汽车胎压监测系统的设计方案

汽车轮胎气压监测系统的设计

【摘要】本设计介绍轮胎压力监测系统的设计和相关技术问题。该系统由压力传感器模块和中央接收机组成。压力传感器、微控制器和收发一体射频IC（nRF401）组成了压力传感器模块，负责轮胎压力的采集和发射。然后接收机接收压力信息，并进行处理。该系统可随时测定每个轮胎内部的实际温度、压力值，及时报警，有效避免事故的发生。

【关键词】轮胎气压;监测系统;设计

1.引言

由于汽车业的高速发展和交通道路的不断扩大，行车安全问题在人们的生活中越来越受关注，汽车造成的交通事故每年都在上升。其中由轮胎气压引起的事故的比例非常高，让人们对轮胎的气压不可小视。当前，轮胎爆胎，疲劳驾驶，超速行驶已经成为高速公路事故的三大杀手。其中，轮胎爆胎由于其不可预测性和无法控制而成为首要因素，于是汽车轮胎气压监测系统应运而生，汽车轮胎压力监测技术是一种能够切实有效的防止和减少由于轮胎爆胎引起交通事故的方法。轮胎压力监测系统的作用是在汽车行驶过程中对轮胎气压进行实时自动监测，并对轮胎漏气和低气压进行报警，保障行车的安全。

轮胎压力监测系统一般是安装在轮毂上，通过内置的传感器感应轮胎内的气压变化，把气压信号变为电信号，通过无线发射装置将信号发射到接收器上，在显示器上显示各种数据变化或以蜂鸣等形式，驾驶者可以根据显示数据及时地对轮胎检查进行加气或放气，发现渗漏可以及时处理，让大意外能在小处化解。

2.汽车轮胎气压监测系统的基本工作原理

汽车轮胎气压监测系统通过全天候对轮胎里的气体压力进行监测，对轮胎的漏气和低压、高压进行报警，使车辆尽可能始终处于安全运行状态。整个系统主要由为轮胎内数据采集及发射系统、数据接收及显示报警系统两个子系统组成，如图1所示。

图1 系统原理方框图

图2 轮胎压力监测系统总体框图

在数据采集及发射系统中，数据采集模块先将汽车轮胎内压力温度变化等情况通过传感器采集给MCU，经MCU编码后由射频发射给驾驶室内的接收系统。在数据接收及处理这部分系统中，数据接收模块将数据进行解调将模拟信号转换成数字信号。然后交由MCU进行解码处理后将信息传送到显示报警模块。在显示报警模块中，系统将经过处理的数据显示在显示电路中并对危险情况进行报警。

汽车轮胎压力监测系统应用设计

引 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。在此原则之下，本文提出了一种新的TPMS设计方法。实验结果表明：所开发的系统工作可靠，能够达到安全预警的目的。

1 总体设计及主要元器件选择

轮胎压力监测系统（TPMS）的工作是通过射频收发来实现的，由轮胎模块和监视器模块组成。图1为其系统结构框图。

1．1 轮胎模块

轮胎模块由传感器、微处理器、发射芯片、电池和天线组成。因为此模块要嵌入到轮胎内，所以模块的超小型和节电设计是最关键的问题。

1．1．1 传感器

传感器选择Motorola公司的压力／温度传感器MPXY8020A。它是一种表面微机械型电容性微机电系统（MSMS）压力传感器。其特点有：专门的TPMS气压和温度传感器、CMOS工艺、低功耗、3 V工作电压、带有MCU唤醒功能的集成低频振荡器、8位数字输出；全部功能集成在单一芯片上，降低了功耗，适合条件要求苛刻的电池供电系统；测压范围为一40℃～+125℃，测温范围为0～637 kPa；它具有4种工作模式，即待机／复位、压力测量、温度测量和数据输出。用户可以通过设置S0和S1引脚选择相应的模式，如表1所列。由表1可以发现，MPXY8020A在不同的工作模式下，需要的工作电路不同，从而达到降低功耗的目的。

1 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

Abstract

2 High-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

车辆轮胎胎压监测系统设计与实现

一、引言

车辆行驶过程中，轮胎胎压的稳定性是保障行车安全的重要因素之一。对于有经验的车主而言，可以通过听声、观察外观等方法来判断轮胎的胎压是否正常。但对于一些不太熟悉车辆轮胎的人来说，这一操作非常困难。更为严重的是，如果轮胎胎压不齐，就容易导致轮胎磨损不均、行车不稳，甚至是发生交通事故。基于这种情况，提出一种车辆轮胎胎压监测系统，以提高车辆行驶的安全性。

二、相关技术

车辆轮胎胎压监测技术目前主要分为两种，分别为直接测量与间接测量。直接测量是通过将胎压传感器嵌入轮胎内部，通过无线通讯将传感器的信息传输至车载接收器，进而反馈给车主。这种方法具有高精度、可靠性高的优点，但缺点在于成本较高，且维护困难。间接测量是通过车载系统来监测轮胎内部的监测方法，一般是采用轮速传感器和ABS系统配合，利用单个轮胎的轮速变化来判断胎压是否正常。这种方法成本低，操作简便，但精度有限。

三、技术实现

针对间接测量方法的实现，此处介绍一种基于Arduino的轮胎胎压监测系统。该系统使用了Arduino Uno开发板进行开发，通过与6个轮速传感器、1个OLED显示屏、1个无线模块的结合，实现了对四个轮胎胎压及车速的实时监测。

在系统的实现过程中，首先需要制作底盘。底盘可以采用硬质纸板或塑料板，将各个硬件组件进行布局并固定在板子上。接着，对于每个轮子，需要安装一个轮速传感器，使其与ABS系统进行同步，即可实现监测单个轮子的旋转速度变化。通过对传感器的采样后，可以轻松计算出车辆的速度和各个轮子的运动状态。同时，在传感器的基础上，通过利用嵌入式计算机进行计算，即可判断出车辆是否存在轮胎胎压异常的情况。 在将数据上传至显示器和监控中心之前，还需要充分考虑传输安全问题。因此，采用了无线模块，通过蓝牙或者Wi-Fi等连接方式，将监测的数据上传至显示器或基站，完成数据传输与处理。同时，结合车联网技术，该系统还可以实现远程监测和数据传输。通过远程监测，车主可以随时掌握车辆的行驶状态，以及各个轮子的胎压变化情况，从而做出相应的保养和养护。