基于集成压力传感器的无源胎压监控系统研究

3.2 方案设计

　　该系统至少包含轮胎内测量模块和阅读器两部分。

　　一般情况下，胎内测量模块由低频耦合天线(大面积的线圈)、专用微型芯片和高频发射天线组成。低频耦合天线从交变磁场中获得工作所需的能量，专用芯片负责测量压力和将压力信息转化为RF信号，高频发射天线将RF信号发射到空间。

　　阅读器包含有接收器、控制器以及低频驱动电路、低频天线、高频接收天线。控制器通过低频天线向空间发射出供胎内测量电路使用的电磁波，发射磁场的一小部分磁力线穿过距阅读器天线线圈一定距离的轮胎内测量模块低频耦合天线线圈，通过感应，在低频耦合天线线圈上产生一个电压Ui，将其整流后作为胎内测量接收模块的电源。将一个电容与阅读器的天线线圈并联，电容器电容的选择依据是：它与天线线圈的电感一起，形成谐振频率与阅读器发射频率相符的并联振荡回路。该回路的谐振使得阅读器的天线线圈产生非常大的电流，这种方 法也可用于产生供远距离应答器工作所需要的场强。胎内测量模块的低频耦合天线线圈和电容器构成振荡回路，调谐到阅读器的发射频率。通过该回路的谐振，应答器线圈上的电压达到最大值。这两个线圈上的结构也可以解释作变压器(变压器的耦合)，变压器的两个线圈之间只存在很弱的耦合，阅读器的天线线圈与胎内测量模块的低频耦合天线线圈之间的功率传输效率与工作频率f、应答器线圈的匝数n，被应答器线圈包围的面积A、两个线圈的相对角度以及它们之间的距离成比例。胎内测量模块获得能量工作后，将压力信息调制到RF信号发射出来，阅读器的高频接收天线接收到RF 信号后，接收器将RF信号解调后将压力信号传给控制器，控制器将压力信号通过人机界面告知车主。

3.3 难点和解决思路

　　电感耦合系统的效率不高，所以一般适用于低电流电路，作用距离短，一般只有几十厘米。提供能量有限，所以模块中的传感器电路的设计就很重要。其关键是：① 芯片的设计要效率高，能在低电流的情况下完成测量和发射的任务；②微型芯片工作所需要的全部能量必须由阅读器供应。高频的强电磁场由阅读器的天线线圈产生，所以阅读器的设计要提供足够的磁场强度。

　　本系统要求作用距离大约30～40 cm，能提供大约20 mA的大电流，因此设计上具有挑战性。为实现预期目标，可以从两方面做出努力：一方面是尽可能提供较大的电流和能量供芯片正常工作；另一方面则应该对测量芯片采用低功耗设计，尽量降低胎内测量模块正常工作所需的电流。

4 直接胎压监控系统设计与分析

　　本文设计了一种直接式TPMS，其原理如图1所示。该系统由两部分组成，轮胎模块和车载接收模块。其中，轮胎模块包括压力和温度传感器、A／D变换器、控制器及射频发射器等，如图2所示。车载接收模块包括了射频接收器、控制器以及显示报警装置等，如图3所示。