基于MC68HC908RF2的汽车胎压监测系统的设计

自汽车诞生100多年来，汽车爆胎造成的重大交通事故一直是困扰汽车界的技术难题。尤其在汽车的高速行驶过程中，轮胎故障是所有驾驶者最为担心和最难预防的，也是突发性交通事故发生的重要原因。据相关统计资料数据表明，目前我国在高速公路上发生的交通事故有70%～80%是由于轮胎问题引起的，其中将近50%为爆胎事故。怎样防止爆胎已成为安全驾驶的一个重要课题。据专家分析，保持标准的车胎气压行驶和及时发现车胎漏气是防止爆胎的关键。为此，基于解决此类问题的各种胎压监测系统(TPMS)产品应运而生。本文介绍的TPMS是一种主动安全技术产品，它采用无线传输技术，通过胎压监测模块和接收模块，对在行使过程中的汽车轮胎气压、温度实时自动地监测，对轮胎漏气、低压、温度过高进行报警，即在发生事故前发出警报，提醒驾驶员采取措施，以防止爆胎事故的发生，为汽车驾驶者提供更可靠的保障。此外还有延长轮胎使用寿命，节省燃油的功能。

1 MC68HC908RF2芯片简介

MC68HC908RF2微控制器是FREESCALE公司生产的一款低成本、高性能的8位微控制器单元(MCU)，它是M68HC08家族中的成员之一，采用了增强型M68HC08中心处理单元(CPU08)，适用于多种模式、存储尺寸和类型。这款MCU产品经过优化，实现了低功耗运行，采用小型的32针脚小外形四方扁平封装(LQFP)，该封装由两部分组成，第一部分是2KB Flash HC08 MCU(部件编号MC68HC908RK2)；第二部分是射频转发器(部件编号MC33493)，在自由空间中能将数据传输几百米，适用于汽车胎压监测系统。

MC68HC908RF2的主要特性如下：

(1)高性能的M68HC08体系结构。

(2)完全向上兼容M6508、M146805和M68HC05系列的对象代码。

(3)在3.3V供电时的最大内部总线频率为4MHz。

(4)2KB的片上FLASH存储器，128B的片上RAM。

(5)16位的2通道定时器接口模块(TIM)。

(6)12个通用I/O口，带键盘唤醒功能的6位键盘中断。

(7)1个内置的高频发射模块UHF(MC33493模块)。

(8)较宽的工作温度范围：-40°C～＋125°C。

2 汽车胎压监测系统工作原理

本设计是在基于FREESCALE的MC68HC908RF2、MPXY8020A、MC33594等核心芯片以及优化解决方案的基础上，设计的一套汽车胎压监测报警系统，对高速行驶汽车的胎压进行连续监测及预报，并记录最后100秒的胎压信息，为安全行车及行车管理提供依据。系统工作原理如图1所示。

由图1可知，该监测系统由胎压监测模块和中央接收模块两个主要部分组成。其中胎压监测模块安装在汽车轮胎内，该模块带有传感器和无线发射装置，主要用来监测轮胎内的气压和温度并把监测到的数据通过发射装置发送给接收模块；中央接收模块安装在驾驶室操作盘附近，带有无线接收装置、声光报警模块和液晶显示模块，无线接收装置接收到胎压监测模块发送来的数据，将各轮胎的气压和温度由液晶显示模块显示，驾驶者通过显示模块即可掌握各个轮胎的气压和温度状况，当轮胎气压、温度发生异常将要出现危险征兆时，就会通过声光报警模块自动报警，以提醒驾驶者减速慢行或做相应的检查和检修，从而保证行车的安全以及轮胎保持在正常运行状态。此外，为了系统功能的更新和维护方便，该模块还保留了与上位机的USART通信接口。

3 汽车胎压监测系统硬件设计

汽车胎压监测系统硬件设计主要分为胎压监测模块和中央接收模块两大部分，下面介绍具体实现。

3.1 胎压监测模块硬件设计

由图2可知，胎压监测模块硬件部分主要由传感器、控制器和天线匹配网络三部分组成。其中传感器采用的是具有测量温度、压力功能的MPXY8020A。该传感器将一个变容压力传感元件、一个温度传感元件和一个接口电路(带唤醒功能)集成在同一芯片中；具有电源管理和数字输出功能，其低功耗的特殊功能是专门为TPMS而设计，内部的介质保护过滤器可以使其硅片免受环境影响。MPXY8020A根据对S0、S1管脚的不同配置有4种操作模式：待机/复位模式、测量气压模式、测量温度模式和输出数据读取模式。与控制器MC68HC908RF2共有6条引脚连线，其中2个引脚用于控制其操作模式，2个引脚用于数据串行交换，1个引脚用于唤醒控制器。 MPXY8020A还具有复位功能，该引脚作为一个输出端子，定时向控制器发送复位信号，确保模块可靠工作。

控制器MC68HC908RF2将8位Flash单片机(MCU)和UHF发射器(MC33493)集成在同一芯片内。MCU连接传感器，定期检查气压和温度数据。发射器虽然与MCU集成在一起，但其工作完全由MCU控制，设定其工作频率和模式，从而控制数据的发送。匹配网络主要是确保由MC33493传送来的数据能以无线通信的标准发送出去。