引言
本文通過TPMS在國外某車型上的設計和應用，詳細介紹TPMS軟硬件設計方法。本方案中綜合了CAN" title="CAN">CAN、LIN總線的設計，滿足了TPMS在實際應用中的整車布線要求，并與整車總線集成，真正實現了TPMS的系統化、智能化。
項目需求分析及TPMS系統" title="TPMS系統">TPMS系統方案設計
TPMS的設計是一個系統工程，除了產品本身的設計，需要更多關注其應用環境——汽車本身，從TPMS的安裝、布線、功能、性能、通信、干擾等方面來分析，從而明確TPMS的設計要求，確定其技術方案。
TPMS技術需求分析
根據車輛具體環境，對TPMS的特殊技術要求分析如下：
a) 射頻信號傳輸是TPMS系統中的一個關鍵技術。當輪胎內發射信號要傳輸到車內接收系統時，首先輪胎要造成信號衰減，其次車輛本身的金屬殼體相當于一個屏蔽盒，這樣會造成TPMS信號很不穩定。特別在此項目中針對的高端車型，車輛對射頻信號的影響更大。
b) 輪胎內的胎壓傳感模塊是TPMS設計中的核心內容，由于輪胎內惡劣的應用環境，使其設計面臨諸多難點。
c)在本項目設計中，原車具有1Mbps高速CAN的通信功能，因此TPMS必須與整車的CAN總線集成，實現系統的信息化、智能化控制。
TPMS應用方案設計
TPMS系統包含：四個胎壓傳感模塊、一個ECU主控模塊、兩個射頻數字天線模塊以及CAN/LIN通訊線材。其信息處理及傳輸過程如圖1所示。
圖1 TPMS信號處理流程
基于NPX1傳感芯片的發射模塊設計
傳感模塊的硬件電路設計
NPX是高精度傳感器和低功耗單片機的集成芯片，是應用于TPMS的專用芯片，具有功能完善、性能可靠、應用靈活等顯著優點。主要實現對輪胎壓力/溫度的測量、信號放大、A/D轉化、數據的計算和校準、數字信號編碼輸出等過程。
T5754是高增益輸出的射頻芯片，通過不同的外圍電路設計可以實現ASK/FSK調制信號。外部晶振Y1為該芯片提供基準頻率，不同的頻率經過32倍頻后，可以實現315MHz或434MHz的射頻信號。
圖 2是胎壓傳感模塊的原理圖，軟件設置P14作為數據流輸出端口，數據流的高低電平不斷切換開集電極三極管Q1的導通和閉合，而達到對晶振Y1負載電容 C7||C8的容值改變，由此影響晶振的諧振頻率，實現FSK的調制功能。另外電路中的C1、L1、R1相并聯，組成低頻接口，專用于接收125kHz的低頻信號，可以實現對胎壓傳感的主動喚醒，從而進行功能檢測或雙向通信。
圖2 傳感模塊原理圖
傳感模塊固件程序設計
傳感模塊的固件程序設計主要圍繞省電和可靠性設計。針對TPMS的特殊應用，NPX具有ITOV、LTOV、LF WUP等中斷功能，這樣可以使整個發射模塊在大部分時間處于休眠狀態，只有當中斷發生時，才處于短暫的工作狀態。
圖 3為固件程序流程圖。ITOV為4s定時中斷主線工作流程，當車輛運行時，可以4s的間隔采樣輪胎的壓力和溫度數據，并根據系統判斷，實現對壓力、溫度等輪胎信息的無線發送；LTOV為200µs的定時中斷，當ITOV和LTOV配合工作進行低頻窗口的打開和關閉時，可以實現每4s打開一次200µs的低頻窗口，等待低頻信號的喚醒，這樣可以極大地降低整個傳感模塊的功耗；WUP為低頻信號喚醒中斷，當外部設備發送125kHz的低頻信號時，傳感模塊將被喚醒，接收低頻數據，并根據低頻命令發送射頻信號，實現外部設備對傳感模塊的檢測。另外該低頻功能也被應用于TPMS的雙向通信中，可實現TPMS接收模塊對傳感模塊的主動查詢。
圖3 傳感模塊程序流程
綜合CAN和LIN的TPMS接收系統設計
本 TPMS接收系統具有很強的系統擴展性，尤其對射頻數字天線的設計，一定要設計者對具體車輛的無線電傳輸環境做可靠的評估，從而決定LIN總線上的射頻數字天線的節點數。另外根據系統設計需求，在LIN總線上擴展四個低頻喚醒模塊，如4圖示藍色部分為LIN總線上擴展的模塊，分別安裝在輪胎附近，由ECU 主控模塊給四個低頻喚醒模塊發送命令，再由低頻喚醒模塊發送低頻信號激活輪胎內的壓力傳感模塊，實現TPMS的雙向通信，達到ECU主控模塊對輪胎信息的主動、實時查詢。
圖4 LIN總線擴展圖
在本項目設計中，根據客戶需求和系統無線電環境，TPMS設計為單向傳輸系統，并在底盤的前后安裝兩個射頻數字天線。