专利名称：轮胎气压检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种机动车轮胎气压检测装置。
技术背景根据应用场合的不同，轮胎气压检测装置分为工具型与在线检测型两种。 工具型的轮胎气压检测装置主要用于在汽车维修等行业检测轮胎内压是否符合 标准要求。轮胎气压在线监测型装置主要用于实时监测轮胎内气压与温度等关 键参数变化，让驾驶员及时了解各轮胎工作状态，避免在胎压过低或过高的情 况下行车，防止暴胎导致恶性交通事故的发生。按工作原理分，胎压在线监测装置TPMS(Tire Pressure Monitoring System)分间接式、直接式、复合式三种基本 形式。其中，直接TPMS要求在每个轮胎内配置压力、温度等传感器，安装无 线发射器，把压力、温度等信息从轮胎内部发送出轮胎。间接TPMS利用车辆 防抱死制动系统(ABS)间接确定轮胎压力变化。基本原理为当轮胎压力降低时， 车辆的重量会使轮胎直径变小，将导致车速发生变化，经过正确计算，这种车 速变化可用于触发警报系统，向司机发出警示。这两种形式都有自己的优点， 直接式TPMS可以提供更高级的功能，可以随时测定每个轮胎内部的实际瞬压， 容易确定故障轮胎，检测准确、工作可靠。间接式TPMS相对便宜，但是不能 直接检测轮胎气压，准确率不如直接式TPMS。此外，在某些情况下，间接式 TPMS无法正常工作，例如同一车轴上2个轮胎气压都低的情况。复合式TPMS 兼有间接式TPMS和直接式TPMS的优点，复合式TPMS是在两个互相成对角 的轮胎内直接安装压力传感器，并装备一个4轮间接式TPMS。与全部使用直接 式TPMS相比，复合式TPMS可以降低成本，克服间接式TPMS不能检测出多 个轮胎同时出现气压过低的缺点。但是它仍然不能提供所有轮胎内实际压力的
实时数据。现有的直接式胎压检测装置不具备局域网接口功能，即TPMS系统 不能与其它车载仪表与控制设备交换数据，难以实现高级的控制功能。 实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够与车载仪表与控制设备交 换数据的直接式胎压检测装置。本实用新型所采用的技术方案是轮胎气压检测装置，包括轮胎工作参数 釆集电路模块、无线通讯收发电路模块、控制器电路模块、信息显示电路模块、 网络通讯接口模块，轮胎工作参数采集电路模块与无线通讯收发电路模块中的 信号发射单元构成轮胎内电路组件，无线通讯收发电路模块中的信号接收单元 与控制器电路模块、信息显示电路模块、网络通讯接口模块构成轮胎外电路组 件，轮胎工作参数采集电路模块与无线通讯收发电路模块中的信号发射单元连 接，将监测到的轮胎工作参数数据通过其发射，无线通讯收发电路模块中的信 号接收单元接收信号，产生的输出送至控制器电路模块，控制器电路模块对信 息进行处理后，将最终得到的轮胎工作参数数据输出到信息显示电路模块进行 显示，并通过网络通讯接口模块将数据实时地输出至汽车仪表和控制设备。无线通讯收发电路模块中的信号接收单元和信号发射单元之间的无线通信 通过载波频率为434Mhz和125kHz调幅信号实现。工作参数采集电路模块选用既包含PCH7970微处理器核，又包括温度、压 力、加速度、电压传感器的集成电路芯片SP30。控制器电路模块选用PIC16FXX系列微处理器。控制器电路模块、信息显示电路模块、网络通讯接口模块之间选用SPI规 范串行通讯接口。信息显示电路模块选用HT1621集成电路。
网络通讯接口与汽车仪表与控制设备之间采用CAN通讯协议，CAN控制 器选用MCP2510集成电路，CAN驱动器选用PCA82C250集成电路。本实用新型所具有的优点是可以实时监控车辆各轮胎的工作状况，并将 轮胎工作状态的主要物理参数一一气压、温度、加速度、电压在驾驶室内实时 显示出来，帮助司机随时了解轮胎的工作情况，当轮胎内气压和温度出现异常 时，及时给予声、光告警，提示司机采取必要技术措施，避免暴胎等恶性交通 事故的发生。另外，轮胎气压、温度、加速度、电压等参数可以通过网络接口 传送给汽车中央控制器等控制设备，实现信息共享。由于采用直接式TPMS，设 在轮胎内的工作参数采集电路模块通过无线传输的形式与外界交换数据，因此 具有测量准确、工作可靠等特点。
图l为本实用新型原理方框图；图2为本实用新型轮胎内电路组件电路图；图3为本实用新型轮胎外电路组件电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明。如图1所示，轮胎气压检测装置包括轮胎气压检测装置，包括轮胎工作参 数采集电路模块、无线通讯收发电路模块、控制器电路模块、信息显示电路模 块、网络通讯接口模块，轮胎工作参数采集电路模块与无线通讯收发电路模块 中的信号发射单元构成轮胎内电路组件，无线通讯收发电路模块中的信号接收 单元与控制器电路模块、信息显示电路模块、网络通讯接口模块构成轮胎外电 路组件，轮胎工作参数采集电路模块与无线通讯收发电路模块中的信号发射单 元连接，将监测到的轮胎工作参数数据通过其发射，无线通讯收发电路模块中 的信号接收单元接收信号，产生的输出送至控制器电路模块，控制器电路模块 对信息进行处理后，将最终得到的轮胎工作参数数据输出到信息显示电路模块 进行显示，并通过网络通讯接口模块将数据实时地传送给汽车仪表和控制设备。 各模块的功能如下1) 轮胎工作参数采集电路模块主要功能是通过商业化的集成传感器芯片采集轮胎内气压、温度、车辆加 速度、电压等物理参数，并将这些参数数字化后送入无线通讯收发电路模块。2) 无线通讯收发电路模块主要功能是在工作参数采集电路模块和控制器电路模块间实现无线双向通 讯， 一方面将轮胎内工作参数传送给控制器电路模块，另一方面把控制器电路 模块发出的指令传送给工作参数采集电路模块。3) 控制器电路模块主要功能是控制信息显示电路模块、网络通讯接口模块和各个工作参数采 集电路模块的工作模式，收集各轮胎内工作参数，控制网络通讯和信息显示方 式。4) 信息显示电路模块主要功能是实现轮胎工作参数的显示和声、光告警提示。5) 网络通讯接口模块主要功能是实现轮胎气压监测装置与汽车上其它电器设备间数据交换。 其中，控制器电路模块是轮胎气压监测仪的中心，布置在工作环境相对比 较好的驾驶室内。在车辆的每个轮胎内，包括备用胎内分别布防一个工作参数 采集电路模块，因此依据不同车型，工作参数采集电路模块有多个。无线通讯 收发电路模块的个数与工作参数采集电路模块的数量一致，通常布防在轮胎附
近。信息显示电路模块、网络通讯接口模块连同控制器电路模块安排在同一壳 体内， 一同布置在驾驶室内。信息显示电路模块与控制器电路模块、网络通讯 接口模块与控制器电路模块间都是通过接口电路实现电气连接与数据交换。各 无线通讯收发电路模块与控制器电路模块间通过单芯屏蔽电缆或双绞线实现电 气连接和数据传递。工作参数采集电路模块与对应的无线通讯收发电路模块间 通过无线通讯方式，实现信道连接与数据交换。各无线通讯收发电路模块在控 制器电路模块的协调下，轮流收发数据避免相互干扰，所用载波频率有两个(434MHz、 125kHz)。当无线通讯收发电路模块接收工作参数采集电路模块数据 时，使用434MH载波频率；当无线通讯收发电路模块与工作参数采集电路模块 间传送指令时，采用125kHz载波频率。图2是轮胎内电路组件的电路原理图。轮胎内电路组件包括轮胎工作参数 采集电路模块和无线通讯收发电路模块中信号发射单元两部分，主要功能是通 过无线通讯的方式接收控制器模块的指令，完成轮胎内压力、温度、加速度、 电压等物理参数的采集，转化成数字信号后，通过无线传送方式将胎内压力、 温度、加速度、电压等测量数据发送到轮胎外。这部分电路中选用了集成电路Id、集成电路IC2两个芯片，集成电路Id的 型号是SP30，集成电路IC2的型号是TDK5100F。设置在轮胎内电路组件的电池 为集成电路IC,、集成电路IC2两个芯片提供3V电源，电源正端分别连接集成电路 Id的6脚和集成电路IC2的2脚；电源负端分别连接集成电路Id的7、 8脚和集成 电路IC2的3、 8脚。电容(331、 C32、 C34、 C33分别为去耦与电源稳压电容。集成电路Id及外围电路构成工作参数采集电路模块。集成电路Id集成了温 度、压力、加速度、电压传感器和Philips公司的PCH7970微处理器(MCU)核。在 系统开发过程中，开发工具通过插座J1连接PCH7970微处理器，把用户程序写入 PCH7970微处理器内，也可以使用开发工具对PCH7970微处理器的运行程序进行 调试。插座J1有五根插芯，插芯1接3V电源，为轮胎内电路组件在调试过程中提 供电源；插芯2连接Id的2脚，插芯3连接电源地，插芯4连接ICi的4脚，插芯2连 接ld的5脚。线圈L3与电容C3o构成并联谐振网络，两端分别连接到接IQ的12、 13脚，选用125kHz载波，通过无线通讯方式接收控制器模块发出的指令。集成电路IC2及外围电路组成信号发射单元。IC,的9、 11脚分别连接IC2的6、 7脚，Id测定轮胎内温度、压力、加速度、电压参数后，通过这两条线传输给IC2 芯片。电容CTt、 CT2并联后，与电容CT。晶体QT《13.56MHz)串联，构成串联 谐振回路，为IC2芯片提供基本时钟信号。晶体QT^的一段连接IC2的5脚， 一端连 接电容CT卜CT2并联回路一端，电容CTi、 CT2并联回路另一端连接IC2的4脚与电容CT2—端，电容CT2的另一端接地。基本时钟信号经过IC2芯片内部分频与锁相电路控制后，形成434MHz的载波信号。Id芯片传送给IC2芯片的压力、温度 等测量数据在IC2芯片内与434MHz载波信号调制，形成调幅信号并经过IC2的9 脚由环形天线LT3发射出去。电感LT,、 LT2、电容CT6、 CT7、 CT9与环形天线LT3 共同组成了天线匹配网络，天线匹配网络的主要作用是构成选频网络，即带通 滤波器，使434MHz信号能得到最大发射效率，其它频率成分的信号被抑止，难 以通过环形天线LT3发射出去。LTV环形天线LT3、 LT2串联后， 一端与IQ的9连 接，另一端接3V电源。CT6—端接在3V与LT,的连接点上， 一端与地连接；CT7 一端接在LT,与环形天线LT3的串联点上，一端与地连接；CT9一端接在LT2与IC2 的9脚公共点上， 一端与地连接。图3是轮胎外电路组件的电路原理图。轮胎外电路组件包括无线通讯收发 电路模块中的信号接收单元与控制器电路模块、信息显示电路模块、网络通讯 接口模块几个部分。其中，控制器负责局域网通讯、信息显示与工作参数采集
电路模块的控制与调度。信息显示包括液晶显示屏与显示接口电路两部分，液 晶显示屏是信息显示窗口；显示接口电路一方面驱动液晶显示屏，另一方面实 现控制器与液晶显示屏间电气隔离与信号传输。网络通讯接口包括网络通讯控 制与驱动两大部分，网络通讯控制的主要功能是网络与控制器间接口、通讯协 议控制；驱动是将网络通讯控制器输出信号的强度进行放大，以便在局域网线 路上传输。控制器电路模块、信息显示电路模块、网络通讯接口模块之间选用 SPI规范串行通讯接口。这部分电路为了实现轮胎内工作参数测量控制、显示和局域网信息传输功 能，选用了集成电路IC3、集成电路IC4、集成电路ICs、集成电路IQ、集成电路IC7五个芯片。集成电路IC3的型号是TDA5210，集成电路IC4的型号为 PIC16F73,集成电路IC5的型号为MCP2510，集成电路IQ的型号是PCA82C250， 集成电路IC7的型号为HT1621。 5V直流电加在IC3的14、 2、 7脚，IC4的20 脚；5V的地加在IC3的5、 10、 13脚，IQ的8、 19脚，ICs的9脚，ICs的22 脚，IC7的13脚，为IC4、 IC5、 IC6、 IC7提供工作电源。其中，电容Cu)、 C4、 C22、 C23、 C45、 C46分别为电源稳压与去耦电容，并联在5V电源两端，布置在 相应集成电路电源引脚附近。IC4的27脚直接连接到5V，表明IQ设置在数据 接收工作状态。集成电路IC3及外围电路组成信号接收单元。电容d、 C2、 C3和电感" 组成调幅信号接收匹配网络，接收天线通过J2插座把调幅信号送进接收匹配网 络。匹配网络的选择频率设定在434MHz，因此，只有与环形天线LT3发射频率 相同的信号才能被接收匹配网络很好地接收，接收天线上感应的其它频率成分 信号被接收匹配网络充分地滤除。电容d、 Q串联后， 一端接IC3的3脚，一 端与插座J1连接；电容C2与电感L,并联后， 一端连接在电容Q、 C3串联的公
共点，另一端接地。434MHz调幅信号经过IC3内部低噪声放大器放大后，由IQ 的6脚输出，经过电容Q、 C7、 Q和电感L2组成的匹配网络后，经过IC3的8 脚送到其内部双平衡混频器的一个输入端。电感L2—端连接5V，另一端与IC3 的6脚连接；电容C2并联在5V电源两端，电容C6与L2并联；电容Q跨接在 IC3的6、 8脚之间，起信号耦合作用。IC3的9脚是其内部双平衡混频器的另一 输入端，IC3的9脚可以经电容C9连接到地。双平衡混频器信号由IC3的12脚 输出，经过三端陶瓷滤波器Q3滤波后，获得10.7MHz中频信号，经IQ的17 脚送入其内部限幅放大器的一个输入端，限幅放大器的另一个输入端是IC3的 19脚。三端陶瓷滤波器Q3的中间端接地，另外两端分别接滤波信号的输入和输 出。IC3的19脚可以经Cu直接接地。IQ的11脚悬空表明接收调幅信号的载波 频率设定在434MHz; IC3的14脚直接接地，说明IC3工作在调幅模式；IC3的 16脚接地，意味晶体Qt的工作频率选定在13.4MHz。电容C16、 ds和晶体组成串联谐振网络，为IC3提供标准时钟信号。电容d6—端接IC3的28脚，另一端与Qt串联；电容<:15—端接1<:3的1脚，另一端与Qi串联。IC3的24脚输 出3V标准参考电压，经R4和R5分压后，得到一个参考电压输入到IC3的23脚， 为IC3内部自动增益控制电路提供电压基准。电容Cn并在R4和Rs串联回路两 端，起滤波作用。10.7MHz中频信号在IC3内部经放大、限幅处理后，由其19 脚输出。电容Cu、电容Cn构成二阶Sallen-Key滤波器，IC3的19脚和22脚经 Cw直接相连，IC3的21脚经电容Q2接地。IQ的19脚输出信号经电阻R，和电 容Cu分压加到其20脚，作为IC3内部比较器的一个输入信号，实现调幅信号 解调和数据分离。电阻R,接IC3的19脚，另一端与电容Q3串联后接地。IC3 的26脚提供信号峰值探测输出，经过电容ds、电阻R2和R3组成的网络后，由 插座J3输出。J3输出信号可以通过一定形式加到二阶Sallen-Key滤波网络实现 预充电，达到信号解调、数据分离和电路快速启动的目的。电容(:18跨接1(:3的26脚与地之间，IC3的26脚输出信号经电阻R2和R3分压后，由插座B输出。 调幅信号解调后获得轮胎内压力和温度数字信号，经IC3的25脚输出，通过电 阻R^直接送到IC4的21和22脚。集成电路IC4是控制器模块的微处理器。电容C2。、 C21、晶体Q2和IC4内 部有关电路形成电容三点式振荡电路，为IC4提供4MHz基准时钟。IQ的1脚 经电阻Rn)直接连到5V,构成IC4复位电路。此外，与IQ有关的接口电路有信 息显示电路模块和网络通讯接口模块。IC5是CAN控制器，型号为MCP2510; IC6是CAN驱动器，型号为 PCA82C250。微处理IC4与的CAN驱动器IC6的数据传递采用SCI串行接口形 式，两者间有5条信号连接线，即IC4的14、 15、 16、 25、 26脚与IC5的13、 15、 14、 16、 17脚直接相连。这5条电气连接线，实现单片机PIC16C73对CAN 控制器ICs的控制，并实现两者间数据串行通讯。电容C"、电容C42和晶振Q4 组成CAN控制器ICs的时钟电路，连接关系是电容C"、电容C42串联，再与晶 振Q4并联后，分别连接到IC5的主时钟信号输入端7和8，电容Cu、电容(242 串联的中间点连接到电源地。CAN控制器IC5与CAN驱动器IC6经两条线连接，即两者间数据接收端互 连，数据发送端互连，具体为IC5的2、 1脚与IC6的4、 1分别相连。数据经CAN 驱动器IQ强度放大后，经其6、 7两脚送到局域网总线上，即汽车局域网CAN 通讯电缆A和B上。集成电路IC7是液晶显示接口芯片，实现控制器模块的微处理器与液晶屏间 隔离、并对液晶屏进行驱动与控制，IC7的型号选用HT1621。 IC4与IC7间连接， 借助片选、数据、时钟3条线实现，IC4的28、 23、 24脚分别与IC7的9、 12、 3脚
直接相连。电容<:43、 C44、晶体Qs和IC7内部有关电路形成电容三点式振荡电路， 为IC7提供基准时钟，Q5的工作频率为32.768kHz。电容<:43、 (344串联后与晶体(^5 并联，并联后两端点分别与IC7的14、 16脚相连，电容(:43、 Q4串连后的中间点 接地。IC7通过其公共端COM0^COM3，段选线SEG0。SEG33与液晶显示屏连 接，对液晶屏显示符驱动，控制显示内容。公共端COM0。COM3对应IC7的21 。24脚，段选线SEG0^SEG33对应IC7的lw8脚、25。48脚。液晶显示屏一般定 制，公共端COM0^COM3、段选线SEG0^SEG33与液晶显示屏连接情况取决液 晶屏内部显示图案布置。
权利要求1、轮胎气压检测装置，包括轮胎工作参数采集电路模块、无线通讯收发电路模块、控制器电路模块、信息显示电路模块、网络通讯接口模块，其特征在于轮胎工作参数采集电路模块与无线通讯收发电路模块中的信号发射单元构成轮胎内电路组件，无线通讯收发电路模块中的信号接收单元与控制器电路模块、信息显示电路模块、网络通讯接口模块构成轮胎外电路组件，轮胎工作参数采集电路模块与无线通讯收发电路模块中的信号发射单元连接，将监测到的轮胎工作参数数据通过其发射，无线通讯收发电路模块中的信号接收单元接收信号，产生的输出送至控制器电路模块，控制器电路模块将最终得到的轮胎工作参数数据输出到信息显示电路模块，并通过网络通讯接口模块输出至汽车仪表和控制设备。
2、 如权利要求l所述的轮胎气压检测装置，其特征在于无线通讯收发电 路模块中的信号接收单元和信号发射单元之间的无线通信通过载波频率为434Mhz和125kHz调幅信号实现。
3、 如权利要求l所述的轮胎气压检测装置，其特征在于工作参数采集电 路模块选用既包含PCH7970微处理器核，又包括温度、压力、加速度、电压传 感器的集成电路芯片SP30。
4、 如权利要求1所述的轮胎气压检测装置，其特征在于控制器电路模块 选用PIC16FXX系列微处理器。
5、 如权利要求1所述的轮胎气压检测装置，其特征在于控制器电路模块、 信息显示电路模块、网络通讯接口模块之间选用SPI规范串行通讯接口。
6、 如权利要求l所述的轮胎气压检测装置，其特征在于信息显示电路模 块选用HT1621集成电路。
7、 如权利要求1所述的轮胎气压检测装置，其特征在于网络通讯接口与 汽车仪表与控制设备之间釆用CAN通讯协议，CAN控制器选用MCP2510集成 电路，CAN驱动器选用PCA82C250集成电路。
专利摘要本实用新型公开了一种轮胎气压检测装置。它包括轮胎工作参数采集电路模块、无线通讯收发电路模块、控制器电路模块、信息显示电路模块、网络通讯接口模块，轮胎工作参数采集电路模块通过无线通讯收发电路模块将检测到的工作参数信息送至控制器电路模块，控制器电路模块对信息进行处理后，将最终得到的轮胎工作参数数据输出到信息显示电路模块进行显示，并通过网络通讯接口模块将数据实时地传送给汽车仪表和控制设备。本实用新型解决了现有直接式胎压检测装置不能与车载仪表与控制设备交换数据的技术问题，具有测量准确、工作可靠、检测装置与其它车载仪表信息共享的优点。
文档编号G01L17/00GK201051031SQ200720038400
公开日2008年4月23日 申请日期2007年6月18日 优先权日2007年6月18日
发明者辉 喻, 海 王, 许德章 申请人:喻 辉;安徽工程科技学院