带有能量收集功能的汽车胎压监测传感器控制芯片制造技术

本发明专利技术涉及一种带有环境能量收集功能的汽车胎压监测传感器控制芯片的方案设计。系统主要包括：整流电路、电荷收集与存储电路、电源管理电路、微控制处理器电路、模拟信号处理电路、模数转换电路、无线收发电路及存储单元。其工作机制分两部分：其功能机制是，芯片的通过模拟信号处理电路与片外传感器（如温度、压力、加速度）输出相接，经过信号处理后，由数模转换电路将外部传感器的信号转换成微控制处理器可以处理的数字信号，然后通过无线收发电路与传感器网络的主控节点通信；其供电机制是，芯片由两路供电方式，一路为传统的外部能源（入电池）供电，一路为从环境中收集的能量（如振动、电磁、热等），通过整流电路、电荷收集于存储电路处理后，为芯片电路供电；电源管理电路根据实际应用情况选择供电能量的来源。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及一种芯片的系统实现方案。具体讲，涉及一种带有对环境能量收集功能电路的汽车胎压监测传感器的控制芯片的系统实现方案。
技术介绍
：据统计，在导致汽车车祸事故的诸多原因中，爆胎是占最大比例的主要原因。胎压监测，异常报警是可以很大程度上避免爆胎的可能性。欧美多个国家已经对汽车出厂配备胎压监测产品进行立法，我国目前也在积极准备相关的法律法规来约束胎压监测产品的安装。胎压监测产品一般要安装在汽车轮胎内部，不方便引车身电源为其供电。目前绝大部分胎压监测产品都是采用电池供电。由于拆卸更换电池不方便，所以胎压监测产品的能量消耗越小越好，最好是不用消耗电池能量，直接从环境中收集能量。胎压监测产品一般由三部分组成，传感器、数据采集处理及无线通信。本专利技术提供了一种将环境能量收集功能电路、传感器数据采集处理电路，无线通信功能电路集成在一起的单芯片系统实现方案。采用本专利技术所述的芯片实现的胎压监测产品，集成度更好，体积更小，成本更便宜，而且可以有效的利用汽车轮胎内部环境的能量，实现不消耗或者尽可能的少消耗电池能源。避免客户更换电池的麻烦，带来更好客户体验，对环境保护也有一定积极意义。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于提供一种带有环境能量收集功能的汽车胎压监测传感器控制芯片实现方案。本专利技术为解决技术背景中描述的问题，所采用的技术方案实现：一种带有能量收集功能的汽车胎压监测传感器控制芯片，包括整流电路、电荷收集于存储电路、电源管理电路、微控制处理器电路、模拟信号处理电路、模数转换电路、无线收发电路及存储单元。利用本专利技术所述的芯片，实现一个完整的胎压监测产品，需要芯片外围接能量转换装置（A）、一路或者多路传感器（B）、备用供电电池（C），无线通信的电线及匹配电路（D）。各电路模块主要连接关系如图1所示：整流电路（1）、电荷收集与存储电路（2）及电源管理电路（3）呈串联关系，整流电路与外部的能量转换器件（A）连接；芯片外部备用供电电池（C）与电源管理电路呈串联关系，与芯片外部能量转换器件、整流电路、电荷收集与存储电路串联形成的能量收集支路呈并行关系；电源管理电路为芯片其他所有电路提供电源，且输出电源到芯片外，为芯片外围的传感器和其他可能的电路供电；模拟信号处理电路（6）、模数转换电路（5），微控制处理器电路呈串行关系；无线收发电路（7）与微控制处理器呈串行关系；存储单元（8）与微控制处理器电路呈串行关系；芯片外部的传感器输出（B）与模拟信号处理电路连接；无线收发电路与芯片外的天线及匹配电路（D）连接。所述的一种带能量收集功能的汽车胎压监测传感器控制芯片，其特征在于：是一款用于汽车胎压监测产品的高集成度的主控制芯片；集成了环境能量收集功能、传感器信号处理和模数转换功能，以及无线通信功能。进一步地，其特征在于：芯片集成的环境能量收集功能电路，包含但不限于桥式整流电路、滤波电容、电感，MOS开关。进一步地，其特征在于：芯片的供电系统由环境能量收集电路和普通外部电源电路并联组成，由电源管理系统统一处理，为芯片上各个模块提供电源；电源管理系统同时输出电源到芯片外部。进一步地，其特征在于：当环境能量收集电路分支收集的能量超过一定限度时，电源管理系统将控制由能量收集电路分支为电源提供源头；当环境能量收集电路分支收集的能量低于某个限度时，电源管理系统将控制由外部电源分支为电源提供源头；当环境能量收集电路分支收集的能量充足，且外部电源分支采用的是可充电电池时，电源管理系统将控制由能量收集电路分支收集的能量除去为芯片及片外必要器件提供电源外，将剩余的能量用于为可充电电池充电。进一步地，其特征在于：芯片具有三路独立地电压或电流型传感器输入端口通道，传感器信号处理电路用于对接入芯片的外部传感器电压或电流信号进行处理。进一步地，其特征在于，传感器信号处理电路，具有但不限于：偏置电压产生电路、偏置电流产生电路、电流转电压电路、自动增益调整控制电路，信号滤波电路。进一步地传感器信号处理电路有三路完全独立，与三路传感器信号输入端口对应。进一步地，其特征在于：外部传感器输出的电压或电流信号，经过传感器信号处理电路处理后，输出合适的电压信号，经过模数转换电路，转换成数字信号，送微控制处理器。进一步地，其特征在于：微控制处理器上运行数据分析程序，对来自传感器的信号进行分析后，判断是否需要更新胎压指示；如果胎压与上一次测量发生变化，则启动无线通信功能发送新的胎压值；如果胎压与上一次测量值没有发生明显变化，则不启动无线通信功能。进一步地，其特征在于：微控制处理器可以控制芯片主动地以某一事先设定的频率检测传感器的信号，也可以有某一路传感器信号的变化唤醒芯片，被动地检测传感器的信号。进一步地，其特征在于，在两次检测传感器信号的间隔时间内，芯片处于低功耗的待机模式。附图说明：图1为本专利技术芯片的结构原理框图图2为本专利技术芯片用于胎压检测产品的实现方案图3为本专利技术芯片的能量收集电路原理结构图4为本专利技术芯片的微控制处理器程序流程图具体实施：本专利技术所述的一种带有能量收集功能的胎压监测传感器控制芯片，具体实施方式及产品应用场景举例如下。本专利技术所述芯片应用于汽车胎压检测产品的一种实际场景，如图2所示。其中组件0为本专利技术所述芯片整体，组件1、2、3、4、5、6、7、是该芯片内部电路模块，组件A、B、C、D是用于实现汽车胎压检测产品功能置于该芯片外部的功能模块。组件A为压电陶瓷悬臂梁设备，当汽车行驶时，车身及轮毂的振动传递到压电陶瓷悬臂梁设备上，压电陶瓷随着震动发生形变，继而产生电压差。压电陶瓷设备随振动输出交变的电压信号，该信号接信号的整流电路两端，经过整流后，将电荷收集并存储；整流电路（1）、电荷收集于存储电路（2）的电路一种实现结构，如图3所示，整流电路为带谐振开关的全桥整理方式，整流后用电容来存储电能。电源管理电路（3）由ChargePump和LDO组成，并管理来自环境压电陶瓷和可充电锂电池（C）的两个支路的电源。当来自压电陶瓷的电能充足时，电源管理电路将控制由压电陶瓷支路为系统提供电源；当系统待机或者系统使用后来自压电陶瓷的能量仍有盈余，电源管理电路将控制压电陶瓷的能量向可充电锂电池充电；当来自压电陶瓷的能量不足时，电源管理电路控制由锂电池为芯片系统供电。电源管理系统为芯片个模块提供电源，且输出一路电源给芯片外的压力传感器（B）。压力传感器用于检测汽车胎压，将汽车胎压转换成电压信号，输入到芯片的模拟信号处理电路（6），该电路用于滤除输入信号的噪声，并自动选择一个增益对信号进行放大，以便于后续模数转换电路（5），将输入的表征胎压的模拟信号转换成数字信号；并将该数字信号送微控制处理器电路（4）。以上传感器的信号采集过程由微控制处理器电路通过存储在存储单元的程序流程来完成。程序流程如图4所示。微控制处理器程序控制芯片处于低功耗待机模式，每间隔时间T=1分钟唤醒一次，采集压力传感器的值；如果发现胎压值与之前采集有明显变化，则将间隔时间T减少一半，同时启动基于BLE协议的无线传输电路（7），将胎压值传输给主控平台；如果发现胎压没有明显变化，则保持T=1分钟唤醒一次系统，采集压力传感器的值，且不启动无线传输功能。综上所述，一种带有能量收集功能的汽车胎压监测传感器控制芯片，具备技术可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有能量收集功能的汽车胎压监测传感器控制芯片，包括整流电路、电荷收集于存储电路、电源管理电路、微控制处理器电路、模拟信号处理电路、模数转换电路、无线收发电路及存储单元；利用本专利技术所述的芯片，实现一个完整的胎压监测产品，需要芯片外围接能量转换装置、一路或者多路传感器、备用供电电池，无线通信的电线及匹配电路；整流电路、电荷收集与存储电路及电源管理电路呈串联关系，整流电路与外部的能量转换器件连接；芯片外部备用供电电池与电源管理电路呈串联关系，与芯片外部能量转换器件、整流电路、电荷收集与存储电路串联形成的能量收集支路呈并行关系；电源管理电路为芯片其他所有电路提供电源，且输出电源到芯片外，为芯片外围的传感器和其他可能的电路供电；模拟信号处理电路、模数转换电路，微控制处理器电路呈串行关系；无线收发电路与微控制处理器呈串行关系；存储单元与微控制处理器电路呈串行关系；芯片外部的传感器输出与模拟信号处理电路连接；无线收发电路与芯片外的天线及匹配电路连接。

【技术特征摘要】
1.一种带有能量收集功能的汽车胎压监测传感器控制芯片，包括整流电路、电荷收集于存储电路、电源管理电路、微控制处理器电路、模拟信号处理电路、模数转换电路、无线收发电路及存储单元；利用本发明所述的芯片，实现一个完整的胎压监测产品，需要芯片外围接能量转换装置、一路或者多路传感器、备用供电电池，无线通信的电线及匹配电路；整流电路、电荷收集与存储电路及电源管理电路呈串联关系，整流电路与外部的能量转换器件连接；芯片外部备用供电电池与电源管理电路呈串联关系，与芯片外部能量转换器件、整流电路、电荷收集与存储电路串联形成的能量收集支路呈并行关系；电源管理电路为芯片其他所有电路提供电源，且输出电源到芯片外，为芯片外围的传感器和其他可能的电路供电；模拟信号处理电路、模数转换电路，微控制处理器电路呈串行关系；无线收发电路与微控制处理器呈串行关系；存储单元与微控制处理器电路呈串行关系；芯片外部的传感器输出与模拟信号处理电路连接；无线收发电路与芯片外的天线及匹配电路连接。2.根据权利要求1，所述的一种带能量收集功能的汽车胎压监测传感器控制芯片，其特征在于：是一款用于汽车胎压监测产品的高集成度的主控制芯片；集成了环境能量收集功能、传感器信号处理和模数转换功能，以及无线通信功能；进一步地，其特征在于：芯片的供电系统由环境能量收集电路和普通外部电源电路并联组成，由电源管理系统统一处理，为芯片上各个模块提供电源；电源管理系统同时输出电源到芯片外部；进一步地，其特征在于：当环境能量收集电路分支收集的能量超过一定限度时，电源管理系统将控制由能量收集电路分支为电源提供源头；当环境能量收集电路分支收集的能量低于某个限度时，电源管理系统将控制由外部电源分支为电源提供源头；当环境能量收集电路分支收集的能量充足，且外部电源分支采用的是可充电电池时，电源管理系统将控制由能量收集电路分支收集的能量除去为芯片及片外必要器件提供电源外，将剩余的能量用于为可充电电池充电；进一步地，其特征在于：芯...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶育源，赵广宇，
申请(专利权)人：成都为远信安电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51