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汽车轮胎气压实时监控及提醒系统的设计研究汽车轮胎气压是影响行车安全和汽车性能的重要因素之一。
气压不足或过高都会影响汽车的操控性能和燃油经济性，甚至会导致爆胎等严重事故。
实时监控汽车轮胎气压并提醒驾驶员保持正常气压对于提高行车安全和保护轮胎寿命非常重要。
本文将对汽车轮胎气压实时监控及提醒系统的设计进行研究探讨。
一、系统概述汽车轮胎气压实时监控及提醒系统是一种基于传感器和数据处理技术的智能化设备，通过安装在汽车轮胎上的传感器采集轮胎气压和温度信息，再通过数据处理装置对数据进行处理和分析，最后将结果显示在驾驶员仪表盘上或者通过手机APP实时提醒驾驶员。
二、系统设计（一）传感器设计汽车轮胎气压实时监控系统的关键组成部分是轮胎气压传感器。
传感器需要能够准确、稳定地监测气压和温度，并能够适应恶劣的环境条件。
传感器一般采用压力传感器和温度传感器组合而成，其中压力传感器采用压阻式或电容式传感器，能够准确测量出轮胎内的气压，温度传感器则能够监测轮胎温度，以便防止因为高温引起的气压过高情况。
（二）数据处理和传输传感器采集到的气压和温度信息需要经过数据处理和传输才能够呈现在驾驶员面前。
数据处理装置通常采用微处理器或者单片机，可以通过编程和算法实现对传感器数据的实时处理和分析，然后将结果传输到驾驶员仪表盘上或者通过无线传输到手机APP上。
传输方式一般采用蓝牙或者无线射频技术。
（三）显示和提醒传感器采集到的气压和温度信息经过数据处理后显示在驾驶员仪表盘上，一般会有一个独立的显示屏来显示各个轮胎的气压和温度情况。
系统可以设置气压和温度的上下限，一旦超出范围系统会立即发出声音、光线或者振动等报警信号提醒驾驶员。
一些系统还可以通过手机APP实时提醒驾驶员，以便驾驶员在车外的情况下也能及时了解到轮胎气压情况。
三、系统优势汽车轮胎气压实时监控及提醒系统相比传统的手动测量有着明显的优势。
实时监控可以让驾驶员随时了解车辆轮胎的气压情况，避免因为长时间行驶或者气温变化等原因导致的轮胎气压异常。
车辆轮胎气压监测系统设计与实现一、引言车辆轮胎气压监测系统的出现使得汽车的驾驶更加安全和经济。
未经监测的轮胎气压可能导致车辆性能下降、燃油消耗增加、甚至引发危险。
对于高速公路和长途运输来说，车辆轮胎气压监测系统显得尤为重要。
本文将介绍车辆轮胎气压监测系统的设计和实现。
二、系统设计1. 系统框架车辆轮胎气压监测系统主要由传感器、数据处理器、通信模块、显示器组成。
传感器用于检测实时轮胎气压情况并将数据传输给数据处理器，数据处理器将气压数据进行处理并通过通信模块传输给显示器，最后显示器将数据反馈给驾驶员。
2. 传感器传感器是车辆轮胎气压监测系统中最核心的组成部分。
传感器分为内置式和外置式，内置式传感器直接固定在轮胎内部，外置式传感器则安装在轮胎外固定在轮毂上。
传感器除了用于检测轮胎气压，还可以检测轮胎温度、车速等参数。
3. 数据处理器数据处理器主要负责气压数据的计算、处理和存储。
对于多模式的车辆轮胎气压监测系统，处理器还需要对传感器测量出来的数据进行自适应的匹配处理。
4. 通信模块通信模块是将处理器计算出来的数据传输给车内显示器的关键组件。
通信模块可以分为有线和无线两种，有线通信模块通过CAN总线或其他总线实现数据传输，而无线通信模块则可以通过Bluetooth 或 Wi-Fi实现数据传输。
5. 显示器最后一个重要组成部分是显示器。
显示器可以分为运动式和静态式，运动式显示器应用于长途运输的卡车和客车上，它能够显示当前车辆轮胎的气压和温度数据，并能随时反馈到驾驶员。
静态式显示器引入了更多的虚拟系统的概念，帮助司机更加快速和准确地判断车辆状态。
三、实现过程1. 系统设计轮胎气压监测系统的设计首先需要确定监测点的位置，一般情况下，车辆轮胎气压监测系统一般安装在车辆轮毂上。
其次需要确定传感器的类型，根据其内部结构和测量原理的不同，传感器的性质是各不相同的，需要根据实际应用场景选择合适的传感器。
2. 车辆实测进行车辆实测可以更加科学地分析轮胎气压及温度等参数的变化，进而优化设计方案。
项目八轮胎压力检测系统的分析设计知识目标：1，掌握压电传感器结构原理。
2，掌握压力测量的主要方法。
3.了解压力传感器的使用能力目标：1.学会压力测量电路的调试。
2.能进行压力测量电路的设计。
3.学会轮胎压力检测系统的设计素质目标：1．培养耐心细致的工作态度；2．培养严谨扎实的工作作风；3．培养团结协作的合作精神。
技能训练目标要求:1. 了解压电传感器的原理和用途2. 学会压电传感器测量电路的设计3. 轮胎压力检测系统的分析设计任务1 压电式传感器的工作原理时，内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又恢复到不带当沿电介质极化方向对其施加电场，这些电介质会产生几何变形。
压电晶体、压电陶瓷压电材料的主要特性参数有①压电常数它是衡量材料压电效应强弱的参数，直接关系到压电输出的灵敏度。
②弹性常数弹性常数、刚度决定着压电器件的固有频率和动态特性。
③介电常数对于一定形状、尺寸的压电元件，其固有电容和介电常数有关，而固有电容又影响着传感器的频率下限。
④机械耦合系数在压电效应中其值等于转换输出量和输入量之比的平方根。
它是衡量压电材料电能转换效率的一个重要参数。
⑤电阻。
压电材料的绝缘电阻将减少电荷泄漏，从而改善压电传感器的低频特性。
居里点。
是指压电材料开始丧失压电特性的温度。
5.1.3压电陶瓷（多晶体）压电陶瓷是一种人工合成的多晶体压电材料。
其内部是由无数个细微的单晶组成的，每个晶粒具有一定的极化方向，在无外电场作用下，晶粒杂乱分布，它们的极化效应被相互抵消，因此压电陶瓷此时呈中性，即原始的压电陶瓷不具有压电性质，如图5—3（a ）所示。
石英晶体光轴电轴 横向压电效应压电效应纵向 压电效应不产生石英晶体的压电效应演示压电陶瓷材料有多种，最早的是钛酸钡（BaTiO3），现在最常用的是锆钛酸铅（PbZrO3-PbTiO3），简称PZT 等。
为了提高灵敏度，在使用中常把几片同型号的压电元件粘结在一起，如图5—8 是两个压电元件的组合形式。
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。
汽车轮胎气压实时监控及提醒系统的设计研究汽车轮胎气压的监控和提醒系统在现代汽车上已经成为一个非常普遍而重要的功能。
随着汽车的智能化和自动化程度不断提高，对于轮胎气压的实时监控和提醒系统的要求也越来越高。
本文将从设计研究的角度，探讨汽车轮胎气压实时监控及提醒系统的原理、设计方法和关键技术等方面进行深入分析。
一、系统原理汽车轮胎气压实时监控及提醒系统的原理比较简单，主要包括传感器、数据采集模块、数据处理与显示模块和警告模块四个部分。
1. 传感器：传感器是系统的核心组成部分，通常采用压力传感器或者温度传感器。
压力传感器用于实时监测轮胎内部的气压值，而温度传感器则用于监测轮胎的温度变化。
2. 数据采集模块：数据采集模块负责将传感器采集到的数据进行采集和处理，并通过无线通信方式传输到主控制单元。
3. 数据处理与显示模块：数据处理与显示模块将接收到的数据进行处理、分析，并将结果显示在汽车仪表盘或者中控屏幕上。
一般包括轮胎气压值、温度值以及警告信息等。
4. 警告模块：警告模块会根据数据处理结果和预设的阈值进行比较，当轮胎气压或温度超出预设范围时，会发出警报以提醒驾驶员。
二、设计方法汽车轮胎气压实时监控及提醒系统的设计方法主要包括传感器选择、数据处理算法设计和系统集成等方面。
1. 传感器选择：传感器的选择对于系统的性能和精度起着至关重要的作用。
一般而言，压力传感器需要具备高精度、高稳定性和较宽的工作温度范围，以确保在不同工况下能够稳定准确地监测轮胎内部的气压值。
而温度传感器则需要具备快速响应、高灵敏度和良好的线性度等特点。
2. 数据处理算法设计：在数据处理和显示模块中，需要设计相应的算法来对采集到的数据进行处理和分析。
一般需要进行数据滤波、校准和修正等过程，以确保监测结果的准确性和稳定性。
还需要设计相应的警报算法，当监测数值超出预设范围时，能够及时准确地发出警报。
3. 系统集成：系统集成是一个综合性的工程，需要考虑传感器、数据采集模块、数据处理与显示模块以及警告模块的集成方式和通信方式。
胎压监测系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解胎压监测系统的基本构成、工作原理及功能。
2. 掌握胎压监测系统中传感器、控制器等相关知识，并了解其在汽车安全中的作用。
3. 了解胎压异常对行车安全的影响，认识胎压监测的重要性。
技能目标：1. 能够运用所学知识分析胎压监测系统在实际应用中的问题，并提出解决方案。
2. 学会使用相关工具和设备进行胎压监测系统的检测和维护。
3. 培养学生的团队协作能力和实践操作能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对汽车电子技术的兴趣，激发其学习热情。
2. 增强学生的安全意识，使其认识到胎压监测系统在行车安全中的重要性。
3. 培养学生严谨的科学态度和良好的学习习惯。
分析课程性质、学生特点和教学要求：1. 课程性质：本课程为汽车电子技术领域的一门实用技术课程，旨在帮助学生了解并掌握胎压监测系统的相关知识。
2. 学生特点：学生为高年级学生，已具备一定的电子技术基础，对汽车电子技术有一定了解。
3. 教学要求：注重理论与实践相结合，强调学生的动手实践能力，培养学生解决实际问题的能力。
二、教学内容1. 胎压监测系统的基本概念与组成- 介绍胎压监测系统的定义、分类及发展历程。
- 分析系统的主要组成部分，包括传感器、控制器、显示屏等。
2. 胎压监测系统工作原理与功能- 阐述胎压监测系统的工作原理，包括传感器的信号采集、处理与传输。
- 介绍系统的主要功能，如实时监测、报警提示、历史数据查询等。
3. 胎压监测系统的应用与维护- 分析胎压监测系统在汽车安全领域的应用，强调其在预防交通事故中的作用。
- 介绍胎压监测系统的维护方法，包括传感器校准、电池更换、故障排查等。
4. 胎压异常案例分析与实践操作- 分析胎压异常导致的典型事故案例，使学生认识到胎压监测的重要性。
- 安排实践操作环节，让学生学会使用胎压监测设备进行检测和维护。
5. 教学内容的安排与进度- 本教学内容分为理论教学和实践操作两部分，共计8学时。
轮胎气压监测系统TPMS（译文）Tire pressure monitoring system TPMSTPMS tire pressure monitoring system abbreviation, Chinese meaning for the tire pressure monitoring system. TPMS is divided into direct and indirect type two.Direct TPMS is a wireless intelligent sensor, monitoring system, mainly composed of two parts: hardware, sensor and transmitter is mounted on the inside tires (sensor and transmitter combo, integrated into a complete modular unit) and a receiver is arranged in a driving room and display device (for after market TPMS, usually the receiver and the display of two in one, integrated into a complete modular unit). Sensor for bridge type electronic induction device, real-time sensing accurately, pressure and temperature measurement values within each tire, pressure transmitter will be sensed, temperature data in a wireless (RF RF) way is transmitted to the receiver, display the received information displayed. In this way, the whole system of tire pressure, temperature conditions do real-time monitoring of the whole, when any one of the tire air pressure, temperature abnormal status, TPMS immediately to the driver by the sound, light alarm to remind the form. Indirect TPMS is not directly through the pressure temperature sensor in tyre, but the use of ABS (anti lock braking system) wheel speed sensor and an analysis software in the indirect conversion will change the wheel speed into the change of the tyre pressure, its hardware cost is essentially zero, the main part is an analysis software. Its working principle is that, when a tire pressure is insufficient, the tire diameter is relatively small, its speed relative to the other a tire on the diagonal speed becomes larger, this will change in indirect conversion speed for the tyre pressure changes, can discover whether there is a pressure shortage. The advantages of indirect TPMS, low cost, only need to install a software can analysis.Disadvantages are: 1) the monitoring precision is not enough, only an estimate of the results, only when a serious shortage of tire pressure can be detected. 2) when the system alarm when the tire pressure is insufficient, which tire is unable to display specific problems, must be tested to determine the four tires. 3) usually cannot display the air pressure value of the tyre, only in the alarm, have been warning symbols. And you cannot do the monitoring of high pressure and high temperature. 4) the vehicle in the static state, and at low speeds, or in the potholes driving system does not work. 5) when the four tire also insufficient air pressure, such as when the occurrence of seasonal temperature changes, the system can't tell. 6) easily lead to false positive change the spare tire, because the spare no wear, tire diameter than the other. 7) for snow tires, easily lead to false positives, because snow tires than the common tire diameter. 8) in turn to speed fast, easily lead to false positives, because the outer tire speed is greater than the inner tyre. 9) under certain weather and road conditions, the tire may slip, causing several tire speed is different, also easy to cause false alarm.The high allocation of vehicles of some domestic brands have TPMS as the standard configuration, which is part of the direct TPMS, one part is the indirect TPMS. Currently about statistics, with the direct TPMS for Audi above 2.4 Deluxe Edition, Chrysler, Cadillac. With indirect TPMS for MAGOTAN luxury version, Buick series, and a portion of the BMW etc.. Indirect TPMS for the above shortcomings, but also failed to fully comply with the corresponding standard USA, use has few manufacturers in foreign countries; but because of low cost, the vehicle is still part of the domestic production of.In a word, how to identify your car is installed directly or indirectly type TPMS type TPMS, the tire chop down to see, if equipped with induction / transmitter module valve mouth rim, is the direct TPMS, if not, is the indirect type TPMSTPMS为tire pressure monitoring system的缩写，中文意思为轮胎气压监测系统。
胎压监测仪课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解胎压监测仪的基本原理，掌握其工作流程和关键部件功能。
2. 学生能掌握胎压监测仪的相关术语和概念，如胎压、传感器、数据传输等。
3. 学生了解胎压监测仪在汽车安全中的重要性，认识到其对社会和个人的意义。
技能目标：1. 学生能够操作胎压监测仪，进行简单的故障排查和维护。
2. 学生能够分析胎压监测数据，判断轮胎状态，提出合理的解决方案。
3. 学生能够运用所学知识，设计简单的胎压监测系统，提高解决问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对汽车安全设备的兴趣，增强学习热情，提高自主学习能力。
2. 学生认识到胎压监测仪在预防交通事故中的重要作用，树立安全意识。
3. 学生通过合作学习，培养团队协作精神，增强沟通与表达能力。
课程性质：本课程为实用技术课程，结合物理、电子、汽车等多学科知识，注重培养学生的动手能力和实际操作技能。
学生特点：六年级学生具备一定的物理知识和动手能力，对新鲜事物充满好奇，喜欢探索和实践。
教学要求：教师应采用启发式教学，引导学生主动探究，注重实践操作，提高学生的综合运用能力。
同时，关注学生的情感态度价值观的培养，使他们在掌握知识技能的同时，形成正确的价值观和安全意识。
通过分解课程目标，为后续教学设计和评估提供明确的方向。
二、教学内容1. 胎压监测仪原理及结构- 胎压监测仪工作原理介绍- 胎压监测仪关键部件及其功能- 与课本第四章第三节“汽车传感器”相关内容结合2. 胎压监测仪操作与维护- 胎压监测仪的安装与使用方法- 常见故障及其排除方法- 与课本第四章第四节“汽车维护与故障排除”相关内容结合3. 胎压数据分析与应用- 胎压数据读取与解析- 胎压异常情况判断与处理- 与课本第五章第二节“汽车数据采集与分析”相关内容结合4. 胎压监测系统设计- 简单胎压监测系统设计方法- 设计实例分析与讨论- 与课本第六章第三节“汽车电子控制系统设计”相关内容结合教学内容安排与进度：第一课时：胎压监测仪原理及结构第二课时：胎压监测仪操作与维护第三课时：胎压数据分析与应用第四课时：胎压监测系统设计教学内容注重科学性和系统性，结合课本相关章节，使学生能够循序渐进地掌握胎压监测仪相关知识。
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。
汽车轮胎压力监测系统设计随着汽车的不断普及和应用，驾驶安全问题日益引起人们的重视。
而汽车轮胎在行驶中承受着巨大的重量和压力，在一定程度上影响到行驶的稳定性和安全性。
因此，对汽车轮胎的压力监测成为了车辆驾驶安全管理中的一个重要环节。
本文将针对“汽车轮胎压力监测系统设计”进行阐述和探讨。
1. 汽车轮胎压力监测系统设计的意义汽车轮胎压力监测系统可以帮助驾驶员随时掌握车辆轮胎的压力状态，及时发现压力异常情况，从而保证行驶的安全和稳定。
一方面，轮胎压力过高或过低都会影响汽车的性能，并增加了在特定条件下爆胎的风险。
因为过高的轮胎压力容易造成轮胎爆炸，而过低的轮胎压力容易导致磨损、摩擦过多，甚至滑动失控。
另一方面，轮胎压力过低，还会导致油耗过大、悬架损坏等不良影响。
在日常驾驶中，许多车主都存在一些不规范行为。
例如，有些车主认为轮胎过多的气可以增加汽车的速度，而有些车主认为轮胎的气过低可以使汽车在某些艰难的道路上行驶更加稳定，这都是一种非常危险的行为，需要通过轮胎压力监测系统来加以规范和限制。
2. 汽车轮胎压力监测系统的组成汽车轮胎压力监测系统包括传感器、数据处理器、显示器等多个部分。
传感器通过检测轮胎内部压力的变化，将检测结果上传到数据处理器进行计算。
数据处理器通过接收传感器上传的数据，进行数字转换、过滤等处理，最后将结果反映到显示器上。
车主可以通过显示器直观地了解车辆轮胎的压力状态，并做出相应地调整。
其中，传感器的选择对监测系统的精度和准确度影响非常大。
一般来说，目前市场上的传感器分为两种，分别是直接测量式和间接式测量式。
直接测量式传感器直接放在轮胎里面测量气压值，可以及时、精确地变换出压力值；而间接式测量式传感器通过观察轮胎周围的温度等外界因素来推断出轮胎内部的压力值，缺乏直接测量式那般精确。
在选择传感器的时候，要结合车辆的实际应用需求及自身特点，考虑到传感器的灵敏度、精度、稳定性、寿命等诸多因素。
3. 汽车轮胎压力监测系统的实现方式汽车轮胎压力监测系统的实现方式主要有两种，即直接式和间接式压力监测系统。
汽车轮胎压力监测系统设计汽车轮胎压力监测系统设计随着汽车行业的迅速发展和人们对行车安全的不断关注，汽车轮胎压力监测系统（TPMS）成为了一项重要的技术。
TPMS 可以实时监测车辆轮胎的气压，提醒驾驶员及时补充气体，减少事故发生的潜在风险。
本文将探讨汽车轮胎压力监测系统的设计原理、技术要求和应用前景。
汽车轮胎压力监测系统的设计原理是基于压力传感器的工作原理。
每个车轮使用一个传感器，直接安装在轮胎上。
传感器通过检测轮胎内气压的变化，实时将数据传输给车辆的中央处理器。
当轮胎的气压低于或高于设定的安全阈值时，中央处理器会发出警报信号，提醒驾驶员注意轮胎的气压问题。
对于汽车轮胎压力监测系统来说，稳定性和准确性是两个重要的技术要求。
首先，传感器必须能够良好地适应不同环境下的工作条件，如高温、寒冷和潮湿。
其次，传感器必须具备高精度和高灵敏度，能够准确地测量轮胎内气压的变化。
此外，系统的数据传输和处理速度也需要快速高效，确保驾驶员能够及时收到轮胎气压异常的提示。
汽车轮胎压力监测系统的应用前景广阔。
第一，它可以提高车辆的行驶安全性。
正常气压的轮胎可以提供更好的牵引力和操控性，减少在湿滑路面或急转弯时的打滑风险。
此外，适当的轮胎气压可以减少轮胎磨损，延长轮胎寿命。
第二，它可以降低能源消耗。
轮胎在过度或不足的气压下，都会导致燃油效率的降低。
通过及时调整轮胎气压，可以减少汽车的燃油消耗，达到节能环保的目的。
第三，它可以提高驾驶员的驾驶体验。
及时准确的气压数据可以帮助驾驶员更好地掌握车辆的动态信息，提高驾驶乐趣和驾驶舒适度。
当然，汽车轮胎压力监测系统也存在一些挑战和问题需要解决。
首先，系统的成本较高，包括传感器、数据传输和处理器等的成本都需要考虑。
其次，系统需要有精确的校准和校验机制，以确保监测到的气压数据的准确性和可靠性。
此外，传感器的寿命和可靠性也需要得到提高，以减少维修和更换成本。
综上所述，汽车轮胎压力监测系统是一项重要的汽车安全技术。
自动化仪表大作业轮胎胎压自动监测系统[在线检测胎内压力和温度，具有实时液晶显示及报警功能]学校：洛阳理工学院专业：自动化日期：2013年5月12日摘要:轮胎压力监测报警系统(Tire PressureMonitoring System)(TPMS)是汽车安全领域重要电子装置,近年来已开始获得广泛应用,但传统的TPMS产品多为内置式,安装在轮胎内,安装和维护时需要拆卸轮胎造成很大不便,同时轮胎里的金属轮辋对位于胎内的压力传感器和无线发射装置有很强的屏蔽作用,信号衰竭很快,要保证信号传输到位于驾驶室内的接收器,必须提高发射功率,从而大大缩短发射器的电池使用寿命。
针对这些技术问题,提出了一种新型外置直接式数字胎压监测系统,它的胎压监测节点核心器件MCU选用Infineon的专用压力处理器芯片SP30,该芯片内置MEMS压力传感器可通过外连气门芯直接测量胎内气压,再通过无线方式与上位接收器进行无障碍无线传输通信,避免了信号屏蔽,延长了电池和产品的使用寿命以及安装成本。
给出了新型外置直接式TPMS产品的具体硬件设计、软件流程和通信协议。
测试表明该系统的无线信号传输可靠、抗干扰能力强、轮胎位置识别准确、反应灵敏、安装与维护方便及组态灵活等特点、有着广泛的市场应用前景。
关键词:无线传输;胎压监测;压力传感;编码;TPMS胎压监测系统(TPMS)能在汽车行驶期间实时监测轮胎内气压变化,并对胎压和温度异常进行报警,有效避免爆胎事故的发生。
目前,TPMS系统分为两种类型: (1)间接式TPMS通过汽车ABS的轮速传感器来比较轮胎之间的转速差别,以监视胎压变化,这种方式可靠性不高; (2)直接式TPMS利用安装在每个轮胎上的压力传感器来直接测量胎压,并与驾驶台的监视器无线通信,实时显示每个轮胎内的气压,这种方式简单可靠。
但是,许多汽车厂商只是在生产新车时采用内置安装方法配置直接式TPMS,这样不可能从根本上解决保有车辆加装TPMS的问题,安全隐患依然存在[1-2]。
汽车轮胎气压实时监控及提醒系统的设计研究
随着汽车使用的普及，车辆安全问题逐渐引起人们的重视。
轮胎气压不足或过高是导致车辆事故的主要原因之一。
设计一个汽车轮胎气压实时监控及提醒系统对于提高车辆安全性具有重要意义。
本文将介绍该系统的设计及研究。
该系统基于传感技术和无线通信技术，实现对汽车轮胎气压进行实时监控和提醒。
系统由传感器、控制器和显示器三个部分组成。
传感器负责监测轮胎气压。
采用了压电传感器作为检测元件，该传感器可以将轮胎气压转变成电信号输出。
传感器位于每个轮胎的胎压孔中，直接与轮胎内部的气压接触。
传感器通过无线通信方式将检测到的轮胎气压数据传输给控制器。
控制器是系统的核心部件。
控制器负责接收传感器传来的气压数据，并对数据进行分析处理，判断轮胎气压是否正常。
当气压低于或高于设定的安全范围时，控制器会发出警报信号。
控制器还会将检测到的轮胎气压数据通过无线通信技术发送给显示器。
显示器位于车辆驾驶室内，提醒驾驶员关注轮胎气压的变化。
显示器显示每个轮胎的气压数值以及警报信息，驾驶员可以根据显示器的提醒及时采取相应的措施。
在实际应用中，该系统可以通过蓝牙或者无线网络与驾驶员的手机相连，实现手机上的实时监控和提醒。
当轮胎气压低于或高于安全范围时，手机将收到提醒信息，驾驶员可以通过手机及时获取轮胎的气压状态。
本文设计的汽车轮胎气压实时监控及提醒系统能够确保轮胎气压在合理范围内，提高驾驶安全性。
该系统可以减少因轮胎气压问题引起的车辆事故，提醒驾驶员及时采取措施解决问题，同时也方便驾驶员实时了解轮胎的状态。
汽车轮胎气压实时监控及提醒系统的设计研究概述：
汽车轮胎气压的不正常变化会影响到汽车的行驶安全和操控性能，因此实时监控和保
持适当的气压对于驾驶车辆至关重要。
本文设计了一种汽车轮胎气压实时监控及提醒系统，旨在帮助驾驶者实时了解轮胎气压情况，并在气压异常时提醒驾驶者及时处理。
引言：
轮胎气压不足或过高都会对汽车的性能和安全性造成影响。
轮胎气压过低会增加车辆
的滚动阻力，导致油耗增加、操控性变差，甚至会发生爆胎的危险。
而轮胎气压过高则会
降低车辆的悬挂系统的性能，使驾驶体验变差。
实时监控轮胎气压并及时处理异常情况对
于车辆的安全和性能都非常重要。
系统设计：
1. 传感器：设计了一种小型传感器，可以与车辆的轮胎连接，并实时监控轮胎的气
压变化。
传感器具有远程传输功能，可以将轮胎气压数据传输到中央处理单元。
2. 中央处理单元：中央处理单元接收传感器传输的数据，并进行实时处理。
它可以
根据预设的气压标准，判断轮胎气压是否正常，并给出相应的提示。
3. 驾驶员提示器：驾驶员提示器连接到中央处理单元，可以发出声音或光信号来提
醒驾驶员轮胎气压异常。
它也可以在驾驶员结束驾驶之后，通过手机应用程序向驾驶员发
送报告，提供轮胎气压的详细信息和建议。
解析轮胎压力监测系统原创作者：枫叶云龙很多新手、车感差的驾驶人，在行驶过程中很难及时发现轮胎漏气（特别是快速漏气），在高速行驶中导致事故发生，在低速行驶中导致辗胎。
而如何预防在高速行驶中轮胎快速漏气引发的事故、低速行驶中因漏气导致的辗胎，除了提高自身的驾驶技能和积累驾驶经验外有没有什么设备可以做到呢？有，随着电子产品进入汽车行业，轮胎气压、气温电子监测系统诞生了，胎压监测系统是汽车的又一安全装置，这是必须承认的。
它可以时时监测轮胎气压和温度变化，及时报警，避免了很多在高速行车中，因驾驶人不能及时发现轮胎漏气，而引发的交通事故，因此很多国家己将此装置列为汽车标准装配。
轮胎气压监测系统的组成、工作原理、功能：气压感应器、温度感应器、无线传送器和电池，这四样组成的电子原件安装在汽车轮胎内（多用在有内胎的轮胎上），有的与轮胎气门嘴组合在一起（用在无内胎的轮胎上）。
这个部分称为胎压、胎温传感器，其作用就是将测得的轮胎气压与温度通过无线传送器时时传送出去。
在仪表盘上安装的是无线接收器和显示报警器，有的可以与车载DVD显示屏连接使用。
这部分称为胎压、胎温接收报警器，其作用就是把接收到的胎压、胎温通过显示器显示出来，并在胎压、胎温高于或低于安全值时报警，提示驾驶人及时减速停车，检查更换轮胎，达到安全行车的目的。
大家在行车途中能看到很多大货车的轮胎后方挂着一个链条和钢碗，这就是一个土制胎压监测报警器，当轮胎漏气后，钢碗就会与地面发生碰擦发出声响提示驾驶人轮胎缺气了，以达到安全行车和避免辗胎事故发生。
安装轮胎气压、气温监测系统后，能让驾驶人及时发现轮胎轮胎漏气，及时停车，避免事故（高速行驶）和辗胎（低速行驶），尤其是对新手和车感差的朋友更为必要。
很多厂商宣称其能有效的预防高温、高压引发的爆胎，一些专家和很多朋友一提到爆胎,就谈到胎压过高。
而我认为胎压、胎温监测系统虽然是汽车的安全装置，能有效的预防因驾驶人不能及时发现轮胎快速漏气，高速行驶下引发的事故，低速行驶下的辗胎，但其不能有效的预防爆胎。
自动化仪表大作业轮胎胎压自动监测系统[在线检测胎内压力和温度，具有实时液晶显示及报警功能]学校：洛阳理工学院专业：自动化日期：2013年5月12日摘要:轮胎压力监测报警系统(Tire PressureMonitoring System)(TPMS)是汽车安全领域重要电子装置,近年来已开始获得广泛应用,但传统的TPMS产品多为内置式,安装在轮胎内,安装和维护时需要拆卸轮胎造成很大不便,同时轮胎里的金属轮辋对位于胎内的压力传感器和无线发射装置有很强的屏蔽作用,信号衰竭很快,要保证信号传输到位于驾驶室内的接收器,必须提高发射功率,从而大大缩短发射器的电池使用寿命。
针对这些技术问题,提出了一种新型外置直接式数字胎压监测系统,它的胎压监测节点核心器件MCU选用Infineon的专用压力处理器芯片SP30,该芯片内置MEMS压力传感器可通过外连气门芯直接测量胎内气压,再通过无线方式与上位接收器进行无障碍无线传输通信,避免了信号屏蔽,延长了电池和产品的使用寿命以及安装成本。
给出了新型外置直接式TPMS产品的具体硬件设计、软件流程和通信协议。
测试表明该系统的无线信号传输可靠、抗干扰能力强、轮胎位置识别准确、反应灵敏、安装与维护方便及组态灵活等特点、有着广泛的市场应用前景。
关键词:无线传输;胎压监测;压力传感;编码;TPMS胎压监测系统(TPMS)能在汽车行驶期间实时监测轮胎内气压变化,并对胎压和温度异常进行报警,有效避免爆胎事故的发生。
目前,TPMS系统分为两种类型: (1)间接式TPMS通过汽车ABS的轮速传感器来比较轮胎之间的转速差别,以监视胎压变化,这种方式可靠性不高; (2)直接式TPMS利用安装在每个轮胎上的压力传感器来直接测量胎压,并与驾驶台的监视器无线通信,实时显示每个轮胎内的气压,这种方式简单可靠。
但是,许多汽车厂商只是在生产新车时采用内置安装方法配置直接式TPMS,这样不可能从根本上解决保有车辆加装TPMS的问题,安全隐患依然存在[1-2]。
直接式轮胎压力监测系统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。
很明显,直接传感系统更有效,是当前TPMS的主流和发展趋势。
直接式轮胎压力监控系统又分为主动式(Active)和被动式(Passive)两种。
被动式轮胎压力监控系统的传感器是采用声表面波(SAW)来设计的,虽然此技术不用电池供电,但是它需要将转发器(Transponder)整合至轮胎中,这牵涉到各轮胎制造商需建立共同的标准才有可能。
利用该技术研发的产品由于通讯距离短,需要在每个轮胎旁安装发射天线,所以应用范围受到限制[3]。
主动式TPMS是采用在硅基上利用MEMS工艺制作电容式或者压阻式压力传感器,将压力传感器安装在每个轮胎上,通过无线射频的方式将信号传送出去,安装在驾驶室里的无线接收装置接收到该压力信号,经过一定的信号处理,显示出当前的轮胎压力。
主动式技术的优点是技术比较成熟,开发出来的模块可适用于各厂牌的轮胎[4]。
本文介绍一种新型外置直接式数字胎压监测系统,该系统的胎压监测节点安装在轮胎气嘴上,直接监测胎内气压,再通过射频信号传送至驾驶室内的上位接收机,实时显示每个轮胎内的瞬压,当轮胎气压不正常时及时发出警报,保障行车安全。
该系统在通信可靠性、实时性、灵活性等方面有着明显的优势,填补国内TPMS后装市场的空白,有着广泛的应用前景。
1 TPMS系统原理和总体结构TPMS系统主要由胎压监测节点和接收机两部分构成,系统结构框图如图1、图2所示。
图1中,压力传感器采集轮胎压力和温度信号,经A/D转换,MCU获得压力值和温度数据,遵循特定的通讯协议进行编码后,再由RF发射芯片和天线将编码后的数据发射出来;图2中,安装在驾驶室内的接收机接收到胎压监测节点发射的高频信号,经去噪滤波后,射频接收芯片解调出该信号,送至接收机MCU,接收机MCU再遵循特定的通讯协议,将接收到的信号进行解码,读取各个轮胎的方位和对应的压力、温度值,然后进行分析、存储和显示,并对故障轮胎发出实时报警。
2 TPMS系统硬件设计与实现2. 1 胎压监测节点胎压监测节点采用轮胎气嘴上安装的外置式安装方式,所以要求胎压监测节点小型化,传感器采集精确、响应快,功耗低,无线通信效果好,性能可靠。
为此,胎压监测节点的主控芯片采用Infineon公司生产的SP30[5],它是一款嵌入式RISC处理器,采用8位哈佛结构,二级流水线指令,快速的执行时间大大降低功耗,适用于电池供电的设计。
SP30内置传感器硬模、看门狗定时器、多通道15 bitADC和两个片上振荡器,支持空闲掉电等多操作模式,支持低频唤醒(Low FrequencyWakeup)和内部时钟唤醒(In-tervalTimerWakeup)中断机制等等,因为微控制器外设功能全面,所以硬件设计电路非常简单,从而提高了胎压监测节点的稳定性。
胎压监测节点硬件设计框图电路如图3所示。
图 3 胎压监测节点硬件设计框图压力传感器芯片内部将两个低成本的硬模直接封装在一起,通过芯片内的增压管直接测压力和温度,芯片内部嵌入低噪声放大器和ADC,采集精度高。
MCU使用固件(Fireware)直接控制AD转换和读取胎内气压值与温度。
MCU使用软件中断方式调用固件,以执行ROM中的LIB函数, LIB函数中大量的特殊循环控制和循环移位指令优化了代码, SYS(软件中断)的机制隐藏ROM的字节传送,使得固件在应用程序中不可见,大大简化了固件读取模拟量的软件编写工作。
获取轮胎压力值和温度后,胎压监测节点通过射频发射芯片向接收机发送报文,本设计中射频发射芯片选用Micrel公司生产的MICRF112[6],其操作电压范围为1. 8~3. 6 V,适用于电池供电;发射频率范围为380MHz-450MHz,输出功率最大可达+10 dBm,可选择调制ASK或FSK的编码数据,数据(ASK, 433. 92 MHz,曼彻斯特编码数据)传输率高达50 kbit/s。
该芯片功能强大,射频信号传输可靠、抗干扰能力强。
为保证胎压监测节点的可靠运行, SP30使用芯片内部的看门狗定时器,它能阻止系统故障和掉电时的电池放电。
在胎压监测节点发生故障时,看门狗定时器溢出, SP30强制进入掉电模式。
进入掉电模式后,内部时钟开始计数,直至计数溢出,同时产生一个RESET 中断复位微处理器(也可通过低频唤醒直接产生一个RESET中断复位微处理器)。
胎压监测节点预留有一个Monitor接口,既可用于芯片编程,又可在线监控胎内气压、温度、电量等模拟量的采集和校验精度,调试方便灵活。
2. 2 TPMS接收机TPMS接收机安装在汽车的驾驶室内,而胎压监测节点安装在轮胎上,行驶过程中节点在不停的旋转运动,还受到气候影响变化,所以两者之间的通信环境非常恶劣,这就要求TPMS接收机必须能够高灵敏度地响应节点发送的射频信号。
本设计选用Micrel公司生产的MICRF211[7]作为射频接收芯片和Mirco-chip公司的生产PIC16F886[8]作为接收机处理器。
接收机硬件电路图如图4所示。
图4 接收机硬件设计框图MICRF211仅需要很少量的外围器件就能构成一个完整的射频接ASK或OOK的编码数据,MICRF211芯片抗干扰能力强,接收效果非常出众线,接收灵敏度可达-110 dBm。
PIC16F886是一款的高性能RISC微控制器,处理速度快, 200ns执行一条指令,芯片内置高耐用性闪存单元、增强型USART模块、看门狗定时器和主同步串行口(Master Synchronous Serial Por,t MSSP)模块,功能强大,抗干扰晶显示器实时显示节点方位、压力值、温度和电量状态,使用菜单式界警胎压、巡检频率、功能模式、操作优先级等),这些参数通过PIC16F886的MSSP模块保存在EEPROM芯片24 LC16[9]里。
为保证接收机可靠运行,PIC16F886使用芯片内部的看门狗定时器,在处理器发生故障,看门狗定时器溢出,同时产生一个信号复位微处理器。
芯片还留有ICSP调试口,可以编程和在线监测处理器的运行,调试简单方便。
由于接收机和胎压监测节点之间采取433.92MHz载频进行信号传输,因此在PCB设计时应遵循高频电路设计规则[10-11],对发射和接收天线也应仔细匹配与调整[12]。
接收机和与气门嘴相连的胎压监测节点实物图如图5和图6所示。
图5 接收机和传感发射器实物图图6 胎压监测节点实物图3 TPMS系统软件设计及通信协议数字式TPMS系统软件分为胎压监测节点软件和接收机软件,其中每个胎压监测节点的软件控制策略和通信协议是保障TPMS系统正常工作的关键[13]。
3. 1 胎压监测节点软件设计及通信协议胎压监测节点软件流程如图7所示:首先初始化微控制器SP30的寄存器的参数,看门狗定时器打开, MCU直接进入运行模式,先测量轮胎压力和胎内温度,遵循特定的通讯协议进行校验码计算和数据帧编码,然后无线发送N次相同的数据帧;发送完成后,延时等待看门狗定时器溢出,CPU进入掉电状态; 2 min后,SP30内部时钟定时唤醒,CPU 从掉电模式进入运行模式,如此循环反复执行。
图7 胎压监测模块软件流程图胎压监测节点与接收机通信协议是通过无线数据帧来实现的。
胎压监测节点向接收机发送数据帧采用固定的数据帧长度进行,具体数据帧格式如表1所示。
表1 TPMS系统无线通信数据帧格式数据帧7 6 5 4 3 2 1 0字节1 Unused电量值ID12 ID11 ID10 ID9 ID8字节2 ID7 ID6 ID5 ID4 ID3 ID2 ID1 ID0字节3压力值字节4温度值字节5校验码3.2 TPMS接收机软件设计接收机的软件流程如图8所示,TPMS接收机上电复位后,初始化PIC16F886的内部寄存器,等待接收数据帧;接收到数据帧后,先判断数据帧是否有效,如果校验不对,则将数据丢弃;如果数据帧是有效的,再判断接收机是否处于自学习状态,如果处于自学习状态,则调用自学习模块,将ID信息保存至接收机内,如果处于普通工作状态,则实时显示压力值和温度,如发生故障就报警。
为解决轮胎位置识别问题和保证安装方便,胎压图8 接收机软件流程图监测节点外壳贴有LF(LeftFront)左前轮、RR(RightRear)右后轮等标签,而且接收机处在自学习状态时,必须将液晶显示的轮胎位置和标签对应,自学习完成后勿需再做修改。
实践证明,采用接收机自学习方式组态灵活,完全能解决TPMS系统轮胎位置识别问题。
4 胎压监测节点机械结构设计胎压监测节点安装在轮胎外面的气嘴上,称为/外置式0安装方式,因此节点的体积小、重量轻、防漏气和安全防盗是机械结构设计的关键问题。
