基于一種新的藍(lán)牙技術(shù)——藍(lán)牙4.0（Bluetooth Low Energy）新型的胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TPMS）的設(shè)計(jì)方案。鑒于藍(lán)牙4.0（Bluetooth Low Energy）的低成本、低功耗、高穩(wěn)定性等特點(diǎn)，適用于胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，目前業(yè)界還沒(méi)有出現(xiàn)類似的設(shè)計(jì)方案。本設(shè)計(jì)為直接式胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，即在車輛輪胎上安裝壓力和溫度傳感器，通過(guò)藍(lán)牙傳輸方式將胎壓的信息傳送給搭載藍(lán)牙4.0的iPod、iPhone以及iPad，并在所安裝的APP軟件上顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。由此可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛的胎壓情況，并在胎壓異常情況下發(fā)出報(bào)警。

引言：
    隨著商業(yè)用車和家庭用車的日益增多，汽車安全越來(lái)越受到人們的重視。美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)的調(diào)查統(tǒng)計(jì)表明，美國(guó)每年有26萬(wàn)交通事故是由于輪胎氣壓低或漏氣造成的，同時(shí)75%的輪胎故障是由于輪胎充氣不足或滲漏而引起的。美國(guó)運(yùn)輸部國(guó)家公路交通安全管理委員會(huì)（NHTSA）制定的法規(guī)中規(guī)定：2003年11月到2006年10月31日期間，美國(guó)新出廠的輕型汽車將逐步引入胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（Tire Pressure Monitoring System，TPMS）。可見(jiàn)，TPMS的研究和投產(chǎn)勢(shì)在必行。中國(guó)作為世界汽車消費(fèi)增長(zhǎng)最快的國(guó)家，相信不久將來(lái)政府也會(huì)制定類似法規(guī)。車廠對(duì)TPMS的重要性日益重視。

    TPMS主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)汽車輪胎溫度和壓力，當(dāng)壓力和溫度超出或低于標(biāo)準(zhǔn)值范圍時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出蜂鳴或光報(bào)警信號(hào)，從而有效的避免交通意外的發(fā)生。

1 藍(lán)牙4.0（Bluetooth Low Energy）技術(shù)簡(jiǎn)介
    藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟(Bluetooth SIG)2010年7月宣布，正式推出最新的藍(lán)牙規(guī)范一Bluetooth V4.0技術(shù)。該技術(shù)擁有極低的運(yùn)行和待機(jī)功耗，使用一粒紐扣電池甚至可連續(xù)工作數(shù)年之久。同時(shí)還擁有低成本，跨廠商互操作性，3毫秒低延遲、100米以上超長(zhǎng)距離、AES-128加密等諸多特色，可以用于計(jì)步器、心律監(jiān)視器、智能儀表、傳感器物聯(lián)網(wǎng)等眾多領(lǐng)域，大大擴(kuò)展藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用范圍。其主要技術(shù)特點(diǎn)如下：

◇高效率的發(fā)現(xiàn)機(jī)制：低耗能藍(lán)牙技只用3個(gè)信道做廣播信道，允許毫秒級(jí)快速建立連接，效率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)藍(lán)牙的32個(gè)信道方式。

◇少的數(shù)據(jù)頻道和寬頻道間隔：傳統(tǒng)藍(lán)牙有79個(gè)數(shù)據(jù)信道，頻道間隔是1MHz；低耗能藍(lán)牙有40個(gè)數(shù)據(jù)信道，頻道間隔是2MHz。

◇低工作電流和超低睡眠電流：傳統(tǒng)藍(lán)牙的工作峰值電流一般是35mA，睡眠狀態(tài)電流是0.01mA。而低耗能藍(lán)牙的工作峰值電流是小于15mA，睡眠狀態(tài)電流是0.004mA。 

◇低耗能藍(lán)牙具有抗干擾能力更強(qiáng)、數(shù)據(jù)發(fā)送更快、工作效率更高、可與手機(jī)/計(jì)算機(jī)連接等優(yōu)勢(shì)，具有無(wú)可比擬的技術(shù)和市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，特別適用于近距離、小數(shù)據(jù)量、非頻繁操作的應(yīng)用場(chǎng)景，如醫(yī)療、健身監(jiān)視器、腕式設(shè)備/手表、家電遙控器、玩具、手機(jī)、計(jì)算機(jī)及附件、工業(yè)自動(dòng)化、電子游戲等。 

◇低成本：藍(lán)牙4.0通信模塊的單位成本已經(jīng)減小到三美元左右。

 2.藍(lán)牙4.0（Bluetooth Low Energy）TPMS系統(tǒng)介紹：
    TPMS系統(tǒng)采用直接式溫度壓力測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為兩個(gè)模塊：藍(lán)牙4.0通信模塊和智能終端。藍(lán)牙4.0通信模塊利用車胎內(nèi)的溫度壓力傳感器和藍(lán)牙4.0收發(fā)器，把數(shù)據(jù)發(fā)送給智能終端。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輪胎的壓力和溫度，數(shù)據(jù)信號(hào)無(wú)線傳送到智能終端上，并顯示在相應(yīng)APP程序界面上。當(dāng)輪胎出現(xiàn)漏氣、胎壓過(guò)高或過(guò)低、溫度過(guò)高等異常情況，手機(jī)會(huì)自動(dòng)報(bào)警和顯示輪胎狀態(tài)，從而確保汽車行駛的安全。該系統(tǒng)特點(diǎn)是成本偏高，但監(jiān)測(cè)效果較好，精確可靠。每個(gè)輪胎安裝了高靈敏度的感應(yīng)發(fā)射器，

安裝TPMS系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

o 1.防爆胎
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輪胎氣壓和溫度,防患于未然。

o 2.省燃油
保持正確的輪胎壓力,降低汽車油耗。

o 3.減磨損
氣壓不足,會(huì)造成過(guò)度磨損(吃胎),縮短輪胎使用壽命。

o 4.低成本

只需一部搭載藍(lán)牙4.0的智能顯示終端且安裝相應(yīng)APP程序，鏈接之后，即可實(shí)時(shí)監(jiān)控接收數(shù)據(jù)，省去了購(gòu)買顯示終端的費(fèi)用，且具有相當(dāng)好的便攜操作性。

2.1 遠(yuǎn)程感應(yīng)模塊：
藍(lán)牙4.0模塊固定安裝于4個(gè)車胎內(nèi)部，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、簡(jiǎn)要處理及傳輸。其硬件結(jié)構(gòu)包括壓力溫度傳感器元件、MCU、藍(lán)牙4.0通信模塊、天線和供電設(shè)備，如圖1所示：

圖1 TPMS遠(yuǎn)程感應(yīng)模塊硬件結(jié)構(gòu)圖

傳感器：選用Daytona傳感器，它是一種表面微機(jī)械型電容性微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)單芯片壓力傳感器，包括壓力變換器、正溫度系數(shù)擴(kuò)散電阻溫度傳感器和所有必需電路，用以產(chǎn)生一個(gè)校準(zhǔn)的8bit溫度和壓力數(shù)字輸出。Daytona的特點(diǎn)是專用于TPMS溫度和壓力測(cè)量：?jiǎn)纹?/font>MEMS微機(jī)械壓力感應(yīng)單元；3V工作電壓；低功耗、待機(jī)電流600nA；壓力采樣電流1.5mA；溫度采樣電流500uA；4種工作模式靈活運(yùn)用以求節(jié)電；內(nèi)置低頻振蕩器，可用于喚醒MCU；8位數(shù)據(jù)輸出：SSOP封裝；介質(zhì)保護(hù)[2]。
MCU：該單片機(jī)為主要用來(lái)采集/控制/處理壓力傳感器與溫度傳感器數(shù)據(jù)功能,通過(guò)串口與藍(lán)牙4.0通信模塊連接.

藍(lán)牙4.0通信模塊：藍(lán)牙4.0通信模塊是采用TI德州儀器公司的藍(lán)牙4.0單模式芯片CC2540。該芯片集成了增強(qiáng)型8051單片機(jī)（MCU）和低功耗藍(lán)牙收發(fā)器，具有以下一些特點(diǎn)：

20個(gè)信道。

典型的發(fā)射功率為-23dBm一4.5dBm。

自適應(yīng)跳頻GFSK，最大傳輸速率為1Mbps。

在分組差錯(cuò)率為1％的情況下，其接收靈敏度為－97dBm。

鄰近信道干擾>30dBm，間隔信道干擾>53dBm。

待機(jī)電流僅為0.4uA。

工作溫度為－45℃到80℃。適用于惡劣的工作環(huán)境。

供電設(shè)備：使用專業(yè)的胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)電池，由于藍(lán)牙4.0(Bluetooth Low Energy)和Daytona的低功率特點(diǎn)，其可有效供電2年以上。

2.2 接收顯示端：
    透過(guò)搭載藍(lán)牙4.0功能的iPod5、iPhone4S/5或者iPad3/mini，掌握你愛(ài)車的狀況，即便是行駛中，也可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)，顯示獨(dú)立每一輪胎的壓力、溫度資訊.你只需要拿起你的iPhone再搭配上嵌入藍(lán)牙4.0通信模塊的胎壓監(jiān)測(cè)器，在彈指之間，透過(guò)直覺(jué)式的界面設(shè)計(jì)，即可從容不迫的輕易的得知輪胎狀況。

APP程序特點(diǎn):

1.即時(shí)胎壓胎溫查看 異常變化主動(dòng)警示

2.時(shí)尚主題選擇

3.可建立愛(ài)車參數(shù)

4.TPMS功能設(shè)置