基于集成压力传感器的无源胎压监控系统研
点击数：7998 次 录入时间：03-04 12:01:16 整理：http://www.55dianzi.com 电工基础
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。 c.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。 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。 该系统的基本工作原理如下，把轮胎模块装置在轮胎内，压力和温度传感器检测轮胎内部当前的应力和温度信息，获得的模拟信号经过A/D变换器转换成数字信号，然后通过射频发射器发送出去。车载接收模块装置在驾驶室内，射频接收器接收来自轮胎模块的应力和温度信息，当轮胎压力过高或者过低时，通过显示和报警装置发出报警信息。 在轮胎模块，设计了一种新型的压力温度集成传感器作为轮胎压力监控传感器。该传感器集成了压力和温度两种传感器，具有体积小、成本低、测量精度高等特点。采用低噪声四通道放大器，可以方便实现对压力和温度两种信号的放大。控制器采用摩托罗拉的MC6S08QG8芯片，该单片机的工作电压为3 V，与传感器的工作电压一致。射频发射芯片采用摩托罗拉的MC33493芯片，该芯片具有3 V供电以及功耗低等特点。 在车载接收模块，射频接收解码芯片采用摩托罗拉的MC33594芯片，该芯片是和射频发射芯片MC33493芯片配套的射频接收芯片，其工作电压是5 V。控制器采用摩托罗拉的MC9S08AW16单片机，该芯片的内核为S08，可以与轮胎模块的单片机MC6S08QG8采用同样的开发环境，另外该芯片为5 V供电，与射频接收芯片以及LCD显示芯片电平兼容。 新型的胎压监控传感器分析 压力传感器和温度传感器是轮胎压力监控系统的关键部件，设计并制作了一种新型传感器，它包含压阻式压力传感器和温度传感器两部分。 其中，压阻式压力传感器主要是利用半导体的压阻效应，把一个惠斯通电桥做在一个硅杯上，如图4所示。当硅杯受到压力后发生形变，惠斯通电桥的四个桥臂电阻就会发生变化，打破了电桥的电平衡，从而会有一个电信号的输出。 温度传感器采用单电阻结构，在n型硅衬底上制作一个p型电阻。囚为p型注入电阻有一个正的温度系数，当温度发生变化时，电阻的阻值就会发生相应的变化。通过给电阻以电流源供电，就可以通过测量电阻上的电压来检测温度的变化。 图5是本文制作的传感器芯片的电镜照片。图5(a)为器件正面全貌;图5(b)为薄膜正面;图5(c)为薄膜背面。其中压敏元件采用比常规更厚的50μm硅杯薄膜(500 μm×500μm)，增大了体硅上高应力区的面积，在降低工艺要求的同时提高了线性测量范围和过载压力。压敏电阻设计为折线结构，采用优化的几何尺寸，并将其部分制作在高应力体硅上以获得更高灵敏度。体硅上的温敏电阻随压敏电阻利用同步注入工艺制作，减小了工艺复杂度。该器件工艺简单，成品率高，与标准IC工艺兼容。上一页 [1] [2] [3] 下一页
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