1 体系描绘
在每个车轮内部装置一个轿车胎压监测传感器，它能够精确丈量轮胎内部的压力和温度，传感器通过无线办法依照必定的规则向车身操控器（Body CONTROL MODEL，BCM）发送轮胎的压力值和温度值，BCM通过CAN总线将信息帧发送给仪表盘，驾驶员通过仪表盘显现屏取得每一个轮胎的压力值、温度值。当某一个轮胎的压力值或温度值改变超过了报警值，仪表盘能够精确显现报警轮胎的方位，并宣布图形、声响、文字报警。一起装置于每个轮胎挡泥板方位处的低频天线与BCM进行信息通讯，并将BCM需求轿车胎压监测传感器何种操作信息解析并转换为125 kHz低频无线数据发射出去，轿车胎压监测传感器将接纳此低频无线信号，然后依照解析后的操作信息进行作业。以上便是TPMS双向通讯体系。因为该产品是轿车产品安全件，其应在各种环境下具有高可靠性，各种环境为：各种气候状况下，例如阴天、下雨等不同气候环境；各种路况，例如国道、高速、村庄公路、山路等等；冬天中的雪路、冰面、极端冰冷区域（-40℃）；夏日中的酷热、湿润区域（地表温度+50℃，90％湿度）；不同的车速（0～200km／h）等。这就需求在规划轿车胎压监测传感器时要严厉挑选各个器材。
2 电路规划
因为轿车胎压监测传感器是装置在轮胎内部，不与外界触摸，这就要求不能过于频频地保护修补，一般要求有10年运用作业寿数，并且其作业温度规模为-40～+125℃，这就要求所挑选的器材都要是轿车级和低功耗元器材。
轿车胎压监测传感器体系组成框图如图1所示。
图1 轿车胎压监测传感器体系组成框图
2.1 传感器挑选
MCU／Sensor是体系的中心，由INFINEON公司的SP300V2.1-E106-0完结。SP300V2.1-E106-0整合了硅显微机械加工的压力传感器、温度传感器与加速度传感器和一个电池电压监测器，并内部集成一个低功耗8位哈佛结构的RISC操控器；它具有下电、运转、闲暇、关断4种作业办法，并有IT／LT唤醒、PORT唤醒和LF低频检测唤醒3种唤醒办法，能够有用地满意体系低功耗规划要求。压力丈量规模0～3.5 Bar；温度丈量规模-40～+125℃；向心加速度丈量规模-12g～115g；作业电压规模1.8～3.6 V。
2.2 射频单元挑选
RF射频芯片首要用于将数字信号转换为高频信号。体系选用Maxim公司的MAX7044芯片，其作业电压为+2.1～+6.0 V，8 mA的低作业电流，00K／ASK调制办法，通讯速率能到达100 kbps，小封装3 mm×3 mm，8引脚S0T23封装。它消除了依据SAW发送器规划的问题；选用晶体结构，供给了更大的调制深度和快速的频率响应机制；下降了温度的影响，温度规模可达-40～+125℃。其内部包括功率放大器（PA）、晶体振荡器（CRYSTAL oscillator）、驱动器（driver）、数据有用检测电路（data activity detector）、锁定检测电路（10ck detect）、锁相环（32xPLL）、分频器（16分频）等电路。
MAX7044有一个主动的低功耗办法（shutdown mode）操控办法。假如DATA引脚在一个确认的时刻（等待时刻）内没有动作，器材主动进入低功耗办法。等待时刻大约是216个时钟周期，在433 MHz频率大约为4.84 ms。进入低功耗办法的等待时刻为：。其间，fRF是射频发射频率。当器材在低功耗办法时，在DATA信号的上升沿“热”发动晶振和PLL，晶振和PLL在数据发射前需求220μs的树立时刻。基准频率和载波频率的联系为：fXTAL=fRF／32。
MAX7044的首要特性参数如下：
◆+2.1～+3.6 V单电源供电
◆OOK／ASK发射数据格式
◆最大数据率100 kbps
◆+13 dBm输出功率（50 Ω负载）
◆供电电流低（典型值7.7 mA）
◆250μs快速发动时刻
由MAX7044构成的发射电路图如图2所示，实践设计时依据天线的实践阻抗和射频发射芯片输入阻抗，运用π型匹配网络完结射频发射芯片和天线之间的阻抗匹配，以到达最大功率输出。
图2 由MAX7044构成的发射电路图
2.3 电池挑选
电池挑选以色列Tadiran电池公司推出的高温系列电池（TLH），供电电压+3.6 V，电池容量500 mAh，具有寿数长、能量密度大、自放电极低、重量轻（8.8 g）、温限宽（-55～+125℃）等特色。
2.4 低频接口与核算
LF低频通讯中，SP300V2.1-E106-0接纳来自BCM宣布低频信息。低频天线由并联的电阻、电容和电感组成，如图3所示。为了到达最优低频接纳灵敏度，电感和电容谐振频率规划为低频载波频率125 kHz。谐振频率核算公式为fc=。低频电感选用普莱默（Premo）公司TP1103-0477，电感量4.77 mH，通过上述公式推导核算电容值：
并联电阻R首要削减LCD谐振电路品质因数Q（Quality Factor）值，到达低频满足带宽（7.8 kHz）。
谐振电路品质因数，这就要求LF谐振电路品质因数Q不能大于15。能够核算电阻R=Q×XL=15×2π×fc×L= 49.5 kΩ。
因为SP300V2.1-E106-0低频唤醒和接纳波特率硬件设定为3.9 kbps的曼彻斯特编码。图4为低频载波数据传输和曼彻斯特编码之间联系。
图3 低频载波数据传输和曼彻斯特编码之间联系
因为硬件已被固化为3.9 kbps曼彻斯*波特率，通过核算LF每个发送位时刻为3.9 kbps×2=7.8 kbps。
3 天线规划
天线的功用将直接影响数据传输的质量，它是轿车轮胎监测传感器发射功率提高的重要要素。轿车轮胎监测传感器的天线接近气门嘴，因此在规划天线时有必要考虑轮胎金属丝的屏蔽，轮辋金属的反射影响，以及车轮高速旋转时天线不断改换方向、视点的影响等，所以天线规划时有必要考虑以下要素：极化挑选，线极化简单遭到天线姿势的影响，旋转的车轮对天线的作业极化要求相对较高；天线与射频模块衔接，需求处理好阻抗匹配的问题，这也是天线规划的要点；因为轮胎压力传感器装置在轮胎内，遭到车身、天线运动等对功用的影响，首要是指对天线的增益、方向图形状、阻抗（电阻和电抗）等的影响；小型化规划，装置在轮胎内部的天线，有必要考虑小型化规划，433.92MHz的作业频率，波长为691.37 mm，惯例的天线尺度必定不能满意要求。
依据以上考虑，选用气门嘴作为发射模块的天线，这种天线具有加工简单、成本低、易于一体化规划、易于匹配等长处。
气门嘴天线是国内外现在轿车轮胎监测传感器常用的天线办法，它归于电小天线的领域，电小天线的规划要点在于结构尺度的规划和匹配电路的设置。因为电小天线的辐射电阻一般比较小（几Ω），导致电小天线的辐射效率一般比较低，并且辐射阻抗中的往往存在虚部，这种储能要素将导致辐射效率进一步下降。虚部能够通过匹配电路予以处理，但实部电阻需求与发射芯片的射频输出引脚的阻抗进行匹配，这也是发射电小天线的规划要点。本方案选用的天线加载办法，通过内部匹配黄铜片进行加载，其类似于倒F天线加载办法，如图5所示。通过台架实验和路试，标明咱们的规划思路和匹配办法是有用的。
图4 气门嘴天线示意图和等效倒F天线示意图
4 软件规划
体系具有的软件功用：周期性丈量轮胎压力、温度值，可变周期性发射轮胎压力、温度值，BCM低频射频数据接纳处理，气压高报警功用，气压低报警功用，温度高报警功用，快漏气报警功用，电池电压低报警功用，传感器无信号报警功用。体系要求具有10年长寿数特性，体系要到达如此长的运用年限，一般状况下体系都处于休眠状况，静态电流只要O.6μA，体系休眠状况可通过低频LF中止或定时器中止来唤醒。体系软件结构流程如图6所示。
图5 体系软件结构流程
SP300V2.1-E106-0内部ROM自带底层库函数（Library FuncTIon），用户能够直接调用库函数。
因为装置在车上每个轮胎内部的轮胎压力传感器会存在一起高频数据发射或许性，在此期间数据之间会发生射频搅扰，然后导致BCM操控器射频接纳端无法收到正确的数据，即数据抵触。数据抵触因为是随机发生的，因此无法防止，可是有必要在发生抵触后再次发生数据抵触的
概率尽量低，防止形成接连的数据抵触。现在体系采纳在每个发射高频数据帧之间添加一段随机延时，随机延时的时刻为数据帧时刻长度的质数倍，体系挑选了3倍、5倍、7倍、11倍和13倍。这样，假如前面有模块发生了数据抵触，则只要当发送抵触的模块的随机延时时刻相一起才会再次发生数据抵触，此概率为4％。
5 结构规划
轮胎压力传感器装置在轿车轮胎内部，由气门嘴、壳体和防尘帽组成。轿车行进速度最高可达250 km／h，并且轮胎内部环境杂乱且反常恶劣，长时间处于高压、高湿、温度交变、油污、波动振荡等环境中，温度凹凸改变简单使壳体脆化并使机械强度下降，高湿状况下也会使壳体发生胀大、强度下降并发生腐蚀等化学反应，轮胎行进在各种路面上，波动振荡频率起伏都各不相同，这些状况都或许导致零部件松脱。这就要求体系结构规划考虑如下几点：体系总重量要求轻（小于40 g）、耐速旋转加速度功用高、结构断裂强度高、密封性高（IP6防护等级）、结构和气门嘴资料挑选耐凹凸温文耐腐蚀资料、气门嘴与轮辋接合处有防松动规划。
6 定论
无论是台架实验仍是各种状况的路途测验，轮胎压力传感器均坚持高可靠性，体系低频收发精确率和高频收发精确率到达98％。当轮胎出现反常风险状况时，轿车仪表盘显现相关报警信息，实时提示驾驶者，将因轮胎气压问题形成的事端消除在萌发之中，增强了轿车行进的安全性。
