专利名称：单向通信轮胎气压监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及轮胎气压监测系统，尤其是涉及一种单向通信模式的轮胎气压监测系统。
背景技术：
汽车电子领域中，应用射频(RF)技术进行数据传输处理已广泛应用到轮胎压力监测系统(TPMS)产品。出于系统集成度提高、缩小产品体积等考虑，系统中RF的接收、发射设计普遍采用了模块化处理。目前电子厂商推出的一系列RF芯片，用于发射和接收射频数据，并应用到汽车电子产品上。各种RF芯片通常具备锁相、混频、基带滤波和放大等功能，同时具有解调数据的串行输出功能。这些芯片的状态可以配置，最多能提供工作模式和待机模式两种状态，工作模式一般电流超过4mA，待机模式几个uA。 在汽车的整车设计要求里，针对车辆熄火后的电流值有严格限制。一般ECU都限制在ImA以下，以确保汽车电瓶的用电量。对于TPMS的E⑶也是如此。对于任何TPMS产品，在车辆熄火后，必须保证系统停止工作，从而降低功耗。由于高频振荡器是主要的耗能来源，所以必须要求MCU与RF芯片组进入待机模式。在待机模式下，E⑶不再接收和处理RF数据。现在TPMS产品上模式分为单向通信模式和双向通信模式。单向通信模式仅允许从传感器的发射器到车内的接收机的传输，双向通信模式允许二者间的相互传输。单向通信模式TPMS是目前的主流产品。基于单向通信模式的TPMS的E⑶设计都是在车辆点火后才开始工作。而目前的国家TPMS标准强调了自检以及报警内容，并描述了试验方法。国家标准内容实际上要求新一代的TPMS，具有如下功能熄火低功耗，点火即时数据处理，足够的使用年限。这样，目前的主流单向通信模式TPMS产品无法满足国家标准，原因主要在于现有单向通信模式的TPMS设计，为满足发射器的使用年限，发射器的发射周期不能太短，通常设计周期大于I分钟(大大超过国标要求车辆点火后10秒内的响应时间)。在熄火驻车与行车状态下发射周期保持一致，或者在行车状态下才发射数据。相应地，接收机在熄火后进入待机而不再接收处理数据。虽然有的零售TPMS产品，为满足用户要求开车前能看到数据，设计接收机在车辆熄火后始終保持工作状态。该设计虽然可以满足国家标准对于快速响应的要求，但是这导致电流达到IOmA以上，不能满足整车厂对电流的限量要求。在汽车电子行业里，也存在另ー种节能设计，而且成为较好的选择。在熄火后，设计主机MCU周期性进入待机模式，停止高频振荡器工作，配置低频率振荡器产生时钟信号(低频振荡器产生功耗小)，定时唤醒主机MCU。然后通过主机MCU唤醒RF接收模组工作，对RF信号进行接收。MCU等待一段时间，检查RF接收模组的数据输出端ロ是否有输出，如果没有，则重新控制RF接收模组进入待机状态，然后自己调用指令也重新进入待机状态，并等待下一次唤醒时钟的到来。
上述设计一定程度上降低了熄火后功耗，但是降低程度有限。而且每次都需要将MCU与RF唤醒，MCU唤醒过程和等待RF数据也需要耗费一定时间，再者，整个RF模组检测是否有射频数据到来所占用的整个系统唤醒时间较少，从而唤醒周期延长与RF丢码率增加较为显著。系统整体功耗主要体现在系统唤醒过程与检波后数据是否有输出的等待判断过程，而不是检测RF发射信号。此类设计的弊端，会造成不灵敏。比如需要连续发射几十帧RF信号，以便E⑶碰到ー帧数据进行处理。如此很大程度降低电池的使用时间，应用到TPMS产品也是ー样，发射器电量消耗増大或者RF接收率降低引发ECU对发射器故障误判断。
发明内容
本发明提供一种单向通信模式的TPMS，可以使汽车点火后得到最新的数据，同时满足系统低功耗要求。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是ー种单向通信轮胎气压监测系统，包括一电子控制単元，该电子控制单元包括一微控制器及ー射频接收组件。该射频接收组件包括低频时间控制器以及中断ロ，该低频时间控制器用以产生周期性的中断，以唤醒该射频接收组件进行工作，该射频接收组件接收并处理来自一发射器的射频信号以获得射频数据，并通过该中断ロ向该微控制器通知射频数据的获得；如果在ー预定时间内未接收到射频信号，该射频接收组件进入待机状态。在本发明的一实施例中，该射频接收组件还包括一射频振荡器，该低频时间控制器通过启动该射频振荡器来唤醒该射频接收组件。在本发明的一实施例中，该射频接收组件还包括一配置寄存器，该配置寄存器用以配置低频时间控制器的中断周期、以及该预定时间。在本发明的一实施例中，该射频接收组件还包括一配置寄存器，用以配置ー參考射频数据，该射频接收组件比较获得的射频数据与该參考射频数据以确定该获得的射频数据是否为所需的射频数据，如果是，则通过该中断ロ向该微控制器通知射频数据的获得，如果不是，则进入待机状态。在本发明的一实施例中，该配置寄存器由该微控制器进行配置。在本发明的一实施例中，当该微控制器获得该通知后，接收并处理该射频数据，然后重新进入待机状态。在本发明的一实施例中，该低频时间控制器的中断周期大于lmS。在正常情况下，轮胎的发射器毎分钟发射一次该射频信号，在异常情况下(如轮胎气压急剧变化)，轮胎的发射器每秒发射一次该射频数据。因此，低频时间控制器的中断周期设定，可以使得汽车点火后，立即获得最小的发射器数据。由于采用以上技术方案，本发明与现有技术的单向通信TPMS系统相比，可以在汽车熄火状态下，以较低的功耗为代价，更新来自轮胎发射器的数据。
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式
作详细说明，其中
图I示出本发明ー实施例的汽车E⑶结构。图2A、图2B示出本发明ー实施例的E⑶工作流程。图3示出本发明ー实施例的RF数据帧格式。
具体实施例方式现在參考附图描述所要求保护的主题，在全部附图中使用相同的參考标号来指相同的元素。在以下描述中， 为解释起见，陈述了众多具体细节以提供对所要求保护的主题的全面理解。然而，显而易见的是，这些主题也可以不采用这些具体细节来实施。在其它情况下，以框图形式示出了公知的结构和装置以便于描述本发明。图I示出本发明ー实施例的汽车E⑶结构。參照图I所示，E⑶(ElectronicControl Unit，电子控制单元)100配置在汽车内，作为TPMS (轮胎压カ监测系统)的一部分。ECU 100包括RF接收组件120和MCU (Micro Control Unit，微控制器)140两个部分。RF接收组件120主要负责RF信号的接收和处理，并输出数据给MCU 140 0 MCU 140作为E⑶的核心，处理数据并对其他外部器件进行控制。RF接收组件120进ー步包括高频低噪声放大器(LNA) 121、混频器122以及锁相环(PLL) 123。这ー接收部分可用于接收来自轮胎的发射器的RF信号。锁相环123可将频率锁定在该RF信号的频率，使得接收部分只对这ー频率有效。射频振荡器(OSC) 124向接收部分提供所需的振荡频率。—般地，期望射频振荡器以及接收部分尽可能不工作，以减少整个E⑶的功耗。因此，汽车熄火后，这些器件都进入待机模式。为此，配置一个低频时间控制器(WTA) 125，该WTA 125可周期性产生中断，开启射频振荡器124。在没有中断的时间周期，射频振荡器及接收部分保持待机状态。相对于射频振荡器124而言，周期性中断的周期为低频，在ImS以上。与唤醒MCU来启动射频接收相比，本实施例所采用的唤醒RF接收组件120的方式，可使得唤醒时间更短，而且由于不必毎次都唤醒MCU，因此所需的功耗显著降低。当整个RF接收组件120处在工作状态时，沿着LNA 121、混频器122、滤波器126、中频放大器127的路径进行信号处理，以依次进行高频放大、混频、滤波、中频放大、检波等处理，将RF信号还原为RF数据，并通过SPI 129向MCU 140输出数据。由于LNA 121、混频器122、滤波器126、中频放大器127等器件涉及RF接收组件120的常规处理，并非本发明的重点，因而在此不详细展开。在配置寄存器130中配置了參考RF数据，用来和还原的RF数据进行比对，如果数据格式相符，则RF接收组件120会通过中断ロ 131向MCU 140请求中断，MCU 140将被唤醒，对SPI 141的输入数据进行处理。MCU 140包括诸如SPI 141、中断ロ 142、SCI 144、以及CAN 145等接ロ，并包括闪存(FLASH)143 和 RAM 146。配置寄存器130中的内容可由MCU 140通过SPI 141进行写入。根据设计要求，MCU 140需要选择待机模式唤醒时间短，待机模式功耗低的芯片，比如TI公司的MSP430系列产品。MCU 140在低功耗模式下耗电电流IuA左右，唤醒时间小于 6uS。此外，为满足新设计的要求排除环境因素情况可以准确接收每ー帧RF数据，无丢码情況，需要合理设计时间片RF帧格式和RF数据波特率。图3示出一个示例性的RF帧格式，包括唤醒信号域、同步信号域、数据域和停止位。对于波特率9600的调制波信号，每个位的传输时间大概O. lmS，唤醒信号由连续的高低电平组成。设置RF接收组件120的有效判断为接收到连续6个高低电平，需要时间O. 6mS。对于ImS的时间片Tsltrt，将唤醒信号设计成I. 6mS的连续高低电平。对于周期不同的其他时间片，唤醒信号的时间长度可为Tsl(rt+0. 6mS。这将确保毎次RF帧传输，其唤醒信号总能落在唤醒周期内，并使RF接收组件120至少接收到6个连续高低电平唤醒信号。然后RF接收组件120产生中断，唤醒MCU 140进入工作状态，等待接收检波数据。如果RF接收组件120没有检测到RF信号，则即刻进入待机状态。图2A、图2B示出本发明ー实施例的E⑶工作流程。參照图2A、2B所示，如步骤SI，在车辆行驶时，保持ECU完全工作状态，持续接收和处理RF信息。
在步骤S2，MCU 140检测是否有车辆熄火电平。当MCU 140检测到车辆熄火电平，则在步骤S3启动低频时间控制器125，该低频时间控制器定时范围能够达到ImS到几日，其耗电电流典型值大约I. 5μ A。在步骤S4，MCU 140对RF接收组件120的配置寄存器130进行參数配置，包括RF帧格式，低频时间控制器125的中断周期，以及RF振荡器12被唤醒后的工作周期。在步骤S5，在没有RF信号吋，RF接收组件120进入待机状态，关闭RF振荡器124。然后，在步骤S6，MCU 140调用指令进入待机状态，关闭高频振荡器。MCU在低功耗模式下耗电电流IuA左右，唤醒时间小于6uS。于是，E⑶100在车辆熄火后，只有低频时间控制器125持续工作，周期性产生中断信号(步骤S7)，加上其它器件的漏电等，ECU单元的耗电电流应< 30uA。低频时间控制器125最短可以产生ImS的中断。可以适当配置合适的时间片Tsl()t，该中断用于唤醒RF接收组件120工作(步骤S8)。如步骤S9，RF接收组件120被唤醒后，检测是否有RF信号，如有，则在步骤SlO开始处理。如果在预定时间内(例如IOOuS)仍未收到RF信号，则进入步骤S15。在步骤SlO之后进入步骤SI I，处理产生的RF数据将和配置寄存器130中的參考RF数据进行比较，以判断这ー RF数据是所需的RF数据，如果是，进入步骤S12。否则进入步骤S15。在步骤S12，RF接收组件120产生中断快速唤醒MCU 140，将检波后的RF数据传给MCU 140处理。当MCU 140在步骤S13处理完成后，重新于步骤S14进入待机状态。在步骤S15，由于没有RF信号，或者RF数据不是需要的数据，RF接收组件120即刻进入待机状态，等待下一次时间片Tsltrt产生的唤醒。对于上述的单向通信设计，正常情况发射器毎分钟发射一次数据，每帧时长20mS。E⑶100接收、处理并向上位机发送信息，时间不超过40mS。假设工作电流15mA，每分钟耗能15X40mAmS+30X60mAmS,所以计算出平均电流40uA,小于规定熄火电流(O. ImA)。另外，发射器设计气压变化快速发射功能，当气压持续变化超过O. llBar/S的变化，或者变化量超过0.3Bar (针对3.5Bar量程)，发射器将发射周期缩短为1S，直到变化消失。根据标准验证高低压报警功能，由于轮胎气压变化过程以及稳定过程，每帧发送的数据都能够被待机状态的ECU接收并处理，所以车辆点火后能够在规定时间内(IOS)完成相应报警标识的更改。另外，可以看出，本发明实施例的TPMS系统并不会对发射器的发射周期有更高的要求，因此发射器寿命仍能保持在6年以上，不会下降。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本 发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
权利要求
1.一种单向通信轮胎气压监测系统，包括一电子控制単元，该电子控制单元包括 微控制器； 射频接收组件，该射频接收组件包括低频时间控制器以及中断ロ，该低频时间控制器用以产生周期性的中断，以唤醒该射频接收组件进行工作，该射频接收组件接收并处理来自ー发射器的射频信号以获得射频数据，并通过该中断ロ向该微控制器通知射频数据的获得；如果在ー预定时间内未接收到射频信号，该射频接收组件进入待机状态。
2.如权利要求I所述的单向通信轮胎气压监测系统，其特征在于，该射频接收组件还包括一射频振荡器，该低频时间控制器通过启动该射频振荡器来唤醒该射频接收组件。
3.如权利要求I所述的单向通信轮胎气压监测系统，其特征在于，该射频接收组件还包括一配置寄存器，该配置寄存器用以配置低频时间控制器的中断周期、以及该预定时间。
4.如权利要求I所述的单向通信轮胎气压监测系统，其特征在于，该配置寄存器由该微控制器进行配置。
5.如权利要求I所述的单向通信轮胎气压监测系统，其特征在于，该射频接收组件还包括一配置寄存器，用以配置一參考射频数据，该射频接收组件比较获得的射频数据与该參考射频数据以确定该获得的射频数据是否为所需的射频数据，如果是，则通过该中断ロ向该微控制器通知射频数据的获得，如果不是，则进入待机状态。
6.如权利要求5所述的单向通信轮胎气压监测系统，其特征在于，该配置寄存器由该微控制器进行配置。
7.如权利要求I或5所述的单向通信轮胎气压监测系统，其特征在于，当该微控制器获得该通知后，接收并处理该射频数据，然后重新进入待机状态。
8.如权利要求I所述的单向通信轮胎气压监测系统，其特征在干，该低频时间控制器的中断周期大于lmS。
9.如权利要求I所述的单向通信轮胎气压监测系统，其特征在于，该发射器正常情况下毎分钟发射一次该射频信号，在异常情况下每秒发射一次该射频数据。
全文摘要
本发明涉及一种单向通信轮胎气压监测系统，包括一电子控制单元，该电子控制单元包括一微控制器及一射频接收组件。该射频接收组件包括低频时间控制器以及中断口，该低频时间控制器用以产生周期性的中断，以唤醒该射频接收组件进行工作，该射频接收组件接收并处理来自一发射器的射频信号以获得射频数据，并通过该中断口向该微控制器通知射频数据的获得；如果在一预定时间内未接收到射频信号，该射频接收组件进入待机状态。
文档编号B60C23/02GK102673326SQ20111006674
公开日2012年9月19日 申请日期2011年3月18日 优先权日2011年3月18日
发明者孙路, 李威 申请人:上海保隆汽车科技股份有限公司