交通事故统计显示，很多是由轮胎压力泄漏引起的，并且在某些情况下具有致命性。图1中，纵坐标代表压力泄漏的情况，横坐标代表压力泄漏导致的事故几率。可以看到，图1中右边约占30%的红色区域是危险性很高的漏气区域，漏气发生瞬间，司机来不及反应，很可能会致命。因此需要采用电子辅助手段监控轮胎压力。

图1 轮胎压力泄漏造成原因（略）

目前有两种测量方法：间接式车轮直径测量法和直接式压力测量法。第一种是利用轮速差测量法，测量轮胎直径相对于气压泄漏的变化来得出轮胎的压力。该方法易于实现，只利用ABS轮速传感器即可，成本低，但精度较差，无法在任何时间工作。直接式压力测量法利用车轮内的压力传感器和无线发送器，发射信号到射频接收器，来直接测量温度和压力，精确可靠，成本较高。

Freescale TPMS解决方案

TPMS基本系统结构比较简单，只需在每个轮胎上安装1个远程感应模块来采集数据，在车内安装1个接收模块接收和处理数据，并为司机提供适当的显示即可。

1、系统结构

图2是Freescale提供的TPMS解决方案系统结构图。其中，发送器为MC68HC908RF2，接收器为MC33594，即Remeo2。左边是安装在汽车4个车轮上的远程感应模块结构。压力传感器MPXY8020A5测得的数据反馈给MC68HC908KX8。接收模块由MC33594和处理器构成。接收模块一般安装在仪表板附近。

图2 Freescale TPMS解决方案系统结构图（略）

a 传感器Daytona

Daytona传感器是一种表面微机械型电容性微机电系统（MEMS）单芯片压力传感器，包括压力变换器、正温度系数扩散电阻温度传感器和所有必需电路，用以产生一个校准的8bit温度和压力数字输出。
Daytona特点：专用于TPMS温度和压力测量；单片MEMS微机械压力感应单元； 3V工作电压；低功耗、待机电流600nA；压力采样电流1.5mA；温度采样电流500 A；4种工作模式灵活运用以求节电；内置低频振荡器，可用于唤醒MCU；8位数据输出；SSOP封装；介质保护；优化的MC68HC908RF2接口连结。

b Daytona协同芯片：MCU+RF

MCU+RF也称RF2，由两个芯片组成。第一个是2KB快闪HC08 MCU；第2个是RF发射器，在自由空间中能传输数字达几百米。RF2是高性能、低功耗、32引脚、LQFP表贴器件，具有HC08内核、2K Flash存储器、256字节专用Flash数据字节存放、128字节RAM、17位寻址、16位索引寄存器和堆栈指针、8个通用I/O口、6个具有键盘中断功能的输入、2个LED输出；另外，它还集成了Tango3、低功耗PLL锁相环射频发送器、可以完成数字信号的调制发送，支持315/434/868MHz的FSK和ASK调制方式，具有控制发送和输出功率的功能。射频发送器Tango3、即MC33493支持315/433MH载波，OOK和FSK调制方式、低待机电流（0.1nA），输出功率可调（达5dBM）、数据传输率最大11Kbps、集成PLL锁相环和VCO压频振荡器、外部元器件少等。

c 射频接收器Remeo2

Remeo2即MC33594，兼容RF2，接收和解调Manchester编码数据、通过通用的SPI总线向处理器输出数据。支持315/433MH载波；OOK和FSK调制方式；低功耗、待机电流10nA；数据管理器支持自解或语音侦测；时钟恢复功能支持Manchester编码信号；可通过SPI总线设置；仅需很少的外围器件。

d 处理器

Freescale提供很多适合汽车应用的单片机选择。可参考Freescale汽车设计指南获得更多信息。

2、系统通讯协议和数据格式

系统数据采用Manchester编码、FSK调制的方式发送。数据发送速率是9600bps。Manchester编码利用高电频变到低电频表示0，低电频变到高电频表示1。FSK调制时，利用两个不同的频率来表示数字高或数字低信号。在本系统中用较低的频率表示1、较高的频率表示0。Remeo2接收器的数据管理器已经设置成这样的调制和解调方式。当轮胎模块设置成发送数据时，它先唤醒接收器、然后发送数据帧、最后到睡眠状态。一个完整的数据帧由以下几部分构成：（a）、前导同步位（Preamble），共16bit，通常设为16进制的FB86。前4位（1111）是Remeo2必需的，用来唤醒接收器并将建立内部电路。接下来的8 bit（B8），是Remeo2中的配置寄存器CR2中的配置值，目的是用来启动数据管理器。剩余的4 bit位（0110）用来激活Remeo2的工作，表明有效数据的开始，以器件的ID号开始。（b）、紧随前导位（Preamble）的有效数据是器件的ID号，共32bit，用来区别不同的发射器。（c）压力和温度信号，各占8bit。（d）、状态信号，占8bit。（e）、8bit的校验核和2bit的停止位。整个完整的数据帧共包含82数据位。其中，8位的状态信号在参考方案中仅使用了3位，其余的保留给产品设计时使用。校验核可帮助减少由其他因素引起的干扰，保证数据的完整和正确。两个停止位通知接收器传送数据完毕。

3、各模块的工作流程

a 轮胎模块程序流程

模块每3秒钟被唤醒；测量压力：将最大/最小值存入RAM中，如果没有变化，增加计数器，返回STOP；经过10个计数，约30秒后，将数据传至接收器模块；如果有较大的变化，则进入快速发送模式，连续测量并发送255次。图3为轮胎传输流程图。

图3 轮胎模块传输模式流程图（略）

b RF2时序发送流程

RF2时序发送要求如图4所示。左边是发送器的状态机，有4个状态：状态1是待机状态，此时电路从电源处索取的电流非常小；当使能信号为1时，进入状态2 - PLL锁相环锁相期，数据时钟开始建立，见图4右侧；经过一定的建立时间后，进入状态3 - PLL锁相环锁住期，如果时间T小于锁相环锁住所需要的时间，那么就会停留在状态2（锁向环锁相期）；接下来进入状态4发送模式，数据送入引脚data，并经调制后发送出去。一旦发生电源电压低于规定值，进入电路关机状态，只有在enable使能信号上发出一个低电平，才能唤醒它。

c 接收器程序流程

上电复位后，初始化KX8，配置Remeo2，并验证；配置失败点亮LED灯，成功的化，闪烁LED灯，之后等待SPI接口上的数据帧；收到后，判断校验核，正确则按照规定的要求处理，同时控制LED等的显示，然后通过串口发送数据帧给PC。

TPMS设计考虑因素及指导

从TPMS应用系统方面，需要注意不同的车型会给系统带来不同的影响。如：车身长短对通讯的距离要求不同；轮胎的不同会造成不同程度的RF射频信号衰减；有些汽车车身屏蔽很好，可能会使信号衰减很大等。种种原因造成的信号影响，可以通过以下方式改善：在发送器端增加功率放大器，加大信号强度；在接收器端，增加LNA低噪声放大器、提高接收器的灵敏度；使用增益高的天线发送信号，或者尽量使发送天线靠近接收天线。

从TPMS应用的硬件设计方面，天线的设计是关键，如：低增益的天线会导致低效率；匹配性不好，会导致低发射功率；差的辐射图，会约束接收范围。其次，发射模块在安装固定时要避免使用金属材质的工具，否则会导致差的辐射图。接收模块避免放置在全辐射的环境，以免信号衰减过高。最后还要使用适合RF应用的元器件，以保证获得所需的工作频率。

从PCB布板方面，要特别注意晶体放置的位置和解耦电容的使用。关于数据信号和射频信号方面：发送数据时，一定要注意数据时钟是需要建立时间的；PLL锁相环也需要时间来锁住频率。只有在它们建立后，发送的数据才能保证正确。否则，发送的数据是不完整的，接收的数据是错误的。（关于数据信号和射频信号的设计可以参考应用指南AN2195中的Tango3和Romeo2布板建议。）

温度方面的影响也要注意：所有使用的元器件必需可以在－45～+125℃时正常工作。元器件的误差要在规定的范围内，例如晶体的串接电阻，应在20～50 之间，负载电容最大12pF等，这些都会对振荡器和数据时钟的设置时间有影响。使用优质的元器件可以为设计留下更多空间。
在安装方面应考虑:压力传感器在有腐蚀可能性的环境下工作，传感器本身的介质隔离可以保证它能够工作在高湿的环境下。为了获得更好的性能，传感器安装的位置和方式需要认真考虑。传感器模块一般安装在气门嘴或轮箍上，注意安装时，要使传感器的感应面背向车轮轴，这样，当雨天或者比较潮湿的时候，轮胎运动时，气门嘴上的水滴不会汇集到传感器的感应面上。鉴于汽车运行时的动力，安装传感器时应使用汽车级的材料和部件，尽量避免板级振动的影响。使用非导体的罐封材料，来保护电路部分，以防止震动失效和短路失效。

更多参考信息请访问：

http://www.freescale.com.cn/applications/automotive_tire.asp。

本文网址：

http://seminar.chinaecnet.com/050630/jchf.asp

问答选编

问：使用Freescale的TPMS方案，在通讯时发现如下问 题：（1）发射10字节数据包（包括Pre+ID+HEAD ER， 计两字节），接收有效数据应该为8字节，但有时 候会接收到9字节或10字节；（2）漏包较多，即平 均2分钟左右才能收到一个数据包。这是为什么？

答：（1） 请检查33594的设置，例如CR2的值应和发 送端的一致。仔细对比收到的9字节或10字节 中多出的是什么部分，检查发送端的发送程序和 接收端的接收程序，然后分析原因。（2）请仔细 考虑发送的时间间隔、发送和接收的环境等因 素。硬件设计、程序控制流程、使用环境都有可 能导致漏包。

问：Freescale的demo板RF2、33594的晶振测试xtal1 引脚看不出振荡，RF2的dataclk脚能看出振荡但 幅度很小，只有0.4V，而33594的mixout看不出有 很好的波形。这样正常吗？

答：RF2、33594的xtal1引脚上的振荡波形输出是30 秒左右发送一次，因此请参考您的示波器功能是 否可以捕捉波形，dataclk的波形应该是3V左右 的。mixout的波形最好使用频谱仪观察。

问：我想实现双向通讯，请问专家有什么好的方案？

答：使用低功耗的双向RF收发模块完成信息传递， 相关器件可以从有关的公司获得。

问：我们用的MCU是MC68HC908RF2，但在试产时发 现晶体13.56MHz有停振及不稳定现象，请问对 晶体有哪些重要要求吗？另外，在资料上的参考 线路无法显示其负载电容在哪里，及连接cfsk脚 的电容应应为多大合适?

答：选择质量可靠的晶体是减少故障的保证。其次， 参考电路的电容值已经给出。请看AN1951文件 中，C5=27pF。由于不同晶体的特性可能不同， 请参考数据手册上的推荐晶体的指标。

问：无线传输的频率是非颠倒15/434MHz 调频调幅， 这样会对车载电视产生干扰吗？

答：设计合理的产品是不会对车载电视产生干扰的。

问：主控MCU的功耗受哪些因素的影响？

答：功耗的影响因素很多，如工作环境的温度，软件 工作流程等。可以利用我们每个器件的工作电 流（在数据手册上有详细的指标）来从理论上计 算，然后和您实际在一定时间测量的数据进行比 较，获得比较接近真实的应用工作功耗的指标。

问：经了解，外面现在的产品在车速超过140Km/h时， 信息接收不可靠，怎样避免这个问题?

答：只要RF电路做得好(没有接收盲点)，信息接收 在车速超过140Km/h时，信息接收应该是可靠的。 请检查RF电路。

问：在接收模块使用GP32的过程中，对SPI中断的 调试中应注意哪些问题？

答：SPI的时序图可能对您有很好的帮助，参考有关 的信号CS、CLK、MISO、MOSI等的波形时序要求。 仔细定义信号的格式。请看GP32手册中的有关 章节。中断调试的要求和其他中断相似。

问：通讯是单向的，如何解决冲突问题？

答：因这通讯是单向的，解决冲突的问题只有用Time multiplex 方法，而每一个发射器应有自己的ID。

问：采用Freescale这个方案的话，我们需要做哪些 工作？哪些是你们提供的？哪些是需要我们开 发的？

答：我们提供评估板套件，包括4个发射板和一个接 收板以及其原程序代码（汇编指令），请看AN1951.pdf 文件。使用到的Freescale的芯片、开发工具，包 括软件调试平台和硬件调试和编程工具，可以通 过我们的销售渠道购买。除了上述这些，其他都 是需要您完成的。

问：射频发射卡的功率约有多大？加大发射功率对 电池的影响大吗？

答：射频发射卡的功率大约为0dBm。加大发射功率 后，电池的消耗也会增大。

问：我们采用贵公司的MPXY8020A和68HC908RF2方 案做了个TPMS，在常温常压下温度值是00H~03H， 压力值在60H附近。我们的仿真软件用的是 P＆ E Micro 的ics08rkz。请您帮我查找一下出现 上述结果的原因。

答：请检查您的测量方式，软件方面应注意流程，可 以参考我们的评估板的这部分软件和8020A的 测量方式。在常温和常压下，应该测量到100KPa 附近和25℃左右的数值。

问：有没有轮胎压力监控系统(TMPS)和倒车测距预 警两个功能融合在一起的整套技术解决方案？

答：这个工作需要您自己完成。倒车测距需要超声 波等感应方式，我们暂时没有超声波感应芯片， 但是可以和我们的单片机（比如您在TPMS接收 端使用的）融合成一体，节约成本。根据具体要 求的不同，可以参考SG187.pdf文件来选择合适 的单片机作为您的产品应用。

问：轮胎高速旋转时干扰情况或无线信号是怎样的？ 有内胎的可以么？电池寿命可靠么？

答：干扰来源很多，比如来自天线的方向性和地面的 衰减和反射。有内胎的轮胎不太适合安装。电 池的寿命决定于其自身的质量和使用的功耗。

问：有没有与PC通讯的软件？

答：可以自己编写一个小的RS232程序和PC通讯。 我们的评估板使用的KX8串口程序在评估板中 包含。

问：Freescale的RS232和哪里的PC机连接，是指汽 车里的吗？

答：评估板套件中的应用程序是和普通电脑连接 的。

问：抗干扰指标是多少？两车靠近是否会相互干扰 ？

答：因为信号传送时间很短，而且每个发射器都有自 己的ID，所以干扰可以减到很低。

问：TPMS的接收灵敏度有多高？如何防止汽车EMI 的干扰？

答：接收灵敏度为 90dBm。防止汽车EMI的干扰主 要是用短传输时间和ID来做。