气压传感器将采集到的信号经内部A/D转换后，将数据以串行方式发送给信号处理单元(MCU)；信号处理单元对这些信号调制成曼切斯特编码后，传送给信号发射芯片(RF发射器)；射频发射芯片以一定的频率(通常为315 MHz或433 MHz)和调制方式(通常为FSK)将信号发射出去。位于汽车驾驶台上的信号接收芯片(RF接收器)接收由发射器发射来的射频信号，并对其解码后传送给信号处理单元(MCU)；信号处理单元检查数据帧后对其进行数据处理，并与轮胎气压阀值进行比较。如果出现异常，指示灯或液晶显示器会显示报警。
相比于间接式TPMS，直接式TPMS有着很多优点，如能在任意瞬时监测到4个轮胎内气压大小，测量精度和准确度都要比间接式的要高。但它有不可避免的存在着一些弊端[9]，比如，安装在4个轮胎内气压传感器，信号处理单元和发射模块会打破轮胎原先的动平衡，在恶劣潮湿的环境下，轮胎内的电池会出现漏电现象，使得系统使用年限缩短。
由上述直接式TPMS的优缺点可知提高直接式TPMS性能的关键在于： ① 节约功耗特别是装在轮胎内部的发射模块。发射模块在轮胎内部，不易更换电池。功耗的高低及电池的电量，直接关系到直接式TPMS的寿命。 ② 传感器的工作性能，应保证其在轮胎内部恶劣的环境中仍能正常工作。 ③ 无线通信的可靠性，汽车在行驶时对于无线传输不利，应通过有效编码，校验等使发射与接收模块准确通信。
由以上对两种TPMS得分析可知，直接式轮胎压力监测系统将是TPMS发展的主流。
1.5 论文主要工作概述
本文主要讲述了直接式轮胎压力监测系统的开发方案及实现过程。根据研究
内容，全文共分为七章。
第一章 介绍了课题提出的背景，对轮胎压力监测系统的作用、分类及发展状况进行了阐述。
第二章 分析轮胎爆胎的因素及工况，提出系统应测量轮胎气压这个参数，并得出系统的报警的阀值，为后续的系统设计提供了理论依据。
第三章 介绍本系统TPMS的总体设计包括总体布置、各模块的内部结构、轮
胎模块安装、主要器件的选择。
第四章 本章为系统TPMS的详细硬件设计，包括器件工作原理的介绍，外围电路的设计。
第五章 本章详细阐述了系统的软件部分设计，采用模块化的设计方法，把系统按功能分为几个模块，对各模块分别进行了设计。
第六章 本章进行了系统仿真测试。对压力测量功能及无线通信功能等系统主要功能进行测试，测试结果达到了设计要求。 第七章 总结与展望。
2 轮胎爆胎因素分析
2.1 轮胎结构分析
轮胎大体可以分为有内胎与无内胎的两种基本形式。目前，轿车已广泛使
用无内胎轮胎，一些新型载重汽车已开始使用无内胎轮胎，但目前的应用尚不十分普遍。这主要有两个原因：一是很多司机局限于以往的经验和眼前需要，不愿更换；另一是无内胎轮胎需要安装在深式轮辋上，而这种深式轮辋与目前所用的轮辋不能互相替换。因此运输公司为了换用无内胎轮胎存在着投资损耗和编制问题，从而使无内胎轮胎在载重汽车上的普遍使用受到了限制。但是无内胎轮胎在诸多方面的优势使它成为轮胎的发展趋势，相信在不久无内胎轮胎将会在各种车辆上得到广泛得应用。
无内胎轮胎的结构如图2.1所示[10]，由气密层、密封胶和特殊结构的胎圈等部分构成。气密层是贴于胎里表面并延伸至胎圈底部的一层厚约0.5～3mm的胶层，其作用是防止压缩空气渗入胎体引起脱层。由于它与胎体形成一体，并不像内胎那样受到拉应力，所以受伤后并不会迅速扩大裂口，使气压下降。无内胎轮胎胎圈底部斜度较大，胎圈直径较轮毅直径小(轿车轮胎小1～1.5mm，载重车轮胎有时小4mm)，与轮毂边缘相接触的“密封胶”部位的曲率较轮辋边缘曲率大，因此胎圈能与高精度的带有金属气门嘴的轮辋之间形成可靠的密封。
图2.1 无内胎轮胎结构示意图
1一橡胶密封层 2一气密层 3一槽纹 4一轮辋 5一气门 6一密封胶 由无内胎轮胎结构可知，无内胎轮胎具有以下优点： ① 在汽车批量生产中，轮胎安装更简单，更快捷。
② 气密性能好，轮胎受小的损伤时能自动封闭。
③ 减少汽车因轮胎故障在路上停留时间(不必更换内胎，修理时轮胎不必从轮毂上卸下来，修理简单)
④ 没有内胎和衬垫，结构简单，且没有内胎与帘布层的摩擦，提高轮胎寿命。
本文正是基于无内胎轮胎设计的一款轮胎压力监测系统。无内胎轮胎的良好应用前景也为本系统的应用提供了保障。
2.2 轮胎爆胎主要原因分析
爆胎，是轮胎不能承受胎内气体压力而产生的瞬间破裂现象即胎压相对轮
胎强度过高。爆胎大致可分为以下三种情况：
(1) 胎压不足时，轮胎遇到异物，异物刺入胎中引起爆胎。
(2) 胎压过高，超载或高速行驶，胎内温度上升，胎内气体膨胀，引起爆胎。 (3) 轮胎过渡磨损，胎压稍高或胎温上升，胎内气体膨胀，引起爆胎。
(4) 胎温过高，轮胎橡胶性能变化，胎内气体膨胀，引起爆胎。
2.2.1 轮胎胎压过低
轮胎胎压过低的危害主要表现在以下几个方面：
(1) 轮胎的气压低时，轮胎向里弯曲，胎面的中部负荷要小一些，而胎面的边缘负荷急剧增加，使材料应力增大，这种现象为“桥式效应\。产生“桥式效应\时，胎面磨损不均匀，胎面的边缘严重磨损。同时，胎面的中部几乎保持不变。这种不均匀磨损使轮胎寿命降低。另外此种情况下，轮胎滚动时肩部产生的温度比轮胎其他部分高，由于生热而温度增高，更加促使胎面边缘磨耗加速。 (2) 当轮胎充气不足时，轮胎的侧壁也就会承受过大的压力，这样可以产生大量的热量以致造成轮胎的损坏。
(3) 若轮胎气压低于标准值过多时，轮胎下沉，轮胎与路面接触面积增大，阻力上升，摩擦增加。随之，温度升高，胎面橡胶变软，轮胎强度下降；车辆行驶速度越快，这些变化越明显，爆胎也越容易发生。
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