在TPMS中应用无线数据通信技术现状阐述

李超

摘 要：本文主要针对在TPMS中应用无线数据通信技术现状展开深入分析，先分析了TPMS系统结构和工作原理现状，然后又阐述了TPMS系统无线通信部分硬件设计和无线数据传输软件流程设计，如无线通信部分硬件芯片选择、无线通信收发部分接口设计、工作模式的选择、通信协议，通过以上设计，将其系统的优势体现出来。

关键词：TPMS;无线数据通信技术;优势体现

0 引言

经研究表明下，轮胎毁损大部分原因是由于轮胎压力不足导致的。由此可见，有效监测和控制轮胎气压和温度是非常重要的，而汽车轮胎压力检测系统（TPMS）运生就是在以上需求下。对于TPMS进行分析，能够实时自动检测汽车行驶时轮胎气压，如果轮胎出现漏气或者是低气压的现象，能进行报警，为行车安全提供重要的保障。目前，最流行的系统是直接式TPMS系统，主要是在每一个轮胎里安装压力传感器，对轮胎气压直接测量，通过无线传输给主控模块，进而显示和监视各轮胎气压。如果轮胎出现低压，系统会自动报警。

1 TPMS系统结构和工作原理现状分析

对TPMS系统结构和工作原理进行分析，主要轮胎模块有4个，主控模块有1个。轮胎模块分别在每个轮胎上进行安装，其中主要的组成结构有压力传感器、温度传感器、控制器、天线和电池等。在安装的过程中，由于轮胎模块的电池电量有一定的限度，一般情况下，对TPMS寿命要求比较高，所以在设计TPMS过程中，最关键的问题就是节能问题。目前，从TPMS使用节能方法的角度上来看，主要有加速度触发和压力触发两种方法激活胎压传感器。对使用加速度传感器原理进行分析，车子开动时，加速度传感器对车子转动产生离心力充分利用，激活传感器发送无线数据。对使用压力触发TPMS工作原理进行分析，当压力传感器检测到轮胎压力发生变化时激活传感器发射射频数据。将驾驶内安装主控模块，其中组成结构有射频接收器、天线、CAN信号收发器。

2 TPMS系统无线通信部分硬件设计

对于TPMS系统来说，在轮胎模块中，通过温度压力传感器对温度压力采集数据，将其传送在驾驶台，为了更好地传输信息，必须需要无线通信方式。数据可靠运输直接关系到整个系统安全，为了更好地控制单片机，可选择合适射频芯片，为信息的准确性，传输实时性提供重要保障。

2.1 无线通信部分硬件芯片选择

在整个系统中，最基本的要求是，电池供电、低功耗。基于此，在对芯片选择的过程中，要给予充分考虑功耗的问题。

2.1.1 微控制器、无线射频发送芯片

微控制器芯片能够满足整个系统的低功耗和高性能要求，充分运用了NXP公司生产的FXTH87系列胎压芯片，是8位单片机，内置100～900 kPa气压传感器、x轴z轴加速度传感器、315 MHz和434 MHz无线发射器，曼彻斯特、双相或NRZ数据编码，从MCU直接访问RF发射器以获取独特格式，六个通用GPIO引脚。

2.1.2 无线接收芯片

无线接收芯片采用Atmel公司的ATA5781芯片，该芯片有20Kbyte的ROM，支持315.00 MHz/433.92 MHz/868.30 MHz和915.00 MHz无线信号，在10 Kbit/s时接收灵敏度为-111 dBm的接收灵敏度，在20 Kbit/s的时候为-108.5 dBm的接收灵敏度，可编程的带宽，两种服务配置位于SRAM中，可以通过SPI或嵌入式应用软件进行修改，自动低功耗信道轮询，灵活的轮询配置，涉及时间，订单和参与渠道，反应时间快，多通道接收，为胎压射频接收提供了可靠的接收性能。

2.1.3 无线通信收发部分接口设计

在设计TPMS系统的过程中，数据传输部分是最关键的一点，对于数据传输来说，由驾驶室中的无线接收部分和轮胎中无线发射部分组成。无线发送模块内置无线发送模块，可以直接通过配置主芯片的寄存器实现无线发送，接收模块中带有SPI接口是无线接收系统最大特点，通过SPI接口，实现微控和收发芯互连，通过SPI接口配置，可进行数据的收发，促使编程简单化。无线收发数据传输部分准确性和稳定性充分体现出整个系统优良性能。

3 无线数据传输软件流程设计

3.1 软件设计

为了使发射机电池的使用寿命能够达到10年，需从固件入手，使发射机在不需要胎压数据的时候处于睡眠模式，在需要胎压数据的时候处于工作模式。使发射机在准确反映胎压信息的条件下尽量地减少耗电量。因此，我们需要区分睡眠模式和工作模式。我們通过LF和时间中断进入工作模式，在处理好对应的任务后，进入睡眠模式。

3.2 通信协议

在4个轮胎模块和中央接收模块中，为了实现无线通信，对于发送和接收来说，必须要按照要求下，对一个简单通信协议支持。

调制频率：433.92 MHz;波特率：19.2 kbps;调制方式：FSK;编码方式：曼彻斯特编码;频偏±45 kHz。

无线数据格式如表1：

前导头：0XFF、0XFF、0XFF;帧头：0XFF、0XF6;传感器ID：每个传感器唯一的标识;状态位：传感器当前状态;压力：轮胎压力;温度：轮胎温度;校验位：采用CRC8校验，校验起始位置为传感器ID共7个字节，校验初始值为0xFF，校验多项式为0x2F。

4 结束语

在汽车安全系统中，必备的功能之一是轮胎压力和温度实时检测。充分应用FXTH87一体胎压芯片下，将其设计方案得出来。在低功耗和收发距离方面，此系统优势体现较为明显，从某种程度上来看，应用前景较为广泛。

参考文献：

[1]张明明.浅谈无线通信技术的发展趋势[J].中国新通信，2018，20（14）：151-152.

[2]李纪舟，钟建强，王瑜.无线通信技术发展现状及趋势研究[J].通信技术，2019，48（06）：631-636.