送给接纳端，再由接纳端主机对数据进行剖析、处理后显现出来。图5是ZigBee网络的数据帧格局。 
3.2软件规划
采样发射模块与接纳模块（主机）间的通讯方式如图6所示。 
采样发射模块向接纳模块发送的数据帧格局如图7所示。 
3.2.1采样发射模块程序流程
采样发射模块的主程序流程如图8所示。当CC1100检测到唤醒指令时被激活，并唤醒MCU。MCU装备CC1100进入发射方式。MCU收集传感器检测到轮胎内的数据进行处理后，由CC1100发往主机。发送成功后，CC1100和MCU则从头进入休眠情况。寄存器装备如表1所示。 
3.2.2接纳模块程序流程
接纳模块的程序流程如图9所示。 
接通电源后，AT48先进行初始化，再对CC1100进行装备。当MCU检测到振荡信号时，给采样发射模块发送激活指令。发送指令成功后，马上进入接纳方式，若CC1100接纳情况准备好，则能够接纳数据。若接纳到的数据是有用的，则将接纳到的ID与存储在单片机E2PROM中的ID码进行比较，假如与其间的某个ID相匹配则数据就被处理并保存。当检测到温度、压力值违背正常值则进行报警，提示驾驭员留意。驾驭员也可经过显现器观察当时检测到的轮胎内部的温度和压力值。
详细完成程序段如下： 
4、结束语
本文提出的根据ZigBee无线网络技能和无线收发芯片CC1100的TPMS，充分运用无线收发芯片CC1100、AT48和传感器SP12的特性，选用低功耗、低复杂度的ZigBee网络技能作为通讯协议，在电磁波激活方式下，发送数据包成功后CC1100能够进入深度休眠情况，大大降低了模块功耗。每个轮胎都设置了固定的ID码以避免外界的搅扰，驾驭员能够在驾驭室手动读取任何一个轮胎的温度、压力值，实时监测轮胎情况，防备轮胎毛病。该体系的完成为避免轿车爆胎供给了一个有用的途径。
