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基于集成压力传感器的无源胎压监控系统设计

文字:[大][中][小] 2019-12-2    浏览次数:5    



 据美国汽车工程师学会近期的调研,每一年75%的轮胎常见故障是因为轮胎漏水或打气不够造成的。据公安部统计分析,在中国高速路上产生的车祸事故有70%是因为轮胎爆胎造成的,而在美国这一占比则达到80%。怎样避免轮胎爆胎已变成行车安全的一个关键课题研究。
压力控制器是将压力变换为电子信号輸出的控制器。一般把压力检测仪表中的电测式仪表盘称之为压力控制器。压力控制器一般由延展性敏感元件和偏移敏感元件(或应变计)构成。延展性敏感元件的功效是使被测压力功效于某一总面积上并变换为偏移或应变力,随后由偏移敏感元件或应变计变换为与压力成一定关联的电子信号。有时候把这二种元器件的功能集于一体。压力控制器广泛运用于各种各样工业生产自动化控制自然环境,涉及到水利水电工程、高速铁路、建筑智能化、生产制造自动化控制、航天航空、军用、石油化工、油井、电力工程、船只、数控车床、管路等诸多制造行业。
2 轮胎气压监控器的基本概念
现阶段,轮胎压力检测系统关键有二种解决方法,立即系统软件和简接系统软件。立即式轮胎压力检测系统是运用安裝在每一个轮胎里的压力控制器立即精确测量轮胎的标准气压,并对各轮胎标准气压开展显示信息及监控器,当轮胎标准气压太低或者有漏水时,系统软件会全自动警报。间接式轮胎压力检测系统是根据小车ABS系统软件的轮速传感器来较为轮胎中间的转速比区别,以超过监控器轮胎气压的目地,该种类系统软件的关键缺陷是:①不可以显示信息出三条轮胎精确的瞬时速度标准气压值;②同一传动轴或是同一侧车轱辘或是全部轮胎标准气压另外降低不可以警报;③不可以另外兼具时速、检验精密度等要素。
立即式轮胎压力视频监控系统又分成主动式(active)和被动式(passive)二种。
主动式系统软件是选用在硅基上运用MEMS制作工艺电容传感器或是压阻式压力控制器,将压力控制器安裝在每一轮毂上,根据无线网络频射的方法将数据信号传输出来,安裝在汽车驾驶室里的无线网络接受设备接受到该压力比较敏感数据信号,历经一定的信号分析,显示信息出当今的轮胎压力。主动式技术性的优势是,技术性较为完善,开发设计出去的模块可适用各厂牌的轮胎,但缺陷一样非常明显,其磁感应模块必须充电电池供电系统,因而存有系统软件使用期的难题。
被动式轮胎压力视频监控系统的控制器是选用声表面波设计制作的,这类控制器根据频射静电场造成一个声表面波,当这一声表面波根据压电衬底原材料的表层时,就会造成转变,根据检验声表面波的这类转变,就能够了解轮胎压力的状况。尽管此技术性无需充电电池供电系统,可是它必须将转发器融合到轮胎中,需各轮胎生产商创建相通的规范才有将会执行。
轮胎标准气压检测系统要检验出轮胎标准气压的出现异常情况,只能具备高像素才可以有高的精密度。电池循环次数是不足的,且容积也受温度危害。为提升系统软件的可信性,控制器最好是能开展无源检验。科学研究说明,运用轮胎气压传感器搜集到的信息内容,能够对车子悬架系统开展常见故障检测并效正网站导航。因此,将来的控制器应当是集各种各样作用于一身的无源全智能控制器。
3 无源TPMS电磁场电磁感应藕合方案设计

                   

3.1 基本原理
电感耦合是一种变电器实体模型,根据室内空间高频率交替变化电磁场保持藕合。根据的是电磁感应定律,事实上是根据交替变化电磁场在轮胎内精确测量发射点模块的电磁线圈中磁感应出工作电压和电流量,给轮胎内精确测量发射点模块出示动能。电感耦合方法一般合适于中、高频工作中的近距射频识别系统软件。
3.2 设计方案
一般状况下,胎内精确测量模块由高频藕合天线(大规模的电磁线圈)、专用型小型芯片和高频率发射点天线构成。高频藕合天线从交替变化电磁场中得到工作中需要的动能,专用型芯片承担精确测量压力和将压力信息内容转换为RF数据信号,高频率发射点天线将RF数据信号发射点到室内空间。
阅读软件包括有信号接收器、控制板及其高频光耦电路、高频天线、高频率接受天线。控制板根据高频天线向室内空间发射点出供胎内精确测量电源电路应用的无线电波,发射点电磁场的一小部分磁感线越过距阅读软件天线电磁线圈一定间距的轮胎内精确测量模块高频藕合天线电磁线圈,根据磁感应,在高频藕合天线电磁线圈上造成一个工作电压Ui,将其整流器后做为胎内精确测量接受模块的开关电源。变电器的2个电磁线圈中间只存有太弱的藕合,阅读软件的天线电磁线圈与胎内精确测量模块的高频藕合天线电磁线圈中间的输出功率传送高效率与输出功率f、应答器电磁线圈的线圈匝数n,被应答器电磁线圈包围着的总面积A、2个电磁线圈的相对性视角及其他们中间的间距成占比。胎内精确测量模块得到动能工作中后,将压力信息内容调配到RF数据信号发射点出去,阅读软件的高频率接受天线接受到RF 数据信号后,信号接收器将RF数据信号解调后将压力数据信号发送给控制板,控制板将压力数据信号根据工业触摸屏告之买车人。
3.3 难题和处理构思
电感耦合系统软件的高效率不高,因此一般适用低电流量电源电路,功效间距短,一般只能几十厘米。出示动能不足,因此模块中的控制器电源电路的设计方案就很关键。其重要是:① 芯片的设计方案要高效率,能在低电流量的状况下进行精确测量和发射点的每日任务;②小型芯片工作中所必须的所有动能务必由阅读软件供货。高频率的强磁场由阅读软件的天线电磁线圈造成,因此阅读软件的设计方案要出示充足的磁感应强度。
4 立即轮胎气压视频监控系统设计方案与剖析
文中设计方案了一种立即式TPMS,其基本原理如图所示1图示。该系统软件由两一部分构成,轮胎模块和车截接受模块。在其中,轮胎模块包含压力和温度控制器、A/D变换器、控制板及频射信号发射器等,如图所示2图示。车截接受模块包含了频射信号接收器、控制板及其显示信息警报系统等,如图所示3图示。
该系统软件的基础原理以下,把轮胎模块设备在轮胎内,压力和温度控制器检验轮胎內部当今的地应力和温度信息内容,得到的数字信号历经A/D变换器转化成模拟信号,随后根据频射信号发射器推送出来。车截接受模块设备在汽车驾驶室内,频射信号接收器接受来源于轮胎模块的地应力和温度信息内容,当轮胎压力过高或是过低时,根据显示信息和警报系统滴响信息内容。
在车截接受模块,频射接受编解码芯片选用摩托罗拉的MC33594芯片,该芯片是和频射发射点芯片MC33493芯片配套设施的频射接受芯片,其工作频率是5 V。控制板选用摩托罗拉的MC9S08AW16单片机设计,该芯片的核心为S08,能够与轮胎模块的单片机设计MC6S08QG8选用一样的开发工具,此外该芯片为5 V供电系统,与频射接受芯片及其LCD显示信息芯片电平适配。
5 新式的轮胎气压监控器控制器剖析
压力控制器和温度控制器是轮胎压力视频监控系统的核心部件,设计方案并制做了一种新式控制器,它包括压阻式压力控制器和温度控制器两一部分。
在其中,压阻式压力控制器关键是运用半导体材料的压阻效用,把一个惠斯通电桥做在一个硅杯上,如图所示4图示。当硅杯遭受压力后产生变形,惠斯通电桥的四个桥臂电阻器就会产生变化,摆脱了电桥的电均衡,进而会有一个电子信号的輸出。
温度控制器选用单电阻器构造,在n型硅衬底上制做一个p型电阻器。囚为p型引入电阻器有一个正的温度指数,当温度产生变化时,电阻器的电阻就会产生相对的转变。根据给电阻器以电流源供电系统,就能够根据精确测量电阻器上的工作电压来检验温度的转变。
图5是文中制做的控制器芯片的电镜相片。图5(a)为元器件反面全景;图5(b)为塑料薄膜反面;图5(c)为塑料薄膜反面。在其中压敏元器件选用比基本更厚的50μm 硅杯塑料薄膜(500 μm×500μm),扩大了体硅上高地应力区域总面积,在减少加工工艺规定的另外提升了线形检测范围和负载压力。
基本的检测得出结论集成化控制器具备优良的特性。压力控制器的满量程輸出为150 mV,压力检测范围为0~500 kPa,敏感度为0.3 mV/kPa。温度控制器的敏感度为1.24 mV/℃,离散系统为1.6%。压力温度集成化控制器彻底适用轮胎气压视频监控系统的规定。
6 结 语
在剖析了轮胎压力监摔系统软件的原 理及各种各样不一样解决方法的基本上,设计方案了一种新式的轮胎压力视频监控系统解决方法。依据TPMS的规定,制作了一种压力温度集成化控制器,该元器件加工工艺简易,产出率高,与规范IC加工工艺适配。


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