直接式胎压监测系统的设计
汽车胎压监测系统的研究与电路设计
0 引言汽车轮胎压力检测系统，主要功能是对轮胎的压力和温度参数进行实时检测，保障行车安全。
据有关数据统计，在中国高速路上发生较大交通事故40%是由于轮胎故障引起的，其中爆胎占70%以上，引起爆胎的主要魁首是高热，导致轮胎高热的主要元凶是轮压过低。
胎压监测有直接式与间接式，直接式胎压监测无论是功能还是性能上都要优越于间接式胎压监测(表1）。
本文胎压监测系统设计由PIC、SP12和收发芯片T5754三部分组成。
表1 胎压监测系统直接式与间接式的特点系统类型测量参数工作原理测量精度实现成本可靠性直接式压力、温度、电压智能传感器直接检测参数高高高间接式车轮转速通过ABS 低低低1 系统框架设计本文设计的汽车胎压监测系统由上位机与下位机模块构成[1]。
图1 下位机模块内部组成图下位机模块——以处理器PIC 为核心,SP12与2.5 GHz 信号收发器T5754为主要构成。
胎压和胎温参数由SPl2按处理器的指令进行测量，由处理器PIC 汇总通过信号收发器T5754传至上位机模块（图1）。
上位机模块——从下位模块发送过来的数据中选择出胎压与胎温值，通过显示或蜂鸣形式传递给驾驶员(图2），保障行车的安全。
图2 上位机模块内部组成图2 系统硬件设计方案2.1 下位机模块主要组成部分：SP12、MCU 与RF 轮胎胎压和温度信号发射电路。
SP12探头于芯片封装上,其工作受制于MCU 通断电[2]，MCU 选用一款超低功率的8位单片机PIC16F876，具有复位与晶振电路,通电即可工作。
在其外部扩展了SPl2、T5754 两个外设,与T5754的接口采用了3个I ／O 口,与SPl2的接口采用了6个I ／O 口。
RF 发射电路采用的是ATMEL 公司的T5754超高频（UHF）发射。
其是具有PLL 锁相环滤波电路的集成芯片，传送频率为429MHz 到439MHz，发送数据波特率可达32K，功耗小，可用于ASK 和FSK，本设计方案采用的发射载波频率为432.89MHz，另外再加上1个12.34MHz 的晶振，形成基频振荡，基频经32倍频即得所需发射频率[3]，如图3所示。
直接式胎压监测系统的设计
今 日电子 ・ ２ ０ 年 ９月 ０ ６
维普资讯
应用天地 ：汽车电子
电接收 模块 。该芯片的 工作 程图 ，接 通 电源后 ，接 收机先后进 行初 频率为 ３ ０ ５ ＭＨｚ 电压 始 化 和 配置 。 一 旦 确认 接 收机 配 置完 ０ ～４ ０ ，
用Ｐ Ｌ 率合成技术 ， Ｌ频 频率稳 定性 好 ， 具
有较 小 的 发 射功 率 ，最大 发 射 功率 达
ｂ ）数据接 收 、控制模块
０ １ｍＷ。其数据速率可达 ９ ６ ／ ，工 ．８ ．Ｋｂ ｓ 作电压为 １９ ．Ｖ， ． ～３６ 功耗低， 发射时 电流
直接式 气压检测装置是利用安 装在 图 １ 系统 结构框 图
片必须是低功 耗的。 ９ ０ ４ ０ Ｐ 多种压 力范 围，并可定制 ０ ／ｌ ０ ｋ ａ 量程 。 ３Ｔ Ｍ Ｐ Ｓ发射接 口电路设计 发射 接 口电路如 图２ 所示 。 无线 电发 送模块 ＭＣ ３ ９ 可进行 ＯＯＫ或 Ｆ Ｋ两 ３４ ３ Ｓ 种调制 ，工作 在 ３ ０ ５ ＭＨｚ ０ ～４ ０ 频段 ， 采
机输 出数据线 ＭＩ Ｏ，主 机 去 以供外部数 据接收和 存储。 Ｓ
Ｂ ｓｄ ＴＰ ａｅ ＭＳ（ Ｓ ＭＳ，简称直 接 为 ５ ０ ，因此节能是一 个十分重要 程 ， 一步节省 能耗。ＮＰ 还具 有极 Ｐ Ｂ ＴＰ ～ｌ 年 进 Ｘ１
式 ＴＰ ） ＭＳ
ｌ ＷＳ ＴＰＭＳ Ｂ
的课题 ，系统要 求所选用的 传感器等芯 佳的轮 胎介质兼容性 ， 可监Ｎ ４ ０ ７ ０ ］ Ｉ５ ／ ０ ／
许微控制器 与各 种外围接 口 个轮胎和 Ｉ Ｄ则要 与存储在 ＫＸ８存储器
器件 以 串行方 式进 行通 信 。 中的 ４ Ｉ 比较。如 果发现一个 相配 个 Ｄ值 Ｓ Ｉ 口使用四条线 ： Ｐ接 串行 时 的 Ｉ Ｄ，则 数据 就被处 理并 点亮 相应的
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《轮胎压力监测系统的设计》
轮胎压力监测系统的设计姓名：学号：指导教师：专业：班级：中国·2011年12月目录目录 (I)前言 (II)1.总体设计及主要元器件选择 (1)1．1轮胎模块 (1)1．1．1传感器 (1)1．1．2微处理器 (2)1．1．3发射芯片 (2)1．2监视器模块 (2)1．2．1接收芯片 (2)1．2．2微处理器 (2)1．2．3LCD显示器 (3)2.硬件电路设计 (3)2．1轮胎模块电路 (3)2．2监视器模块电路 (4)3软件设计 (4)3．1通信协议 (5)3．1．1数据载波波形 (5)3．1．2数据帧格式 (5)3．2轮胎模块的程序设计 (6)3．3监视器模块的程序设计 (6)结论 (8)前言前言随着汽车越来越多地进入家庭，汽车行驶的安全问题也成为人们越来越关注的话题。
汽车轮胎压力监测系统（TPMS）由此应运而生，它是继ABS、安全气囊后第3个重要的汽车安全电子产品，主要用于在汽车行驶过程中对轮胎气压、温度进行实时自动监测，并对出现的异常情况进行实时报警，是驾车者和乘车人员的生命安全保障预警系统。
目前TPMS的实现形式主要有两种：基于车轮转速的TPMS（Wheel-Speed Based TPMS），又叫“间接式TPMS”；基于压力传感器的TPMS （Pressure-SensorBased TPMS），又叫直接式TPMS”。
间接式TPMS是通过汽车ABS系统的轮速传感器比较车轮之间的转速差别，来确定轮胎压力的变化，这种方式现在用得不多。
直接式TPMS是在每个轮胎内使用压力传感器和温度传感器，然后把采集到的压力和温度信号通过有线或无线的方式传送到汽车驾驶室内的主控制器进行处理，目前大多数TPMS采用无线的方式进行压力和温度数据的传送。
现在直接式TPMS用得比较广泛。
在这种方式中，轮胎内轮胎模块一旦装上，电池就不断地工作，因此轮胎模块低功耗和车轮高速转动时射频接收灵敏度以及噪声抑制就成为系统设计的关键问题。
汽车胎压监测系统的设计方案
1 引言汽车在高速行驶中,轮胎故障是所有驾驶者最为担忧和最难预防的,也是突发性交通事故发生的重要缘故。
中国正进入家庭汽车的高速增加期，轮胎安满是汽车平安性能评判的重要指标，轮胎爆胎由于其不可预测性和不可操纵而成为突发性交通事故发生的重要缘故，造成庞大的经济损失和人员伤亡，极大地要挟着汽车的行驶平安。
适当的轮胎充气压力是保证汽车平安、平稳行驶的关键因素。
及时准确地对超过或低于轮胎压力标准范围的异样状态进行报警，是减少由轮胎爆胎引发的交通事故的有效途径。
于是汽车轮胎气压监测系统TPMS(Tire Pressure Monitoring System)开始取得开发与利用。
1．1 课题的背景据交警部门统计，轮胎爆胎、疲劳驾驶和超速行驶是造成高速公路交通事故的三个重要缘故，其中轮胎爆胎由于其不可预测性和不可操纵性而成为首要因素，在中国高速公路上发生的交通事故更有70%是由轮胎爆胎引发的。
据统计，在高速公路上发生的交通事故有70%-80%是由于爆胎引发的。
如何避免爆胎已成为平安驾驶的一个重要课题。
中国国家橡胶轮胎质量监督中心的专家分析，维持标准的轮胎气压行驶和及时发觉轮胎漏气是避免爆胎的关键。
而汽车胎压监视系统（TPMS：Tire Pressure Monitoring System）毫无疑问将是理想的工具。
凡世通（Firestone）轮胎的质量问题，造成了超过千人的伤亡，此事引发了业界和美国政府的高度关注，普利斯通/凡世通公司曾被迫一次收回650万只轮胎。
据美国汽车工程师学会最近的调查，美国每一年有26万交通事故是由于轮胎气压低或渗漏造成的，另外，每一年75%的轮胎故障是由于轮胎渗漏或充气不足引发的。
由于每一年造成的经济损失庞大，美国政府要求汽车制造商加速进展TPMS 系统，以求减少轮胎事故的发生。
针对这一问题，2001年7月，美国国家公路交通平安治理局（NHTSA）出台相应法案规定，法案要求到2007年，所有在美国销售的汽车都必需安装轮胎压力监视系统。
基于MSP430的直接式胎压检测系统的设计
第47卷增刊2008年7月中山大学学报(自然科学版)A C TA S C I EN TI A R U M N A T U R A L I U M U N I V E R S l T A TI S S U N Y A T SE N IV01．47Sup．Jul．2008基于M SP430的直接式胎压检测系统的设计+胡亚东，庄厝边，谢德英，陈弟虎(中山大学物理科学与工程技术学院，广东广州510275)摘要：系统以高性能高速单片机M SP430微控制器和抗干扰能力强的压力测量芯片SPl2T和无线射频收发芯片N R F2401为核心，按照完成的功能系统分为发射系统和接收系统。
根据系统的功能技术要求，进行了发射系统和接收系统的硬件部分和软件部分的设计。
发射系统主要进行压力、温度数据的采样，进行滤波处理后送给发射单元发送出去。
接收系统主要对接收到的数据进行处理，然后在液晶面板上显示出来，如果出现异常情况进行声光报警。
该系统具有实时性、可靠性、实用性、应用方便等特点。
关键词：轮胎压力；数据采集；无线传输中图分类号：TP393．11文献标识码：A文章编号：0529-6579(2008)S1-0001-04据美国汽车工程师学会统计，美国每年有26万起交通事故是由于轮胎气压偏低或渗漏造的。
而在中国高速公路的交通事故中，则有70％是因爆胎而引起。
因此，防止爆胎已成为安全驾驶的一个重要课题，而确保标准胎压则是防止爆胎的关键。
目前的汽车压力检测系统主要包括直接式和间接式。
直接式系统通过安装在轮胎内部的传感器直接检测胎内压力和温度状态；间接式则是通过安装在转轴上的传感器检测轮胎转动惯性进而推算出胎内的压力的。
由于直接式检测不受温度影响，因而比间接式系统检测更准确，是目前的主流。
直接式系统的核心是安装在轮胎内部的传感器模块，它在电池供电下可以工作3—5年，因此要求系统采用微功耗设计。
另外，由于是安装在轮胎内部，对传感器尺寸、重量以及可靠性都有严格要求。
胎压监测系统的设计)
成绩评定：传感器技术课程设计题目胎压监测系统的设计摘要轮胎压力监测报警系统(Tire PressureMonitoring System)主要用于在汽车行驶时实时的对轮胎气压进行自动监测。
目前各国研制的轮胎气压报警系统主要分为两种类型：一种是间接式，它通过汽车ABS(防抱制动系统)的轮速传感器及轮胎的力学模型，间接求出轮胎气压，以达到监视轮胎气压的目地；另一种是直接式，它利用安装在每一个轮胎里的以锂离子电池为电源的压力传感器来直接测量轮胎的气压，并通过无线调制发射到安装在驾驶台的监视器上，而监视器随时显示各种轮胎气压，驾驶者可以直观地了解各个轮胎的气压状况，当轮胎气压太低或有渗漏时，系统就会自动报警，确保行车安全。
市场研究机构Strategy Analytics的预测表明，直接系统技术将成为主流技术，2008年后所占份额将超过95%。
因为如果要使用间接式胎压监测系统，前提是车辆必须有ABS系统。
加上会影响轮胎转速的因素，除了胎压异常所导致外，行驶的路面也是主要原因，如行驶于雪地或湿滑路面时，空转会使某一轮胎的旋转次数大幅提高。
或者是当车子高速转弯时，车胎的抓地力已经无法克服过弯时的离心力，外侧轮胎与内侧轮胎的转动次数便有明显差异，这些情况便会出现错误警告信息。
另外，当四条轮胎的胎压同时下降，系统便失去判定的准则，警告信息自然就不会出现。
而且侦测功能仅在车辆行驶中才能发挥作用，对备胎或当车辆停滞时，便无法判断，还会出现误报现象。
关键词：胎压监测压力传感传感器 TPMS目录一、设计目的------------------------- 1二、设计任务与要求--------------------- 22.1设计任务------------------------- 22.2设计要求------------------------- 2三、设计步骤及原理分析 ----------------- 33.1设计方法------------------------- 3 3.2设计步骤------------------------- 43.3设计原理分析---------------------- 5四、课程设计小结与体会 ---------------- 19五、参考文献------------------------- 20一、设计目的轮胎是汽车行驶系统的重要部件，其性能的优劣直接影响汽车行驶的可操纵性、安全性和舒适性。
基于ZigBee的无线胎压监测系统的设计
ZigBee的新型的胎压监测系统（TPMS）的设计方案摘要：本文主要提出了基于一种新的无线技术——ZigBee的新型的胎压监测系统（TPMS）的设计方案。
鉴于ZigBee低成本、低功耗等特点，适用于胎压监测系统，目前业界还没有出现类似的设计方案。
本设计为直接式胎压监测系统，即在车辆轮胎上安装压力和温度传感器，通过ZigBee无线方式将胎压的信息传送给车内显示模块，并显示在液晶显示屏上。
由此可实时监测车辆的胎压情况，并在胎压异常情况下发出报警。
引言：随着商业用车和家庭用车的日益增多，汽车安全越来越受到人们的重视。
美国汽车工程师协会的调查统计表明，美国每年有26万起交通事故是由于汽车轮胎气压低或渗漏造成的，美国运输部国家公路交通安全管理委员会（NHTSA）制定的法规中规定：2003年11月到2006年10月31日期间，美国新出厂的轻型汽车将逐步引入胎压监测系统（Tire Pressure Monitoring System，TPMS）[1]。
可见，TPMS的研究和投产势在必行。
TPMS主要用于实时监测汽车轮胎温度和压力，当压力和温度超出或低于标准值范围时，系统发出蜂鸣或光报警信号，从而有效的避免交通意外的发生。
1 ZigBee技术简介ZigBee是一个简单的、低成本的网络通信技术，它应用于一些功率有限和对网络吞吐量无严格要求的设备之间的无线连接。
ZigBee能建立一个易于安装、有可靠的数据传输、通信距离短、成本低、极好的电池寿命的网络，并且能保持简单的和灵活的网络协议。
其主要技术特点如下：低成本：ZigBee通信模块的单位成本已经减小到两美元左右。
低功耗：发射功率为1mw，两节普通干电池可以用6个月到两年。
数据传输率低：ZigBee通信在免费2.4 GHz工业、科学、医学（ISM）的最高传输速率为250kbps，适用于报文吞吐量较小的通信应用场合。
信道接入方式采用CSMA-CA，能有效地减少了帧冲突。
胎压监测系统方案
胎压监测系统方案1. 引言胎压是指轮胎内气压的大小。
适当的胎压对于汽车的性能、安全性和燃油经济性非常重要。
然而，长时间的行驶或恶劣的路况可能会导致胎压的下降，从而给行车带来安全隐患。
为了解决这一问题，胎压监测系统应运而生。
本文将介绍一种胎压监测系统方案，包括其原理、硬件设计和软件开发。
2. 胎压监测系统原理胎压监测系统通过安装在车轮上的传感器来实时监测车辆的胎压情况。
这些传感器将胎压数据传输到汽车中央控制单元（ECU）中。
ECU通过接收到的数据来判断胎压是否低于预设范围，如果是则触发警报，提醒驾驶员进行相应的处理。
3. 硬件设计胎压传感器是该系统的核心硬件。
传感器通常由一个压力传感器、一个无线通信模块和一个电池组成。
压力传感器用于测量轮胎内的气压值，并将该值转化为电信号。
无线通信模块负责将测量得到的胎压数据发送到ECU。
电池提供传感器的电力供应。
该系统还需要一个接收器，用于收集传感器发送的胎压数据，并将其传输到ECU。
接收器可以通过蓝牙、Wi-Fi或其他无线通信技术与ECU进行连接。
4. 软件开发胎压监测系统的软件主要包括ECU端的软件和车载终端的软件。
ECU端软件负责接收和处理从传感器和接收器传来的胎压数据。
它会根据预设的胎压范围判断胎压是否过低，并触发相应的警报。
同时，ECU端软件还可以提供胎压历史记录和统计信息的功能，以帮助驾驶员进行车辆维护和胎压管理。
车载终端软件负责接收ECU端发送的警报和胎压信息，并在车辆仪表盘上显示。
驾驶员可以通过车载终端软件来监控胎压情况，并根据需要进行相应的处理。
5. 系统优势胎压监测系统方案具有以下几个优势：•实时监测：胎压监测系统可以实时监测车辆的胎压情况，驾驶员可以及时采取相应的措施，确保行车安全。
•节省能源：保持适当的胎压可以减少汽车的滚动阻力，达到节省燃料的目的。
•提高轮胎寿命：适当的胎压可以减少轮胎表面的磨损，延长轮胎的使用寿命。
•方便操作：驾驶员可以通过车载终端软件方便地监控胎压情况，无需繁琐的操作和编程。
轮胎压力与温度检测系统设计_毕业设计
汽车轮胎压力和温度监测系统设计摘要在汽车高速行驶中，轮胎故障是所有驾驶者最为担心和最难预防的，也是突发性交通事故发生的重要原因。
保持标准的压力和温度是防止爆胎的关键。
轮胎压力温度监视系统（TPMS）主要用于在汽车行驶时实时的对轮胎气压温度进行自动监测，对异常情况进行报警，以保障行车安全，是驾车者、乘车人的生命安全保障预警系统。
目前TPMS主要有两种类型：间接式和直接式．从测量精度和实时性来说．直接式优于间接式。
TPMS系统主要有二个部分组成：安装在汽车轮胎里的传感器模块和安装在汽车驾驶台上的系统主机。
一个TPMS系统有4个传感器模块。
系统主机向传感器模块发送激励信号，传感器模块响应系统主机发送回波信号，系统主机处理信号后把轮胎的压力和温度信息数据显示在屏幕上，供驾驶者参考。
如果轮胎的压力或温度出现异常，则报警，提醒驾驶者采取必要的措施；同时驾驶员可以根据实际情况设定温度和压力报警上下限。
关键词：TPMS，自动监测, 传感器, 主机系统AbstractHigh-speed driving in the car, tire failure was most worried about all the drivers and the most difficult to prevent, and it is important to sudden causes traffic accidents. Maintain the standard pressure and temperature are the key to prevent puncture. Tire pressure and temperature monitoring system (TPMS) is mainly used in the car driving on the tire pressure when the real-time automatic monitoring of temperature, warning of abnormal situations to ensure traffic safety, is the drivers, passengers, protection of life and safety of early warning systems . Currently there are two types of TPMS: indirect and direct style. Accuracy and real-time from it. Direct is better than indirect. TPMS system has two main parts: the installation of sensors in the car tires in the modules and installed in the car on the bridge of the system host. A TPMS system has four sensors modules. System of the host to send the excitation signal sensor module, sensor module sends echo response system host, the host processing system, signal the tire pressure and temperature information and data displayed on the screen for the driver information. If the tire pressure or temperature, abnormal, then the alarm to alert the driver to take the necessary measures; while the driver can set the temperature and pressure of the actual situation of alarm limits.Keywords: TPMS ， automatic monitoring，sensor， Host system目录摘要 (1)第1章引言 (5)1.1课题背景 (5)1.2 课题研究的意义 (5)1．3 TPMS的历史、现状和发展趋势 (6)第2章 TPMS原理及分类 (7)2.1 间接式TPMS系统 (7)2．2 直接式TPMS系统 (7)第3章系统设计要求 (9)3．1 系统工作环境 (9)3. 2 系统功能要求 (9)3．3 系统技术要求 (10)3．4 报警阀值设定 (10)第4章系统设计 (11)4．1 声表面波传感器 (11)4.1.1声表面波传感器介绍 (11)4.1.2 谐振器型传感器[13] (12)4.2 TPMS主机结构 (14)4.3 系统工作原理 (15)4.4 主要器件的选择 (15)4.4.1处理器 (15)4.4.2激励源 (16)4.5 系统电路原理图设计 (16)4.6硬件系统中关键部分的设计 (17)4.6.1激励信号的实现 (17)4.6.2开关设计 (19)4.6.3回波信号频率采集 (19)4.6.4 数据融合处理 (20)4.6.5 天线与匹配网络 (20)4.6.6 LCD显示 (21)4.7 MSP430模数转换 (22)4.8 系统工作流程 (24)结束语 (28)致谢 (29)参考文献 (30)附录 (32)第1章引言1.1课题背景随着汽车工业的飞速发展，人们在享受汽车高效便捷的同时，交通事故率也在不断提高，据统计，在高速公路上发生的交通事故有70％-80％是由于爆胎引起的。
直接型汽车轮胎压力监测系统设计
直接型汽车轮胎压力监测系统设计符气叶;李法春;周景川;程维荣【摘要】利用常用的单片机AT89C51、A/D转换器ADC804、显示模块LCD1601、射频模块NRF24L01以及传感器Model 3000等，设计一款实时监测汽车轮胎压力监测系统（TPMS）。
通过实验测试，该系统可以同时采集监控多个轮胎压力情况，满足汽车轮胎胎压监控的功能。
%Based on microcontroller AT89C51, A/D converter ADC804, display module LCD1601, RF module NRF24L01, sensor Model 3000, etc., a real-time tire pressure monitoring system (TPMS) is designed. The experimental tests show that the system can simultaneously collect and monitor multiple tire pressures to realize the function of automobile tire pressure monitoring.【期刊名称】《安徽电子信息职业技术学院学报》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】5页(P17-21)【关键词】直接型TPMS;单片机控制;无线通信【作者】符气叶;李法春;周景川;程维荣【作者单位】广东农工商职业技术学院，广东广州 510507;广东农工商职业技术学院，广东广州 510507;广东农工商职业技术学院，广东广州 510507;广东农工商职业技术学院，广东广州 510507【正文语种】中文【中图分类】TN702汽车轮胎压力监测系统（Tire Pressure Monitoring System，简称TPMS）是一种有效预防轮胎气压问题的汽车主动安全装置，该系统能能实时监测汽车在行驶过程中轮胎的气压以及胎内温度，当气压异常、温度异常时TPMS能及时产生报警信号，从而有效降低由于轮胎爆炸引起的交通事故，保证汽车与驾驶人员的行车安全；同时提高了汽车操控性能，降低油耗，增加了轮胎的使用寿命[1,2]。
直接式轮胎压力监测系统设计
数据存储和传输协议
数据存储：采用SQLite数据库进行数据存储 数 据 传 输 协 议 ： 采 用 M QT T 协 议 进 行 数 据 传 输 数据加密：采用AES加密算法进行数据加密 数据备份：采用云备份方式进行数据备份
系统软件架构和模块化设计
软件架构：分层设计，包括数据采集层、 数据处理层和应用层
直添加接副式标轮题 胎压力监 测系统设计
汇报人：
目录
PART One
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PART Three
直接式轮胎压力监测 系统的硬件设计
PART Two
直接式轮胎压力监测 系统概述
PART Four
直接式轮胎压力监测 系统的软件设计
PART Five
直接式轮胎压力监测 系统的测试和验证
PART Six
系统局限性分析
成本较高：直接式轮胎压力监测系统需要安装传感器，成本相对较高 维护困难：传感器需要定期更换，维护成本较高 易受干扰：传感器容易受到外界干扰，影响监测准确性 故障诊断困难：传感器故障诊断困难，需要专业人员进行诊断和维修
未来改进方向和展望
提高监测精度： 通过优化传感器 设计和算法，提 高监测的准确性 和实时性
系统功能和性能测试
测试项目：压力、温度、 速度等
测试方法：模拟实际路况， 进行长时间测试
测试结果：系统稳定性、 准确性、响应速度等
测试标准：符合相关行业 标准和法规要求
实际应用场景验证
道路测试：在不 同路况下进行测 试，如城市道路、 高速公路、山路 等
极端环境测试： 在极端天气条件 下进行测试，如 高温、低温、雨 雪等
监测系统的重要性
提高行车安全： 实时监测轮胎 压力，及时发 现异常情况， 降低事故风险
基于无线传感器和CAN总线的直接式轮胎压力监测系统
第29卷 第4期2008年4月仪器仪表学报C h i n e s e J o u r n a l o f S c i e n t i f i c I n s t r u m e n tV o l .29N o .4A p r .2008 收稿日期:2007-01 R e c e i v e dD a t e :2007-01 ＊基金项目:国家863计划项目(2004A A 404270)资助基于无线传感器和C A N 总线的直接式轮胎压力监测系统＊冷 毅1,2,李青侠1,4,刘 胜3,4,董天临1(1 华中科技大学电子与信息工程系 武汉 430074;2 空军雷达学院电子对抗系 武汉 430019;3 华中科技大学微系统研究中心 武汉 430074;4 飞恩微电子有限公司 上海 201203)摘 要:轮胎压力是影响轮胎性能的重要参数。
轿车在轮胎压力不足或者过高的状况下行使,不但导致轮胎过热和影响轿车的操纵,增加了爆胎的可能性,而且降低轮胎的寿命和燃油效率。
轮胎压力监测系统通过监测轮胎内部的压力、温度和车轮运动状态,使得在一个或者多个轮胎出现压力异常时能够自动地向驾驶员发出警告。
本文设计了一种基于无线传感器和C A N 总线的直接式轮胎压力监测系统,包括:总体方案、硬件设计、软件设计、抗干扰设计。
经大量的实验室台架实验和实况路面车载测试表明:该系统总线通信无误帧,无线信号传输可靠,轮胎内部监测准确及时。
关键词:无线传感器;C A N 总线;胎压监测;测试中图分类号:U 471.24 文献标识码:A 国家标准学科分类代码:460.40D i r e c t t i r e p r e s s u r e m o n i t o r i n g s y s t e m b a s e do n w i r e l e s s s e n s o r a n dC A Nb u sL e n g Y i 1,2,L i Q i n g x i a 1,4,L i u S h e n g 3,4,D o n g T i a n l i n1(1D e p a r t m e n t o f E l e c t r o n i c s a n dI n f o r m a t i o n ,H u a z h o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ,W u h a n 430074,C h i n a ;2D e p a r t m e n t o f E l e c t r o n i c C o u n t e r m e a s u r e s ,A F R A ,W u h a n 430019,C h i n a ;3I n s t i t u t e o f M i c r o s y s t e m s ,H u a z h o n gU n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y ,W u h a n 430074,C h i n a ;4F i n e M E M S I n c .,S h a n g h a i 201203,C h i n a )A b s t r a c t :T i r e p r e s s u r e i s a v e r y i m p o r t a n t p a r a m e t e r t h a t a f f e c t s t i r e p e r f o r m a n c e i n r e a l d r i v i n g c o n d i t i o n s .D r i v i n go n a s i g n i f i c a n t l y u n d e r -i n f l a t e d o r o v e r -i n f l a t e d t i r e n o t o n l y c a u s e s t h e t i r e o v e r h e a t i n g a n d m a y a f f e c t v e h i c l e h a n -d l i n g a n d i n c r e a s e s t h e l i k e l i h o o d o f t i r e b l o w o u t ,b u t a l s o r e d u c e s f u e l e f f i c i e n c y a n d t i r e t r e a d l i f e .T h u s i t i s n e c -e s s a r y t o e q u i p a c a r w i t h a t i r e p r e s s u r e m o n i t o r i n g s y s t e mt h a t i l l u m i n a t e s t h e t i r e p r e s s u r e t e l l t a l e w h e n o n e o r m o r e o f t h e c a r t i r e s a r e s i g n i f i c a n t l ya b n o r m a l .Ad i r e c t p a s s e n g e r c a r t i r e p r e s s u r e m o n i t o r i n g s y s t e m (T P M S )i s d e -s i g n e d i n t h i s p a p e r .B a s e d o n w i r e l e s s s e n s o r a n dc o n t r o l a r e a n e t w o r k (C A N )b u s ,t h e o v e r a l l c o n t r o l s c h e m e ,h a r d w a r e d e s i g n ,s o f t w a r e d e s i g n ,a n d a n t i -i n t e r f e r e n c e d e s i g n o f t h e s y s t e ma r e p r e s e n t e d .T h e b e n c h t e s t i n t h e l a b a n d t h e v e h i c l e -c a r r y i n g t e s t s h o w t h a t t h e C A Nb u s c o m m u n i c a t i o n i s s t a b l e ,t h e w i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n i s r e l i a b l e ,a n d t h e T P M S i s c a p a b l e o f p r o v i d i n g a n a d e q u a t e a n d t i m e l y w a r n i n g t o t h e d r i v e r .K e y w o r d s :w i r e l e s s s e n s o r ;C A Nb u s ;t i r e p r e s s u r e m o n i t o r i n g ;t e s t712 仪 器 仪 表 学 报第29卷1 引 言据美国汽车工程师协会(S o c i e t y o f A u t o m o t i v e E n g i-n e e r s:S A E)的调查统计表明,美国每年有26万起交通事故是由于轮胎故障造成的,而75%的轮胎故障是由于轮胎压力不足或渗漏引起的[1]。
轮胎压力监测系统设计
摘要轮胎压力监测系统(Tire Pressure Monitoring System，TPMS)是车辆安全行驶的重要保障之一，在汽车电子技术高速发展和对汽车安全性能要求更高的前提下，对TPMS 系统的研究和设计具有广泛的应用前景，并能带来良好的经济效益和社会效益。
论文深入分析了TPMS技术的研究现状和发展趋势，并对比了间接式TPMS和直接有源式TPMS的优缺点。
选择直接有源式TPMS作为本文的研究目标，利用嵌入轮胎中的传感器检测轮胎的压力、温度以及供电电池的电压等参数，并通过无线射频方式发射到安装在驾驶室的监视器上。
监视器实时显示各轮胎参数，在出现异常时及时发出相关告警信息。
论文针对直接有源式TPMS技术实现的主要难点问题，包括系统预警的准确性和可靠性、检测传感器模块的低功耗性能等，开展了以下工作：1)对RF发射部分进行详细设计，包括发射天线的匹配网络、无线通信协议以及RF 发射管理机制等；2)提出改进的基于多传感器融合技术的预警算法，有效提高系统预警的正确性，避免告警信号的漏报和误报；3）分析TPMS应用的电磁环境，在电磁兼容性设计层面上，阐述了系统的软硬件设计方案；4)在选择极低功耗检测传感器等器件的基础上，选择更适合应用环境的锂亚供电电池，并采取良好的电源管理机制；5)充分考虑TPMS与其他车载设备之间的信息共享问题，进行基于CAN总线的联机通信设计。
测试表明，所设计的直接有源式TPMS系统有效地提高了检测精度和预警的准确率，较好地达到了预期设计目的。
关键词：TPMS，无线通信，电磁兼容，预警算法，CAN目录摘要 (I)目录 (II)第1章绪论 (1)1.1 导言 (1)1.2 TPMS研究现状 (1)第2章 TPMS原理及方案设计 (3)2.1 TPMS工作原理 (3)2.2 系统整体方案设计 (3)2.2.1 系统设计要求········································32.2.2 系统方案论证与设计 (5)2.3 本章小结 (7)第3章轮胎参数检测与发射模块的硬件设计 (8)3.1 轮胎参数检测模块设计 (8)3.2 系统低功耗设计 (9)3.3 无线发射单元设计 (10)3.3.1 天线匹配网络及设计 (11)3.3.2 无线通信协议设计 (16)3.4 TPMS检测发射模块的安装 (19)3.5 本章小结 (20)第4章中央接收与处理模块的硬件设计 (21)4.1 中央接收与处理模块总体设计 (21)4.2 核心微控制器及RF接收单元设计 (21)4.3 差错检测技术设计 (25)4.4 人机接口硬件设计 (26)4.5 联机通信单元设计 (28)4.5.1 与ECU通信设计 (28)4.5.2 车轮行驶状态信息共享设计 (29)4.5.3 USB通信接口设计 (30)4.6 看门狗与存储电路设计 (31)4.7 TPMS轮胎定位技术 (32)4.8 本章小结 (33)第5章系统软件设计···········································345.1 轮胎参数检测与发送程序设计 (34)5.2 中央接收与处理模块程序设计 (36)5.3 联机通信单元程序设计 (38)5.3.1 CAN通信程序设计 (38)5.3.2 车轮状态检测程序设计 (40)5.3.3 USB通信程序设计 (41)5.4 HMI程序设计 (42)5.5 本章小结 (43)参考文献 (44)第1章绪论1.1 导言未来数年内，安全性一直是推动轮胎压力监控系统(TPMS)发展的主要动力，因为许多交通事故的发生都与轮胎的缺陷有关，因此，TPMS有望成为发展最快的汽车电子应用。
汽车胎压监视系统的设计方案
汽車胎壓監視系統的設計方案上網時間: 2005年03月20日打印版推薦給同仁發送查詢汽車胎壓監視系統(TPMS)主要用於在汽車行駛時即時地對輪胎氣壓進行自動監測，對輪胎漏氣和低氣壓進行警報，以保障行車安全，是駕車者和乘車人員的生命安全保障預警系統。
本文詳細介紹了TPMS系統的組成以及元件選擇、節能和安裝等設計考慮因素。
在汽車的高速行駛過程中，輪胎故障是所有駕駛者最為擔心和最難預防的，也是突發性交通事故產生的重要原因。
據統計，在高速公路上產生的交通事故有70%-80%是由於爆胎引起的，怎樣防止爆胎已成為安全駕駛的一個重要課題。
據有關專家的分析，保持標準的車胎氣壓行駛和及時發現車胎漏氣是防止爆胎的關鍵，而TPMS毫無疑問將是理想的工具。
目前，TPMS主要分為兩種類型：一種是基於車輪速度的TPMS(WSB TPMS，間接式TPMS)，這種系統是透過汽車ABS系統的輪速感測器來比較輪胎之間的轉速差別，以達到監視胎壓的目的，該類系統的主要缺點是無法對兩個以上輪胎同時缺氣的狀況和速度超過100公里/小時的情況進行判斷；另一種是基於壓力感測器的TPMS(PSB TPMS，直接式TPMS)，這種系統是利用安裝在每一個輪胎裏的壓力感測器來直接測量輪胎的氣壓，並對各輪胎氣壓進行顯示及監視，當輪胎氣壓太低或有滲漏時，系統會自動警報。
PSB TPMS在功能和性能上均優於WSB TPMS。
許多歐洲的汽車廠商已將PSB TPMS配裝於自己的車型之中，其中包括德國寶馬的Z8、法國雪鐵龍的C5、林肯大陸、克萊斯勒與道奇迷你箱型車以及Chrysler 300M與Concorde Limited客車、龐帝克的旗艦Bonneville SE等。
目前中國大陸多數汽車廠商還沒有進行這方面的研究，但隨著國際化的要求和國產汽車的出口，對這部份的研發將具有迫切需求。
TPMS系統組成PSB TPMS主要由安裝在汽車輪胎內的壓力、溫度感測器和訊號處理單元、RF 發射器組成的TPMS發射模組，以及安裝在汽車駕駛台上包括數位訊號處理單元的RF接收器、液晶顯示器(LCD)組成。
直接式TPMS轮胎压力监测系统设计
直接式TPMS轮胎压力监测系统设计驶安特汽车电子金爱武摘要：着重介绍实现轮胎压力监测系统〔TPMS〕的电路设计和相关技术问题。
TPMS系统由压力传感器模块和中央接收机组成。
压力传感器SP12、微控制器和433 MHz收发一体射频IC(nRF401)组成的压力传感器模块，完成轮胎压力的采集和发射任务。
接收机接收压力信息，并进行处理。
关键词：TPMS 轮胎压力监测nRF401 射频引言伴随着城市交通技术的不断开展，人们在享受高速公路高效便捷方式的同时，随之引发的交通事故率也在提高，其中由于轮胎的气压引起的比例高达80％，这种现象使得人们要对行驶中的轮胎气压进行监测。
一些兴旺国家陆续推出了相关法案〔美国的TREAD法规〕，要求新车装配中必须装配能够对行驶中的轮胎气压实时监测的平安电子装置。
因此，在未来汽车上加装轮胎压力监测系统〔TPMS〕，也必将和ABS、平安气囊一样，是必然的开展趋势。
轮胎压力监测系统全天候对轮胎里的压力进行监测，对轮胎的漏气和低压、高压进行报警，使车辆始终处于平安运行状态。
1 系统设计TPMS系统由轮胎压力传感器和接收机组成。
轮胎压力传感器选用Microchip公司的PIC16F628A低功耗8位MCU，压力传感器选用英飞凌的SP12，射频IC选用Nordic公司的nRF401。
装在轮胎里的压力传感器将轮胎里的压力、温度信息传送给驾驶室里的接收机，让司机随时了解轮胎中的气压情况，如图1所示。
1.1 射频电路在图2所示的射频信号电路中，采用挪威Nordic公司的nRF401器件，该器件是433 MHz ISM频段的单片UHF无线收发IC。
它采用FSK的调制解调技术，其最高工作速率可达20 kb，发射功率可调，最大达10 dBm。
根本技术指标如下：中心载频点为433.92/434.33 MHz；最大发射功率为10 dBm；工作电压为2.7~5.25 V；接收时消耗电流为250 μA，发射时最大为28 mA，待机电流为8 μA。
基于单片机的直接式汽车轮胎监测系统设计
19随着经济发展和社会进步,越来越多的人们选择汽车作为日常出行的代步工具,汽车安全也成为保障人身和财产安全的重要部分。
而汽车轮胎是影响汽车安全的关键因素,不标准的轮胎气压将严重影响汽车安全行驶。
汽车轮胎压力监测系统(TPMS)能够实时监测轮胎内部的气压和温度等参数,当轮胎发生漏气或者别的原因导致轮胎内部气压不在标准范围内时会发出报警提示驾驶员做出相应措施。
1 系统总体设计系统分为轮胎压力温度检测模块和车载胎压监测模块。
轮胎压力温度检测模块通过传感器采集轮胎内部数据,通过单片机处理并由无线发送。
车载胎压监测模块通过无线接收数据,传送到单片机处进行数据处理并在LCD液晶显示屏上显示,如果超出设定范围会进行声光报警。
系统总体框图如图1所示。
2 系统硬件设计2.1 单片机STM32F103ZET6核心元件控制器采用ARM公司的Cortex-M3内核的32位单片机STM32F103ZET6。
STM32F103ZET6引脚图如图2所示。
2.2 轮胎压力、温度检测传感器SP12轮胎压力、温度检测传感器是TPMS的核心部分。
SP12芯片是德国英飞凌公司面向汽车轮胎压力监测系统设计的芯片,该芯片整合了压力、温度、加速度、电量监测四种功能,集成到了一片芯片上,使得集成度更高,数据采集更加合理,整体设计的体积减小。
SP12采用SPI串行通讯接口连接单片机或其他控制器,连接电路简单,只需4根线即可实现双全工通讯,节约芯片的管脚,同时为PCB设计布局节约了空间。
SP12接口电路图如图3所示。
2.3 液晶显示器ATK-4342 RGBLCD V1.4模块ATK-4342 RGBLCD V1.4模块是一块4.3寸的LCD模块。
该模块屏幕分辨率为480×272,最高支持24位真彩显示,该模块不带控制器,所以只能用自带显示控制器的MCU或CPU进行控制。
而本设计采用的MCU带有FSMC总线接口,可以直接连接显示模块进行数据显示。
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直接式胎压监测系统的设计
美国汽车工程师协会的调查统计表明，美国每年有26 万起交通事故是由
于汽车轮胎气压低或渗漏造成的，美国运输部国家公路交通安全管理委员会（NHTSA）制定的法规中规定：2003 年11 月到2006 年10 月31 日期间，美
国新出厂的轻型汽车将逐步引入胎压监测系统（Tire Pressure Monitoring System，TPMS）。
可见，TPMS 的研究和投产势在必行。
胎压的常用测试方法
目前，胎压监测系统主要分为两种类型：一种是Wheel-Speed Based TPMS（WSB TPMS，简称间接式TPMS），另一种是Pressure-Sensor Based TPMS（PSB TPMS，简称直接式TPMS） 1 WSB TPMS 间接式气压监测的工
作原理是:当某轮胎的气压降低时，该轮的滚动半径将变小，导致其转速比其他
车轮快。
通过比较轮胎之间的转速差别，以达到监视胎压的目的。
间接式轮胎
报警系统实际上是依靠计算轮胎滚动半径来对气压进行监测。
a）数据采集
发送模块b）数据接收、控制模块图1 系统结构图
2 PSB TPMS 直接式气压检测装置是利用安装在每一个轮胎里的压力传感器
来直接测量轮胎的气压，并对各轮胎气压进行监视及显示，当轮胎气压太低或
有渗漏时，系统会自动报警。
本系统采用直接式气压检测方式。
依据上述工
作原理，本系统包括5 个模块：4 个用于轮胎内的监视模块和一个用于车内的
接收模块。
监视模块又包括传感器和发射模块。
TPMS 的硬件电路设计 1 系
统整体设计TPMS 采用了无线双向通信方式对汽车轮胎的压力和温度进行实时
监测。
系统的结构框图如图1 所示。
TPMS 模块通常在一节锂电池下工作，工
作时间为5～10 年，因此节能是一个十分重要的课题，系统要求所选用的传感
器等芯片必须是低功耗的。
轮胎监测模块嵌入到轮胎内部，主要用来监测轮
胎内部的气压和温度状况，并通过无线调制方式发送到主机显示模块，故轮胎。