汽车轮胎温度和压力监测系统设计

2018年第7期信息通信2018 (总第187 期）INFORMATION & COMMUNICATIONS (Sum. No 187)
汽车轮胎温度和压力监测系统设计
何德华，陈万培，毛通宝，栾剑兵，陈宝剑
(扬州大学信息工程学院，江苏杨州225127)
摘要:汽车轮胎故障一直是造成交通事故的重要因素之一。

本设计通过嵌于汽车轮胎气门嘴上的SP37传感器对汽车轮 胎温度、压力等数据进行实时采集，并采用无线数据传输功能将数据发送到驾驶室内的主机中，通过液晶屏实时显示轮 胎压力和温度等数据。

当轮胎出现胎压问题的时，系统将启动声光报警，从而保证行车安全。

实验数据表明，本系统具 有低功耗、高稳定度、测量高精度等特点。

关键词:TPMS;SP37;汽车安全;STM32
中图分类号:U你3.6 文献标识码:A文章编号:1673-1131( 2018 )07-0056-02
0引言
现代社会，汽车已经成为不可或缺的交通运输工具，轮胎在汽车系统中占有重要地位，轮胎问题将直接影响人们的行车安全。

当轮胎的胎压过高或过低时，轻则増加油耗，缩短轮胎使用寿命，重则导致交通事故，危害人员生命安全。

汽车轮胎压力检测系统(TPMS)通过内嵌传感器能够动态监测轮胎的压力、温度数据，并能在异常状况下及时对驾驶员发出预瞥信号。

作为全球最大的新兴汽车市场,中国正在逐步完善汽车安全的相关法案，汽车安全产品也将成为中国汽车市场的一大消费热点。

文章基于英飞凌新型传感器SP37以及STM32核心，结合髙效的算法对一款稳定TPMS系统展开分析。

1系统总体设计选择。

由于在相同误码率下2FSK的信噪比较2A SK小3dB,本设计选择了 2FSK调制方式。

电池在胎压监测模块中同样充当着重要的角色。

考虑到模块工作环境和电池更换不易，电池需考虑以下几个因素:工作温度、电池容量、體和质量、抗干扰能力和放电强度等。

比较了市场上常见的几种电池，我们选择了锂亚电池作为监测模块电源，以满足模块长期运作的寿命需求。

2.2胎压接收处理模块
本设计中，我们选择ATA5428芯片作为RF接收芯片，选择STM32F1系列单片机作为MCU核心
ATA5428芯片包含了射频功能和逻辑控制功能，可以工作于431.5MHz"436.5MHz,具有低功耗和高集成度，传输的距离远，接收的灵敏度髙等优点，其内部集成模块功能强大。

该芯片内部含有7个控制寄存器，可以非常简单地对频率、收发速率、调制方式进行设置。

系统主要由安装在车轮的钢毂上的胎压数据监测模块和数据接收模块组成，系统结构框图如图1所示。

数据接收校块|~i晶站¥ |
=Sj W ffi报开|
按键控制I
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低狻唤
图1系统结构框图
在胎压监测模块接收到低频唤醒器的唤醒信号后，开始采集轮胎内部的压力和温度信息数据，并通过RF电路将数据传送给主控,在液晶屏上显示四个轮胎当前状态，方便车主査看。

如果胎压和温度发生异常，驾驶室内的主控板会发出声光报警，以此保证行车安全。

2系统硬件设计
2.1胎压监测模块硬件设计
汽车在高速行驶过程中轮胎内部气压、温度变化很大，胎压模块需要经受复杂的工作环境挑战，这也对胎压传感器提出了几点要求:体积小、质量轻、低功耗、抗高低温、发射稳定度高、抗干扰能力强等
本设计选用英飞凌SP37胎压监测传感器,集成了加速度监测传感器、压力传感器、温度传感器等模块，可在
+125oC温度范围内正常工作，能够测量100KPa-450KPa的胎压，外围电路少，拥有125KHZ低频唤醒功能,可设计RF发射模式ASK/FSK调制方式,315MHz/433.92MHz两种频率可供
接收模块安装在驾驶室内部，从轮胎的监测模块发出的调制信号被天线接收后进入ATA5428芯片，在对接收数据滤波、去噪、放大后进行FSK解调，最后将处理好的数据送至MCU显示和报警。

3系统软件设计
3.1胎压监测模块软件设计
SP37传感器采用低频唤醒模式。

休眠模式下，其功耗小于luA，可通过125KHis的L F低频唤醒器唤醒，进入轮胎数据检测状态，并通过曼切斯特编码将数据打包封装数据帧。

由加速度传感器获取当前车辆加速度，以控制是否打开RF射频功能，当加速度大于设定的阈值时，系统开始工作，否则处于休眠状态。

胎压监测模块程序流程如图2所示：
图2胎压监测模块程序流程图
3.2数据接收模块软件设计
在外部低频唤醒器发送的125K H Z信号将胎压监测模块唤醒后，接收模块中R F无线接收功能自动接收来自胎压
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信息通信何德华等:汽车轮胎温度和压力监测系统设计
传感器的数据帧，经解码后定位轮胎ID和获取对应的压力、温度数据，经STM32进行数据分析，最后通过液晶模块实时 反馈轮胎信息和预报警处理。

数据接收模块程序流程设计 如图3所示：
图3数据接收模块程序流程图
4系统测试
整个系统的模块调试分步进行：第一步，系统上电自检, 故障报警灯闪烁，若故障排除，报警灯5s后自动熄灭。

第二 步，引入外围的L F低频唤醒器，查看模块125KH Z低频唤醒 是否正常工作，同时依次测量各轮胎的传感器唤醒距离，记录 数据。

第三步，测试车轮与主控之间的通信、轮胎ID匹配以 及数据传输功能。

测试阶段，在小轿车以45km/h速度匀速行 驶20分钟后采集数据，显示如表1所示：
表1汽车胎压温度数据
轮貽实酥驗压Aft相对lift l/%实R MA/r测M A/r
L e ft_F o r w222220>0.902122429.0
R igbt_F«w2192221J721*523.17.4
22122413522.723.74.4
R ig b t_B a c k2232250.9022.423J4.0
(上接第55页)在这些领域中eSIM能够更容易进行整合使用。

应用前景广阔。

智能手机(Google的Pixel2)和以智能手 表为代表的可穿戴设备(如苹果的Apple Watch3、三星的Gear S3、华为的Watch2Pro)作为市场上首先出现的eSIM卡设备，为eSIM卡未来的大规模应用描绘了蓝图。

我认为eSIM卡未 来会大规模的应用于智能终端，提供互联网接入服务;可穿戴 智能设备的应用速度会明显快于智能手机；物联网领域的广 阔应用场景是eSIM卡真正发力的主战场。

eS IM卡解决了终端设计和用户使用痛点。

对终端商而 言,eSIM卡体积小、灵活稳定，解决了设备设计过程中的空间 问题、密封性问题;对运营商而言，eSIM卡可以节省每张SIM 卡约4元的成本费用;对用户而言，eSIM提供了更加方便的业 务办理方式和业务使用模式。

因此，我们认为eSIM卡未来会 被大规模应用。

可穿戴设备仍具附属性角色。

对监管方和运营商而言，未来的几年内手机作为移动终端的核心接入地位不会受到影 响，手机SIM卡层面仍将管制重重，因此eSIM作为独立服务 为手机提供联网接入功能将发展相对较慢；而智能终端作为 附属设备，共享号码的模式则阻力小很多。

所以我们认为eSIM 卡在可穿戴智能设备上的发展会明显快于手机。

物联网领域是eSIM?卡应用的真正蓝海。

eSIM卡实现的
将传感器检测的数据和实际数据比对，结果显示汽车胎压
的相对误差维持在±2%之内。

此外，传感器测量温度相较实际
温度而言依然存在一定差异，这是由传感器本身设计存在的误
差引起的。

系统测试结果数据的压力和温度相对误差能够控
制在设计指标之内，具有一定的稳定性，达到设计预期要求。

5结论
针对汽车行驶过程中常见的爆胎问题，本文基于SP37胎
压传感器设计了一款胎压温度监测系统。

结合SP37丰富的
集成资源，大大降低了系统功耗，减少胎压模块的更换，人机
交互功能加强了驾驶员对汽车状况的掌握。

经测试，本系统
能够实时反馈汽车轮胎状况，并能够在异常状况下对驾驶员
发出预警信号，具有稳定性高，人机交互便捷的特点，达到了
预期目标。

参考文献：
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实现[J].仪表技术与传感器,2013.
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技信息,2010.
功能是“卡号分离”,但是运营商提供的服务是和“号”进行绑 定,并不是和“卡”绑定，因此对于“号”不敏感的应用场景才是
出现革命性变革的领域。

移动用户有双向通信和身份认证的
需求,而且使用的话费套餐体系非常复杂，相比之下eSIM卡
的普及程度就会慢一些。

而物联网领域有很多典型的大规模
低成本覆盖、单向数据传输和极简套餐标准的应用场景,eSIM
卡的优势会充分的体现出来。

5结语
技术总是向前发展的，更先进的事物替代旧有的事物是
再正常不过的事情了。

从长远来看,eSIM无论是对于用户还
是对于整个行业来说都是有益的，当eSIM普及时，我们可以
看到的是，我们身边所有的设备都可以成为互联网的一部分，
我们“上网”也不仅仅是局限在PC、笔记本、手机上，任何搭载 eSIM的设备，我们都可以进行互动通讯。

相信eSIM卡技术
也将成为包括手机、智能穿戴、物联网、车联网等行业的一个
共同发展趋势。

eSIM在这些领域的前景值得期待，具备各种
优势的eSIM卡显然大有可为。

作者简介:张胜琼(1983-),女，通信工程师，学士，主要从事湖
北省电信卡与物联网卡业务运营工作。

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