基于汽车安全胎压监测系统设计与实现
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１ 图２采集端系统框图
ＴＰＭＳ的功耗问题是胎压监测系统设计的关 键，不仅采集端需要功耗，而主机的功耗也同样需引 起注意。为了降低功耗，系统采用英飞凌公司的 ＳＰｌ２多功能传感器。该传感器具有唤醒瞬态工作 模式，即每６ｓ输出一个唤醒信号，每５０ｒａｉｎ输出一 个复位信号；工作在睡眠模式时，电流消耗仅０．６ 阻Ⅳｓ。ＳＰｌ２传感器内置有加速度检测功能，可以 根据车子的运行情况，来判断是否需要信号的发射 和发射信号的频率，从而较好的降低采集端的功耗。
汽车高速运行时，由车载电源给系统供电。当遇到 发电不稳或汽车缓慢运行时，系统切换到充电电池 供电。在车辆正常行驶情况下，车载电源可以对电 池进行充电，从而可以保证主机系统一直处于运行 的状态。其电源电路图如图３所示。
囡垌酽 隅明、
圈１胎压监测系统组成图 ３
以ｐ
图３电源电路图
系统软件设计
２系统硬件设计
第８卷第２期
２０１２年２月
中国安全生产科学技术
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓａｆｅｔｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖ０１．８ Ｎｏ．２ Ｆｅｂ．２０１２
文章编号：１６７３—１９３Ｘ（２０１２）一０２—０１５３—０５
基于ＳＰｌ ２汽车安全胎压监测系统设计与实现
余修武１一，杨显阳２，马汝成３，王云兴３，余员琴３
第８卷
２９２ＫＰａ时，轮胎温度与气压达到饱和状态，气压误 差为０。由于测量仪器和传感器均存在着误差，根 据传感器的气压精度可知，气压误差在设计范围 （一４—４ｋｇ／ｃｍ２）之内。因此设计的ＴＰＭＳ具有一定
的可靠性。 （２）温度的模拟测试
２３—３２。Ｃ，本文只针对左、右前轮进行研究，汽车在 乎直的路面上，观察轮胎气压与温度的变化情况。
温度：００．ｏｏ℃
气压：０００ＫＰａ 电量：００．０％ 更改地址
ＴＰＭＳ的液晶显示界面
给装有采集端的轮胎充人一定量的气体，观察 主机液晶屏上显示的压力值和温度值，来验证系统 通信地可靠性。每次对轮胎充气４ ｋｇ／ｃｍ２，并记录 数据，充气数据绘出的图形如图６所示，气压误差图
如图７所示。
６ ２ ８ ４ Ｏ
二二工二二
读取ＳＰｌ２
压力和加速度
发送正
常指令
数据包
否
磊搴 —≤
一，ｍ．∞］Ｉ）善∞２山
图４轮胎采集模块主程序流程图
６ ２ ８ ４ Ｏ
发送紧急指令数据包
凹 勰骆勰拍”拍；写掬６ 强
３．３中央显示模块设计
０
１
２
３
４
５
６
７
８
９
１０
１ｌ
刀ｍ
为了提高系统便捷的交互方式，中央显示模块 采用带触摸屏的ＬＣＤ显示器作为人机交互接口。 ＴＰＭＳ液晶上的工作界面显示前左轮、前右轮、后左 轮、后右轮的压力、温度和电量、汽车图像、信号接收 与否等的显示，其显示图如图５所示。其中，当不能 检测到信号以及汽车气压过高、温度过低及电量不 足时，信号标记出现“×”；当可以较好的接收到信 号，则显示，而且每隔一段时间闪烁一下，并能对接 收到的信号进行更新。触摸屏液晶显示模块进行温 度、压力等信息的显示，接线简单、显示内容丰富、亮 度好，并不受光线强弱的影响，同样也便于人工
收稿日期：２０１１—０９—３０ 作者简介：余修武，副教授，博士。
万方数据
１５４
中国安全生产科学技术
第８卷
０引言
行驶中的车辆轮胎爆裂是诱发交通Baidu Nhomakorabea故的主要 原因之一，胎压监测系统（Ｔｉｒｅ
Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ
ｎＲＦ２４Ｌ０１射频模块接收数据，经过ＬＭ３Ｓｌ １３８分析 与处理，最终结果在３．２寸Ｔｒｒ彩色液晶屏上显示。 采集系统使用３．３Ｖ高能锂电池进行供电，如图２ 所示。
ａｃｔｉｖｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ．Ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｉｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｒｅｖｅｎｔ ｔｈｅ
ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ ｓｃｒｅｅｎ ａｓ
ｈｕｍａｎ—ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｉｎｔｅｒ—
万方数据
第２期
中国安全生产科学技术
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确率，从而使系统接收到稳定可靠的信号。 ３．２轮胎采集模块流程 对于轮胎采集模块的主程序设计，需要考虑的 问题有：功率消耗、信号碰撞及无线信号干扰等。在 胎压检测模块程序设计的过程中，要求程序具有控 制轮胎数据采集时间的功能，在这里可通过传感器 ＳＰｌ２唤醒来实现。图４为轮胎采集模块主程序流
（１．武汉理工大学，武汉４３００７０） （２．杭州电子科技大学，杭州３１００１８） （３．江西渝州科技学院，新余３３８０２９） 摘要：为了降低胎压监测系统的功耗和优化胎压监测系统的显示方式，设计了一种基于ＳＰｌ２传 感器的安全胎压监测系统方案。从硬件和软件两方面描述了系统的设计实现方法。在硬件设计 上，采用车载电源和充电电池两种方式对主机进行供电，同时，系统应用ＳＰｌ２多功能传感器降低 功耗。在软件设计上，着重介绍了轮胎采集模块和中央显示模块的设计。为进一步优化系统的显 示方式，中央显示模块采用带触摸屏的ＬＣＤ显示器作为人机交互接口。实际测试结果表明，该系 统可实时监测每个轮胎内部的实际温度、压力和电压，确定故障轮胎并实时报警，有效避免爆胎事 故的发生。另外，系统在安全性、低功耗以及可靠性方面具有一定的优势，这也符合智能车辆研究 的发展趋势。 关键词：ＴＰＭＳ；ＳＰｌ２；安全胎压监测系统；低功耗；液晶显示 中图分类号：Ｘ９５１；ＴＰ２１６ 文献标识码：Ａ
主机供电方式有车载电源和充电电池两种方式。当
系统描述
胎压监测系统（ＴＰＭＳ）组成如图ｌ所示，ＴＰＭＳ
由轮胎监测模块和中央接收模块组成，中央接收模 块和轮胎监测模块通过无线通信进行信号传输。轮 胎监测模块采集轮胎内部气压、温度、加速度、电量 等，并通过无线传输将采集到的信号传送到中央接 收模块内部的控制器，然后控制器对信号分析与处 理，将信号最终通过液晶显示屏显示，从而可以实时 的监测轮胎的气压异常和高温异常。
根据液晶屏显示的结果，记录数据如表２所示。
表２温度与气压随汽车行驶的数据 汽车行驶路程 （ｋｍ） 左前胎 右前胎
Ｓｙｓｔｅｍ，ＴＰＭＳ）作为预防轮胎爆裂的有效手段，引 起了国内外相关科研机构和汽车生产厂商的广泛关 注“…。目前，ＴＰＭＳ主要分为问接式ＴＰＭＳ和直接 式ＴＰＭＳ”ｏ两类。与直接式ＴＰＭＳ相比，间接式 ＴＰＭＳ＿１“具有安装简单、寿命长等优点，但也存在 准确率低、系统校准极其复杂、无法对故障轮胎进行 定位、同轴轮胎气压同时偏低时等情况下系统无法 正常工作等缺点，因而实际应用不多。直接式 ．ｒＰＭｓ通过轮胎内置检测模块直接测量胎压、胎温， 易于快速准确定位故障轮胎，但功耗问题有待进一 步解决‘“。本文提出了一种基于传感器ＳＰｌ２的新 型胎压监测系统设计方案，在数据测试过程中，监测 系统能够对高压、低压、高温等异常情况进行自动 报警。
胎压监测系统的采集端利用传感器ＳＰｌ２采集 轮胎气压、温度和电量等数据，将接收到的数据通过
ｎＲＦ２４ＩＤｌ无线模块发送到主机。主机通过
３．１无线通信协议
ＴＰＭＳ在无线传输时，存在着噪声干扰和传播 损耗。为了提高无线通信的传输准确率，系统通过 ＦＳＫ调制Ⅲ，ＣＲＣ编解码㈨来减少系统传输的误码 率，改善系统的抗干扰能力，提高无线通信的传输准
ｗａｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ．Ｔｈｅ
ｄｅｓｉｇｎ
ａｎｄ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｗｅｒｅ ｄｅ—
ｗｅｒｅ
ｓｃｒｉｂｅｄ ｆｒｏｍ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｉｎ ｈａｒｄｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ，ｖｅｈｉｃｌｅ ｐｏｗｅｒ ａｎｄ ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ ｂａｔｔｅｒｙ ｐｏｗｅｒ ｐｌｉｅｄ
Ｃａｎ ａｎｄ
ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｍｏｎｉｔｏｒ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ａｌｅｒｔｓ，ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ
ａｎｄ
ｖｏｌｔａｇｅ ｏｆ ｔｉｒｅｓ ｉｎ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ，ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｆａｕｌｔ ｔｉｒｅｓ
ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｔｉｒｅ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ａｃｃｉｄｅｎｔ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｉｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｐｏｓｓｅｓｓｅｓ
Ｄｉａｎｚｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ
３１００１８，Ｃｈｉｎａ）
ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｘｉ
Ｙｕｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉｎｙｕ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ
ｔｏ
ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｓａｆｅｔｙ ｔｉｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚｅ
操作。
一，。ＩＬ堂ｖ、ｐＩＴ∞ 口主
２ ４
图６气压数据图
３
ｌ
Ｏ ０ ｌ ２ ３ ４ ５ Ｔ／ｍ ６ ７ ８ ９ １０ １１
４
系统测试
静态实验
图７气压误差图
４．１
（１）压力的模拟测试 万方数据
由气压数据图与气压误差图可知，随着气压的 升高，轮胎内部的温度在不断的升高。当气压达到
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中国安全生产科学技术
（１．Ｓｃｈｏｏｌ （３．Ｓｃｈｏｏｌ
ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
４３００７０，Ｃｈｉｎａ） ３３８０２９，Ｃｈｉｎａ．）
（２．Ｓｃｈｏｏｌ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ
ｓｏｍｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｉｎ ｓｅｃｕｒｉｔｙ，ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｂｅｉｎｇ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｏｔ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＴＰＭＳ；ＳＰｌ２；ｓａｆｅｔｙ ｔｉｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；ｌｏｗ—ｐｏｗｅｒ；ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｓａｆｅｔｙ ｔｉｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ
ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ＳＰｌ ２
ＹＵ Ｘｉｕ—ＷＨｌ，３，ＹＡＮＧ Ｘｉａｎ．ｙａｎ９２，ＭＡ Ｒｕ—ｃｈｅｎ９３，ＷＡＮＧ Ｙｕｎ—ｘｉｎ９３，ＹＵ Ｙｕａｎ．ｑｉｎ３
ｔｏ
ａｐ—
ｐｒｏｖｉｄｅ ｐｏｗｅｒ ｆｏｒ ｈｏｓｔ．Ａｔ ｔｈｅ
ｓａｌｎｅ
ｔｉｍｅ，ｉｎ ｏｒｄｅｒ
ｔｏ
ｒｅｄｕｃｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｉｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ
ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｐｐｌｉｅｄ ＳＰｌ２ ｍｕｌｔｉ—ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｓｅｎｓｏｒ．Ｉｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｉｒｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ ａｎｄ ｃｅｎｔｒａｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｍｏｄｕｌｅ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ｔｏ ｆｕｒｔｈｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｙ ｍｏｄｅ ｏｆ ｔｉｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｃｅｎｔｒａｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｍｏｄｕｌｅ ｕｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｍｏｎｉｔｏｒ ｗｉｔｈ ｔｏｕｃｈ
程图。
加电启动Ｉ 看门狗使能卜——一 ＳＰｌ２ 定时唤醒
初始化ＮＲＦ２４Ｌ０１ 发送地址 进入睡眠 省电模式 发送正常指令
数据包 前左轮胎
温度：００．００℃
气压：０００ＫＰａ 电量：００．Ｏ％ 更改地址 后左轮胎 温度：００．００℃ 气压：０００ＫＰａ 电量：００．Ｏ％ 更改地址
＼
／／
图５
／ ＼
前右轮胎 温度：ＯＯ．００℃ 气压：０００ＫＰａ 电量：００．０％ 更改地址 前右轮胎
ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｙ ｍｏｄｅ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｓａｆｅｔｙ ｔｉｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ａ ｄｅｓｉｇｎ ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｓａｆｅｔｙ ｔｉｒｅ
ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ
ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ＳＰｌ２
ｓｅｎｓｏｒ
ＴＰＭＳ的功耗问题是胎压监测系统设计的关 键，不仅采集端需要功耗，而主机的功耗也同样需引 起注意。为了降低功耗，系统采用英飞凌公司的 ＳＰｌ２多功能传感器。该传感器具有唤醒瞬态工作 模式，即每６ｓ输出一个唤醒信号，每５０ｒａｉｎ输出一 个复位信号；工作在睡眠模式时，电流消耗仅０．６ 阻Ⅳｓ。ＳＰｌ２传感器内置有加速度检测功能，可以 根据车子的运行情况，来判断是否需要信号的发射 和发射信号的频率，从而较好的降低采集端的功耗。
汽车高速运行时，由车载电源给系统供电。当遇到 发电不稳或汽车缓慢运行时，系统切换到充电电池 供电。在车辆正常行驶情况下，车载电源可以对电 池进行充电，从而可以保证主机系统一直处于运行 的状态。其电源电路图如图３所示。
囡垌酽 隅明、
圈１胎压监测系统组成图 ３
以ｐ
图３电源电路图
系统软件设计
２系统硬件设计
第８卷第２期
２０１２年２月
中国安全生产科学技术
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓａｆｅｔｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖ０１．８ Ｎｏ．２ Ｆｅｂ．２０１２
文章编号：１６７３—１９３Ｘ（２０１２）一０２—０１５３—０５
基于ＳＰｌ ２汽车安全胎压监测系统设计与实现
余修武１一，杨显阳２，马汝成３，王云兴３，余员琴３
第８卷
２９２ＫＰａ时，轮胎温度与气压达到饱和状态，气压误 差为０。由于测量仪器和传感器均存在着误差，根 据传感器的气压精度可知，气压误差在设计范围 （一４—４ｋｇ／ｃｍ２）之内。因此设计的ＴＰＭＳ具有一定
的可靠性。 （２）温度的模拟测试
２３—３２。Ｃ，本文只针对左、右前轮进行研究，汽车在 乎直的路面上，观察轮胎气压与温度的变化情况。
温度：００．ｏｏ℃
气压：０００ＫＰａ 电量：００．０％ 更改地址
ＴＰＭＳ的液晶显示界面
给装有采集端的轮胎充人一定量的气体，观察 主机液晶屏上显示的压力值和温度值，来验证系统 通信地可靠性。每次对轮胎充气４ ｋｇ／ｃｍ２，并记录 数据，充气数据绘出的图形如图６所示，气压误差图
如图７所示。
６ ２ ８ ４ Ｏ
二二工二二
读取ＳＰｌ２
压力和加速度
发送正
常指令
数据包
否
磊搴 —≤
一，ｍ．∞］Ｉ）善∞２山
图４轮胎采集模块主程序流程图
６ ２ ８ ４ Ｏ
发送紧急指令数据包
凹 勰骆勰拍”拍；写掬６ 强
３．３中央显示模块设计
０
１
２
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５
６
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８
９
１０
１ｌ
刀ｍ
为了提高系统便捷的交互方式，中央显示模块 采用带触摸屏的ＬＣＤ显示器作为人机交互接口。 ＴＰＭＳ液晶上的工作界面显示前左轮、前右轮、后左 轮、后右轮的压力、温度和电量、汽车图像、信号接收 与否等的显示，其显示图如图５所示。其中，当不能 检测到信号以及汽车气压过高、温度过低及电量不 足时，信号标记出现“×”；当可以较好的接收到信 号，则显示，而且每隔一段时间闪烁一下，并能对接 收到的信号进行更新。触摸屏液晶显示模块进行温 度、压力等信息的显示，接线简单、显示内容丰富、亮 度好，并不受光线强弱的影响，同样也便于人工
收稿日期：２０１１—０９—３０ 作者简介：余修武，副教授，博士。
万方数据
１５４
中国安全生产科学技术
第８卷
０引言
行驶中的车辆轮胎爆裂是诱发交通Baidu Nhomakorabea故的主要 原因之一，胎压监测系统（Ｔｉｒｅ
Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ
ｎＲＦ２４Ｌ０１射频模块接收数据，经过ＬＭ３Ｓｌ １３８分析 与处理，最终结果在３．２寸Ｔｒｒ彩色液晶屏上显示。 采集系统使用３．３Ｖ高能锂电池进行供电，如图２ 所示。
ａｃｔｉｖｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ．Ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｉｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｒｅｖｅｎｔ ｔｈｅ
ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ ｓｃｒｅｅｎ ａｓ
ｈｕｍａｎ—ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｉｎｔｅｒ—
万方数据
第２期
中国安全生产科学技术
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确率，从而使系统接收到稳定可靠的信号。 ３．２轮胎采集模块流程 对于轮胎采集模块的主程序设计，需要考虑的 问题有：功率消耗、信号碰撞及无线信号干扰等。在 胎压检测模块程序设计的过程中，要求程序具有控 制轮胎数据采集时间的功能，在这里可通过传感器 ＳＰｌ２唤醒来实现。图４为轮胎采集模块主程序流
（１．武汉理工大学，武汉４３００７０） （２．杭州电子科技大学，杭州３１００１８） （３．江西渝州科技学院，新余３３８０２９） 摘要：为了降低胎压监测系统的功耗和优化胎压监测系统的显示方式，设计了一种基于ＳＰｌ２传 感器的安全胎压监测系统方案。从硬件和软件两方面描述了系统的设计实现方法。在硬件设计 上，采用车载电源和充电电池两种方式对主机进行供电，同时，系统应用ＳＰｌ２多功能传感器降低 功耗。在软件设计上，着重介绍了轮胎采集模块和中央显示模块的设计。为进一步优化系统的显 示方式，中央显示模块采用带触摸屏的ＬＣＤ显示器作为人机交互接口。实际测试结果表明，该系 统可实时监测每个轮胎内部的实际温度、压力和电压，确定故障轮胎并实时报警，有效避免爆胎事 故的发生。另外，系统在安全性、低功耗以及可靠性方面具有一定的优势，这也符合智能车辆研究 的发展趋势。 关键词：ＴＰＭＳ；ＳＰｌ２；安全胎压监测系统；低功耗；液晶显示 中图分类号：Ｘ９５１；ＴＰ２１６ 文献标识码：Ａ
主机供电方式有车载电源和充电电池两种方式。当
系统描述
胎压监测系统（ＴＰＭＳ）组成如图ｌ所示，ＴＰＭＳ
由轮胎监测模块和中央接收模块组成，中央接收模 块和轮胎监测模块通过无线通信进行信号传输。轮 胎监测模块采集轮胎内部气压、温度、加速度、电量 等，并通过无线传输将采集到的信号传送到中央接 收模块内部的控制器，然后控制器对信号分析与处 理，将信号最终通过液晶显示屏显示，从而可以实时 的监测轮胎的气压异常和高温异常。
根据液晶屏显示的结果，记录数据如表２所示。
表２温度与气压随汽车行驶的数据 汽车行驶路程 （ｋｍ） 左前胎 右前胎
Ｓｙｓｔｅｍ，ＴＰＭＳ）作为预防轮胎爆裂的有效手段，引 起了国内外相关科研机构和汽车生产厂商的广泛关 注“…。目前，ＴＰＭＳ主要分为问接式ＴＰＭＳ和直接 式ＴＰＭＳ”ｏ两类。与直接式ＴＰＭＳ相比，间接式 ＴＰＭＳ＿１“具有安装简单、寿命长等优点，但也存在 准确率低、系统校准极其复杂、无法对故障轮胎进行 定位、同轴轮胎气压同时偏低时等情况下系统无法 正常工作等缺点，因而实际应用不多。直接式 ．ｒＰＭｓ通过轮胎内置检测模块直接测量胎压、胎温， 易于快速准确定位故障轮胎，但功耗问题有待进一 步解决‘“。本文提出了一种基于传感器ＳＰｌ２的新 型胎压监测系统设计方案，在数据测试过程中，监测 系统能够对高压、低压、高温等异常情况进行自动 报警。
胎压监测系统的采集端利用传感器ＳＰｌ２采集 轮胎气压、温度和电量等数据，将接收到的数据通过
ｎＲＦ２４ＩＤｌ无线模块发送到主机。主机通过
３．１无线通信协议
ＴＰＭＳ在无线传输时，存在着噪声干扰和传播 损耗。为了提高无线通信的传输准确率，系统通过 ＦＳＫ调制Ⅲ，ＣＲＣ编解码㈨来减少系统传输的误码 率，改善系统的抗干扰能力，提高无线通信的传输准
ｗａｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ．Ｔｈｅ
ｄｅｓｉｇｎ
ａｎｄ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｗｅｒｅ ｄｅ—
ｗｅｒｅ
ｓｃｒｉｂｅｄ ｆｒｏｍ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｉｎ ｈａｒｄｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ，ｖｅｈｉｃｌｅ ｐｏｗｅｒ ａｎｄ ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ ｂａｔｔｅｒｙ ｐｏｗｅｒ ｐｌｉｅｄ
Ｃａｎ ａｎｄ
ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｍｏｎｉｔｏｒ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ａｌｅｒｔｓ，ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ
ａｎｄ
ｖｏｌｔａｇｅ ｏｆ ｔｉｒｅｓ ｉｎ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ，ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｆａｕｌｔ ｔｉｒｅｓ
ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｔｉｒｅ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ａｃｃｉｄｅｎｔ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｉｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｐｏｓｓｅｓｓｅｓ
Ｄｉａｎｚｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ
３１００１８，Ｃｈｉｎａ）
ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｘｉ
Ｙｕｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉｎｙｕ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ
ｔｏ
ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｓａｆｅｔｙ ｔｉｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚｅ
操作。
一，。ＩＬ堂ｖ、ｐＩＴ∞ 口主
２ ４
图６气压数据图
３
ｌ
Ｏ ０ ｌ ２ ３ ４ ５ Ｔ／ｍ ６ ７ ８ ９ １０ １１
４
系统测试
静态实验
图７气压误差图
４．１
（１）压力的模拟测试 万方数据
由气压数据图与气压误差图可知，随着气压的 升高，轮胎内部的温度在不断的升高。当气压达到
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中国安全生产科学技术
（１．Ｓｃｈｏｏｌ （３．Ｓｃｈｏｏｌ
ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
４３００７０，Ｃｈｉｎａ） ３３８０２９，Ｃｈｉｎａ．）
（２．Ｓｃｈｏｏｌ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ
ｓｏｍｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｉｎ ｓｅｃｕｒｉｔｙ，ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｂｅｉｎｇ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｏｔ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＴＰＭＳ；ＳＰｌ２；ｓａｆｅｔｙ ｔｉｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；ｌｏｗ—ｐｏｗｅｒ；ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｓａｆｅｔｙ ｔｉｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ
ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ＳＰｌ ２
ＹＵ Ｘｉｕ—ＷＨｌ，３，ＹＡＮＧ Ｘｉａｎ．ｙａｎ９２，ＭＡ Ｒｕ—ｃｈｅｎ９３，ＷＡＮＧ Ｙｕｎ—ｘｉｎ９３，ＹＵ Ｙｕａｎ．ｑｉｎ３
ｔｏ
ａｐ—
ｐｒｏｖｉｄｅ ｐｏｗｅｒ ｆｏｒ ｈｏｓｔ．Ａｔ ｔｈｅ
ｓａｌｎｅ
ｔｉｍｅ，ｉｎ ｏｒｄｅｒ
ｔｏ
ｒｅｄｕｃｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｉｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ
ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｐｐｌｉｅｄ ＳＰｌ２ ｍｕｌｔｉ—ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｓｅｎｓｏｒ．Ｉｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｉｒｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ ａｎｄ ｃｅｎｔｒａｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｍｏｄｕｌｅ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ｔｏ ｆｕｒｔｈｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｙ ｍｏｄｅ ｏｆ ｔｉｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｃｅｎｔｒａｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｍｏｄｕｌｅ ｕｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｍｏｎｉｔｏｒ ｗｉｔｈ ｔｏｕｃｈ
程图。
加电启动Ｉ 看门狗使能卜——一 ＳＰｌ２ 定时唤醒
初始化ＮＲＦ２４Ｌ０１ 发送地址 进入睡眠 省电模式 发送正常指令
数据包 前左轮胎
温度：００．００℃
气压：０００ＫＰａ 电量：００．Ｏ％ 更改地址 后左轮胎 温度：００．００℃ 气压：０００ＫＰａ 电量：００．Ｏ％ 更改地址
＼
／／
图５
／ ＼
前右轮胎 温度：ＯＯ．００℃ 气压：０００ＫＰａ 电量：００．０％ 更改地址 前右轮胎
ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｙ ｍｏｄｅ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｓａｆｅｔｙ ｔｉｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ａ ｄｅｓｉｇｎ ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｓａｆｅｔｙ ｔｉｒｅ
ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ
ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ＳＰｌ２
ｓｅｎｓｏｒ