汽车胎压检测报警系统设计

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。

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。

胎压监测系统的设计)胎压监测系统（TPMS）是一种车载安全系统，用于监测和报告车辆轮胎的实时胎压信息。

该系统通过传感器在车辆的每个轮胎上安装，并通过无线通信将胎压数据传输到车辆中央处理单元（ECU）或驾驶舱的仪表板上的显示屏上。

胎压监测系统的设计旨在提高驾驶员和乘员的安全性、减少车辆维修和保养成本，并提高燃油效率。

1.传感器选择：选用高质量、高精度的胎压传感器。

这些传感器应能在各种温度和地形条件下工作，并能精确测量每个轮胎的胎压。

2.传感器安装位置：传感器应安装在每个轮胎的气门上，并与轮胎的空气腔相连。

传感器的安装位置应在车辆结构和无线通信方面具有良好的稳定性和可行性。

3.数据传输：胎压传感器通过无线通信将数据传输到车辆的中央处理单元或仪表板上的显示屏。

这需要选择适当的无线通信技术并设计合适的通信协议。

传输的数据应具有较高的可靠性和实时性。

4.数据处理和分析：车辆中央处理单元或仪表板上的显示屏应具备处理和分析胎压数据的功能。

这将涉及到设计合适的算法和逻辑，用于判断胎压是否达到警戒线，并提供相应的警示。

5.用户界面：胎压监测系统应具备友好的用户界面，以便驾驶员或乘员能够方便地查看和理解胎压数据。

这可能包括数字显示、指示灯、声音警报等反馈机制。

6.警报和报警：系统应当能够根据实时胎压数据发出警报和报警。

这可以通过仪表板上的显示屏、声音警报、风格振动等方式实现，以提醒驾驶员注意胎压问题。

7.可靠性和安全性：胎压监测系统的设计应具备高可靠性和安全性。

这包括传感器的稳定性、数据传输的可靠性、系统的抗干扰能力以及反面攻击的安全性保障等。

8.故障检测和维护：系统应能检测传感器的故障情况，并提示用户进行维护和更换。

这可以通过系统的自检功能、传感器故障检测算法等手段实现。

9.系统集成和兼容性：胎压监测系统的设计应能与车辆的其他系统进行良好的集成，并具有良好的兼容性。

系统设计应考虑到不同车辆的需求和要求，以便可以广泛适用于不同类型的车辆和市场。

汽车轮胎故障预警系统设计与实现近年来，随着汽车的普及和人们对行车安全重视程度的提高，汽车轮胎故障预警系统已成为汽车安全保障中的一部分。

为了提高驾驶人员对轮胎故障的识别能力，降低轮胎故障带来的交通事故风险，因此汽车轮胎故障预警系统的开发一直以来备受瞩目。

一、背景轮胎故障在驾驶中是非常常见的事情。

为了在行车过程中提醒驾驶人员及时处理轮胎故障，轮胎故障预警系统就被人们广泛地研究和应用。

该系统可以检测轮胎气压、温度等状态参数，提醒驾驶员进行及时处理。

二、轮胎故障预警系统设计原理1、数据采集轮胎故障预警系统主要是通过数据采集来检测轮胎的气压和温度状况。

在每个汽车轮胎上安装一个传感器，可以实时地采集轮胎的数据状况，并通过实时数据分析来对车轮的状态进行判断，如果发现轮胎存在故障，则通过车载显示器进行提示，提醒驾驶员注意。

2、数据分析通过轮胎故障预警系统采集到的数据，可以对轮胎的气压、温度等信息进行实时分析，如果发现轮胎的气压或温度偏高或偏低时，系统会自动发出警报。

为了提高检测的准确性，可以采集多个参数，同时作为故障预警的依据，比如轮胎的旋转速度。

3、警报提示当轮胎存在故障的时候，系统会通过车载显示器进行提示，并且发出特殊的报警声音，提醒驾驶员及时注意。

在一些高级别的预警系统中，还可以通过车载平台将预警信息传输到驾驶员手机上，方便驾驶员在第一时间内处理故障。

三、轮胎故障预警系统的优势1、提高安全轮胎故障预警系统有效地检测轮胎的状况，提高驾驶员的安全性。

一旦发现轮胎存在故障，系统就会及时发出报警声音，提醒驾驶员减速、维修，以避免发生交通事故。

2、延长轮胎使用寿命轮胎故障预警系统可以通过检测轮胎气压、温度等信息，提供有关轮胎状况的关键数据。

这些数据可以帮助驾驶员及时调整气压和温度，延长轮胎使用寿命。

3、降低燃油消耗轮胎气压不足会导致燃油消耗增加，而轮胎温度过高同样会增加燃油的消耗。

通过轮胎故障预警系统及时检测轮胎的气压和温度，可以有效降低燃油消耗，经济实惠。

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MPXY8300和STM32的汽车胎压监测系统设计汽车胎压监测系统（TPMS）是一种使用传感器监测车辆胎压的设备，旨在提醒驾驶员胎压异常，以确保行车安全。

本文将介绍基于MPXY8300压力传感器和STM32微控制器的汽车胎压监测系统的设计。

1.系统概述汽车胎压监测系统主要由以下几个部分组成：传感器模块、控制模块、显示模块和报警模块。

传感器模块负责测量胎压值并发送给控制模块，控制模块对胎压进行判断并控制显示模块和报警模块进行相应操作。

2.传感器模块设计MPXY8300压力传感器是一种具有高精度和低功耗的压力传感器，适用于胎压监测系统。

传感器模块将传感器与STM32微控制器进行连接，通过I2C或SPI接口发送胎压值给控制模块。

3.控制模块设计控制模块由STM32微控制器构成，负责接收传感器模块发送的胎压值，并进行胎压状态判断。

当胎压异常时，控制模块将控制显示模块显示对应的胎压状态，并通过报警模块发出声光报警信号。

4.显示模块设计显示模块采用液晶显示屏，用于显示每个轮胎的胎压值和胎压状态。

控制模块通过串口或并行接口与显示模块进行通信，并发送相应的显示信息。

5.报警模块设计报警模块主要由蜂鸣器和LED指示灯组成。

当胎压异常时，控制模块将控制蜂鸣器发出声音，并通过LED指示灯闪烁来提醒驾驶员。

6.系统工作流程系统在工作时，传感器模块不断测量胎压值并发送给控制模块。

控制模块接收到胎压值后，通过一定的算法进行胎压状态判断，如果胎压异常，则控制显示模块显示相应的胎压状态，并控制报警模块发出声光报警信号。

当胎压恢复正常时，系统将不再发出报警信号。

7.系统特点该系统采用了高精度和低功耗的MPXY8300压力传感器，能够准确测量胎压值。

通过STM32微控制器的处理和控制，能够实时监测胎压状态，并通过显示模块和报警模块提醒驾驶员。

同时，该系统还具有低功耗和可靠性高的特点。

总结：。

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。

毕业设计（论文）汽车轮胎压力监测报警系统大学电子工程毕业设计论文学生姓名专业电子信息工程班级学号指导教师2 年月摘要随着汽车工业的发展和道路交通网络的扩大由此而引起的安全问题在人们的生活中也是曰益严重引发的交通事故也在不断增多其中由轮胎气压引起的事故比例非常之高使得人们对的轮胎气压的关注日益密切汽车轮胎压力监测技术是一种能切实有效的防止和减少由于轮胎引起的交通事故的方法本设计介绍轮胎压力监测系统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TPMS轮胎压力监测射频压力传感器微控制器ABSTRACTAlong with the development of the automobile industry and the extension of the road transportation network the resulting security problems in peoples lives is also became serious day by dayand the amount of traffic accidents has increasedThe accidents caused by tire pressure takes a large percent of total amount so that people have to concentrate on tire pressureTire pressure monitoring technique is a possible way to decrease the amount of traffic accidents caused by tire pressure Introduced emphatically realize tire pressure monitoring system TPMS circuit design and related technical problems TPMS system is consists of pressure sensor module and central receiver module Pressuresensor module which is used to collect tire pressure and send it out is consists of pressure sensor SP12 micro controller and 433 MHz send and receive an IC nRF401 of rf Receiver module receive pressure information and work on itThe module can catch each tires pressure and the real temperature inside the tires in any time and give out alarm in time it helps drivers avoid accidents effectivelyKeywords TPMS tire pressure monitoring RF pressure sensor MCU目录第1章绪论- 1 -11 课题研究的背景和意义 112 本课题研究的热点及发展现状 1com究和发展概况 2com究和发展的概况 2第2章系统设计 421 方案论证 4com胎压力监测报警系统的基本工作原理 4com案 4com方案比较 6com 722系统硬件电路设计 7com 单片机控制模块 7com路 10com线的结构 14com电路 15com LCD显示 17com耗 23第3章汽车轮胎压力监测系统的软件设计 243 1 采样端的软件设计 24com意的问题 24com工作流程介绍 25com的软件流程设计 26com步串行通讯 2732接收端软件设计 29com的通信流程介绍 30com的软件流程设计 3133 PROTEUS 仿真 33第四章结论 35第5章社会效益和经济效益 37 致谢 39参考文献 40附录1 系统硬件原理图 43附录2 部分程序清单 45第1章绪论11 课题研究的背景和意义随着汽车工业的不断发展交通越来越便利而随之引发的交通事故也在不断增多其中由于轮胎的气压引起的比例非常高这就使得人们需要对行驶中的轮胎气压进行关注轮胎气压影响着汽车的使用性能和轮胎的寿命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有人曾经用一句话来概括轮胎的重要性当一个人坐到汽车里面以后这个人实际上就交给了汽车一旦汽车行驶起来这个人实际上就全部交给了汽车在汽车的高速行驶过程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据统计在中国高速公路上发生的交通事故有70％是由于爆胎引起的而在美国这一比例则高达80％怎样防止爆胎已成为安全驾驶的一个重要课题据国家橡胶轮胎质量监督中心的专家分析保持标准的汽车轮胎气压正常与稳定和及时发现车胎漏气是防止爆胎的关键而汽车轮胎压力监视系统 Tire Pressure Monitoring System简称TPMS 毫无疑问将是理想的工具在客车和轻型卡车上必须安装轮胎气压监测系统 TPMS 以便在轮胎气压低于规定值时发出警报于是汽车轮胎气压监测技术应运而生在未来汽车上加装轮胎压力监测系统TPMS也必将和ABS安全气囊一样是必然的发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安全运行状态12 本课题研究的热点及发展现状伴随着城市交通技术的不断发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发达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安全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 安全气囊一样是必然的发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安全运行状态com究和发展概况早在2001年美国就通过了TRAD法案法案要求到2007年所有在美国销售的新车都必须将TPMS作为标准配置美国国家公路交通安全管理局 NHTSA 2002年颁布的法规要求监控器在轮胎气压低于生产商推荐值的25％～30％时向司机报警建议从2004年开始薪车应安装轮胎气压监控系统 TPMS 继美国之后欧洲也制定相应的法规要求其国内的汽车厂商安装TPMS在2004年美国印地安纳波利斯博览会上．加拿大斯马轮胎设备公司推出了世界上第二套摩托车轮胎专用TPMS第一套是由英国Metasystem公司2002年推出的该产品能够在摩托车行驶中监测和显示每条轮胎的充气内压和温度信息如果出现偏差就会通过报警灯提醒骑乘者注意日本阿尔卑斯电气公司开发的不需电池的汽车轮胎气压监测系统最近通过有关试验验证符合欧洲及美国的电磁波相关法律规定今后将以行驶条件及轮胎种类等因素的影响为中心进行评测计划在欧美日本等地进行实地试验2004年8月开始提供样品2006年投入批量生产国外的TPMS产品已经相当成熟能够经受57万公里的使用测试现在国外的TPMS的研发重点在于开发无源的TPMS如采用SAW这类无源器件的频率变化来监测轮胎压力的变化com究和发展的概况在2003年11月24日颁布的中华人民共和国国家标准《机动车运行安全技术条件征求意见稿》中对安装轮胎压力检测装置作出了说明车长大于6米的长途客车和旅游客车最大设计总质量大于1．2吨的载货汽车和载货牵引车应安装轮胎压力报警装置有关部分机动车应安装轮胎压力报警装置的要求自本标准发布之日起第25个月开始对新注册车实施由于目前国家没有强制性规定必须安装TPMS装置而载货汽车的所有权大多属于货运公司载货汽车轮胎数量多安装TPMS 装置费用高昂一般货运公司不愿意承担如此高的费用而家用轿车轮胎使用环境远比载货汽车好且城市路面质量高轮胎可能造成的威胁比较小私家车主通常不够重视因此无论前装市场还是后装市场TPMS都处于尴尬的地位但是着眼未来国家迟早会颁布强制性TPMS安装规定尤其大型载货汽车安装TPMS是非常必要的因此市场前景广阔目前大部分厂家都处在研究开发阶段出货量不高全国开展TPMS研究的厂家接近200家专业的TPMS厂家大约为30家TPMS的研究在中国刚刚起步目前各厂家的重点并非是如何开拓市场而是如何提高产品性能和质量目前国内的TPMS系统问题不少车内需配备专用的主机显示屏需要在车内固定和接线安装繁琐影响美观整车厂难以配装不能设定标准胎压无法保障轮胎合理使用不具备抗干扰的清晰语音提示报警功能会造成驾驶员视线转移因射频效率编码纠错性能差在恶劣环境下漏报严重直接式TPMS产品无线信号传输的稳定性可靠性不足电池寿命问题传感器寿命和耐久性问题此外TPMS零组件主要靠进口缺乏自主知识产权的产品第2章系统设计21 方案论证com胎压力监测报警系统的基本工作原理本系统通过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尽可能始终处于安全运行状态图21 系统原理方框图⑴在数据采集及发射这部分系统中数据采集模块首先将汽车轮胎内压力温度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⑵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以便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com案方案1本方案如图22所示该方案采用MC33594作为RF接收芯片采用MC68HC908RF2作为轮胎结点主控芯片和发射芯片方案采用的传感器为MPXY8020属于硅集成式压力传感器由于生产工艺的限制硅集成电容式压力传感器往往测量精度比较低MC68HC908RF2发送部分的基本参数可工作在315434868MHz发射功率5dBm116-135mAT 85℃315MHz434MHzMC33594图22 方案一原理方框图方案2本方案采用的轮胎压力传感器选用MicrochiP公司的PICl6F628A低功耗8位MCU压力传感器选用英飞凌的SPl2射频IC选用N0rdic公司的nRF40l 图23方案二原理方框图com方案比较⑴精确度方案一中MPXY8020是硅集成电容式压力传感器测量精度比较低而方案二中英飞凌的SPl2是一种硅压阻式压力传感器测量精确度较高内部同时具有一个温度传感器一个加速度传感器和一个电量检测器此外英飞凌TPMS 传感器最大的一个优势是有SPI接口设计上将更有弹性⑵功耗MPXY8020为了实现低功耗运动开关或是内部加速度传感器必不可少所以方案一的传感器需要外扩运动开关而方案二中SPl2内建惯性传感器可侦测车轮运转多数时间汽车处于静止状态通过惯性传感器的辅助可大幅度节省电量相对于方案一中的两种芯片PICl6F628A具有更卓越的低功耗工作能力能提供ICSP编程方式能够完全满足设计要求⑶抗干扰性因为在方案一中轮胎模块的发射器与微处理器是集成在一个芯片上的所以抗干扰能力比较强在轮胎这种恶劣的工作环境中稳定性较强方案二的传感器虽然精度较高但是轮胎模块的集成度不够高抗干扰能力相对较弱com通过上述方案的比较最终确定选择方案二方案二具有更高的测量精确度低功耗性能和较高灵活度虽然集成度的提高可以缩短产品的研发周期但却会增加研究的被动性将MCU脱离出来一则增加的了选择的灵活度二则更有利于了解系统的局部构架分离器件的系统一旦设计出来再要设计集成器件系统就不存在障碍了虽然方案二的干扰性相对方案一较弱但总体来说设计方案二要优于方案一因此最终方案选择方案二22系统硬件电路设计com 单片机控制模块PIC16F628A单片机是18引脚的8位CMOS闪存单片机具有多用途低成本高性能和全静态的特点所有PICmicro单片机均采用先进的RISC架构PIC16F628A 具有增强的内核功能8级深度的堆栈以及多种内部和外部中断源哈佛架构独立的指令总线和数据总线允许同时取14位宽指令字与独令需要两个周期以外的所有指令都能在单个周期内执行总共有35条指令精简指令集可用PIC16F628A单片机与同类的其他8位单片机相比通常能实现21的代码压缩率和4倍的速度提升其引脚如图24所示图24 PIC16F628A的引脚图PIC16F628A器件集成了很多功能部件从而减少了外部元件的使用因此降低了系统成本提高了系统可靠性并降低了功耗PIC16F628A有8种振荡器配置单引脚的RC振荡器提供了低成本的解决方案LP振荡器可将功耗降至最低XT是标准晶振而INTOSC是独立的高精度双速内部振荡器HS模式是高速晶振EC模式则是采用外部时钟源休眠断电模式可以节能用户可以通过几种外部中断内部中断以及复位将芯片从休眠状态唤醒高可靠性的看门狗自带了片上RC振荡器能够避免程序锁死PIC单片机的特点如下1高性能 RISC CPU1 工作速度可从DC到20MHz2 中断能力3 8级深度硬件堆栈4 直接间接和相对寻址模式5 35条单字指令6 除了转移指令以外所有指令均为单周期指令2单片机的特殊功能1 内部和外部振荡器选择- 高精度的内部4MHz振荡器出厂时精度校准为±1 - 低功耗内部48kHz振荡器- 可使用晶振和谐振器作为外部振荡器2 节能的休眠模式3 PORTB上有可编程的弱上拉功能4 主复位输入引脚复用5 看门狗定时器带有独立的振荡器能保证可靠的运行6 低电压编程7 在线串行编程8 可编程代码保护9 欠压复位10 上电复位11 上电延时定时器和振荡器起振定时器12 宽工作电压范围com13 工业级和扩展级温度范围14 高耐用性闪存EEPROM单元- 闪存可经受10万次写操作- EEPROM可经受100万次写操作- 数据保持期为40年3低功耗功能1 待机电流- 当电压为20V时典型值为100nA2 工作电流- 当频率为32kHz电压为20V时典型值为12μA - 当频率为1MHz电压为20V时典型值为120μA 3 看门狗定时器电流- 当电压为20V时典型值为1μA4 Timer1振荡器电流- 当频率为32kHz电压为20V时典型值为12μA 5 双速内部振荡器- 有4MHz和48kHz两种频率可供选择- 从休眠状态唤醒4μs30V典型值4外设功能1 16个具有独立方向控制的IO引脚2 较高灌拉电流用于直接驱动LED3 模拟比较器模块带有- 两个模拟比较器- 可编程的片上参考电压 VREF模块- 可选择的内部或外部参考电压- 可外部访问比较器输出4 Timer0带8位可编程预分频器的8位定时器计数器5 Timer1带有外部晶振时钟源功能的16位定时器计数器6 Timer2带8位周期寄存器预分频器和后分频器的8位定时器计数器7 捕捉比较PWM模块8 可寻址的通用同步异步收发器USARTSCIcom路在图25所示的射频信号电路中采用Nordic公司的nRF401器件该器件是433MHz 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20kb发射功率可调最大达10dBm基本技术指标如下中心载频点为4339243433MHz最大发射功率为10dBm工作电压为27525V接收时消耗电流为250μA发射时最大为28mA待机电流为8μA图25发射接收模块电路NRF401的ANT1和ANT2是天线的输入输出复用脚在输入模式时射频信号通过将该脚连接到低噪音放大器后解调同样在输出模式时调制的信号在功率放大后通过该脚输出4脚为nRF401的PLL锁相环滤波器输入该脚正常工作时的电压是11V±02V5脚和6脚为压电晶振控制的外围电路此两脚间接一个Q 45在433MHz值的22 μH电感7脚和8脚分别为数据输入脚和输出脚配合18脚PWR_UP 和19脚TXEN上的电位时序完成信息的发送和接收11脚外接射频功率控制电阻如图2中的R3该值在22～100kΩ之间一般在30kΩ左右达到7dBm重要的时序参数NRF401在不同工作模式下的时序如表21所示表21 nrf401的工作时序表模式控制名称最大延时条件TX→RX t 3 ms 连续工作RX→TX t 1 ms Stdby→TX t 2 ms Stdby→RX t 3 ms VDD 0→TX t 4 ms 上电VDD 0→RX t 5 ms TX RX 的切换当从 RXTX 模式时数据输入脚DIN必须保持为高至少1ms才能发送数据时序如图a所示当从 TXRX 模式时数据输出脚DOUT要至少3ms以后有数据输出如图所示TX RX 的切换Standby RX 的切换从待机模式到接收模式当PWR_UP输入设成1时经过时间后DOUT脚输出数据才有效请看表对nRF401来说最长的时间是3ms如图所示Standby TX 的切换从待机模式到模式请看表21图27Standby RX 和Standby TX 切换Power Up TX 的切换从加电到发射模式过程中为了避免开机时产生干扰和辐射在上电过程中TXEN的输入脚必须保持为低以便于频率合成器进入稳定工作状态当由上电进入发射模式时TXEN 必须保持1ms以后才可以往 DIN 发送数据见图a Power Up RX 的切换从上电到接收模式过程中芯片将不会接收数据DOUT也不会有有效数据输出直到电压稳定达到27V以上并且至少保持5ms如果采用外部振荡器这个时间可以缩短到3ms见图28 Power Up TX和Power Up RX的切换时序图com线的结构由于天线有不同类型应根据具体应用要求来选择本应用中天线位于汽车轮毂内紧靠气门嘴在高速行驶中天线不断变换方向为了尽可能扩大接收的角度选用螺旋天线螺旋天线的圈数N直径D和圈距S决定了天线的增益和方向性天线的总长为LN NLo Nsqrt S2C2 这里C πD是螺旋的园周Lo sqrt S2C2 是一圈导线的长度另一个重要参数是螺旋角α它是螺旋线切线和螺旋轴垂直平面的夹角螺旋角的定义为α tan-1 SC 螺旋天线有以下2种工作模式1 常态模式在常态工作模式天线辐射场在相对于螺旋轴的法线平面有极大值对于该模式NLo λ2 轴向端射模式这种工作模式只有一个主瓣它的最大辐射强度沿着螺旋轴副瓣与轴间有一个倾斜角度为激励这种模式其直径D和空间S必须是波长的一个大分数本设计采用单端天线时匹配网络的设计图的180nH电感要求自谐振频率大于433MHz根据具体应用不同在RF输入输出处可能需要 LC 匹配网络单端天线到nRF401的连接也可以采用一个81的RF线圈匹配阻抗图29 单端天线时匹配网络英飞凌公司的SP12传感器整合了硅显微机械加工的压力与加速度传感器温度传感器和一个电池电压监测器提供四合一传感功能并配有一个能完成测量信号补偿与调整及SPI串行通信接口CMOS大规模集成电路英飞凌的SP12传感器测量范围 1 压力范围100kPa到450kPa分辨率137kPalsb 2 加速度范围-12g到115g分辨率05glsb 3 温度范围-40到125分辨率1lsb 4 传感器供电电压com分辨率184mVlsb英飞凌的SP12传感器的优点1 检测精度方面硅压阻式压力传感器SP12是采用高精密半导体电阻应变片组成惠斯顿电桥作为力电变换测量电路的其测量精度能达001～003FS 2 测量可靠性方面SP12设有补偿功能可以对压力加速度温度供电电压信号进行检测和补偿准确提供不同型号轮胎在不同环境时的正确补偿值有效地保证了测量可靠性 3 低功耗方面英飞凌的SP12传感器首先是采用了唤醒瞬态工作模式当它工作在睡眠工作模式时其功耗仅06微安秒器件所有数字模拟部分全部工作时的电流消耗是6mA大大地降低系统功耗延长了电池的使用寿命图210传感器电路SP12传感器引脚NCS片选使能输入信号当NCS接收到低电平信号时SP12被选中工作否则SP12不工作SCLK串行时钟输入输出用于输出或者接收数据传输的串行时钟本例中用于接收来自单片机的串行时钟 SDI串行数据输入信号用于接收单片机的串行数据输入SDO串行数据输出信号用于向单片机串行输出SP12的测量数据对数据进行处理由于SP12测量的压力温度加速度以及电压并不能直接用来表示实际的压力温度加速度以及电压需要进行二次处理才能转化为实际检测值所以需要单片机对接收到的SP12响应数据进行处理后才能送到液晶显示器进行显示 1 压力数据处理实际压力温度字节数据×137 100kPa 2 温度数据处理温度字节中的内容T50反映了测量到的温度T单位是摄氏度其范围是10175对应于-40125的温度范围即实际温度温度字节数据–50由于温度测量存在非线性误差因此必须进行修正修正公式为－ 1－09200400022式中为修正后的温度为实际温度为非线性误差 3 加速度数据处理实际加速度加速度字节数据×05– 12g 4 电压数据处理实际电压电压字节数据×00184 173V1602LCD分为带背光和不带背光两种带背光的比不带背光的厚是否带背光在应用中并无差别如图所示图211 1602LCD11602LCD主要技术参数显示容量16×2个字符芯片工作电压4555V工作电流20mA 50V模块最佳工作电压50V字符尺寸295×435 W×H mm引脚功能说明1602LCD采用标准的14脚无背光或16脚带背光接口各引脚接口说明如表所示22 1602LCD引脚说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明 1 VSS 电源地9 D2 数据 2 VDD 电源正极10 D3 数据 3 VL 液晶显示偏压 11 D4 数据 4 RS 数据命令选择12 D5 数据 5 RW 读写选择13 D6 数据 6 E 使能信号14 D7 数据7 D0 数据15 BLA 背光源正极8 D1 数据16 BLK 背光源负极引脚接口说明第1脚VSS为地电源第2脚VDD接5V正电源第3脚VL为液晶显示器对比度调整端接正电源时对比度最弱接地时对比度最高对比度过高时会产生鬼影使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度第4脚RS为寄存器选择高电平时选择数据寄存器低电平时选择指令寄存器第5脚RW为读写信号线高电平时进行读操作低电平时进行写操作当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据第6脚E端为使能端当E端由高电平跳变成低电平时液晶模块执行命令第7～14脚D0～D7为8位双向数据线第15脚背光源正极第16脚背光源负极1602LCD的指令说明及时序1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令如表所示23 1062指令及时序表序号指令RS RW D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清显示 00 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光标返回0 0 0 0 00 0 0 1 3 置输入模式0 0 0 0 0 0 0 1 IDS 4 显示开关控制0 0 0 0 0 0 1 D C B 5光标或字符移位0 0 0 0 0 1 SC RL 6 置功能0 0 0 0 1 DL N F 7 置字符发生存贮器地址 00 0 1 字符发生存贮器地址8 置数据存贮器地址0 0 1显示数据存贮器地址9 读忙标志或地址0 1 BF 计数器地址10 写数到CGRAM或DDRAM 1 0 要写的数据内容11 从CGRAM或DDRAM读数 1 1 读出的数据内容控制命令1602液晶模块的读写操作屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的说明1为高电平0为低电平指令1清显示指令码01H光标复位到地址00H位置指令2光标复位光标返回到地址00H指令3光标和显示模式设置 ID光标移动方向高电平右移低电平左移 S屏幕上所有文字是否左移或者右移高电平表示有效低电平则无效指令4显示开关控制 D控制整体显示的开与关高电平表示开显示低电平表示关显示 C控制光标的开与关高电平表示有光标低电平表示无光标 B控制光标是否闪烁高电平闪烁低电平不闪烁指令5光标或显示移位 SC高电平时移动显示的文字低电平时移动光标指令6功能设置命令 DL高电平时为4位总线低电平时为8位总线 N低电平时为单行显示高电平时双行显示 F 低电平时显示5x7的点阵字符高电平时显示5x10的点阵字符指令7字符发生器RAM地址设置指令8DDRAM地址设置指令9读忙信号和光标地址 BF为忙标志位高电平表示忙此时模块不能接收命令或者数据如果为低电平表示不忙指令10写数据指令11读数据与HD44780相兼容的芯片时序表如下24 1602芯片时序表读状态输入RS LRW HE H 输出D0D7 状态字写指令输入RS LRW LD0D7 指令码E 高脉冲输出无读数据输入RS HRW HE H 输出D0D7 数据写数据输入RS HRW LD0D7 数据E 高脉冲输出无读写操作时序如图和所示图读操作时序图写操作时序1602LCD的RAM地址映射及标准字库表液晶显示模块是一个慢显示器件所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平表示不忙否则此指令失效要显示字符时要先输入显示字符地。

车辆轮胎胎压监测系统设计及实现随着社会的进步，人们对于汽车安全性能的要求越来越高。

作为汽车的重要组成部分，轮胎的性能对于汽车的安全和稳定性至关重要。

而胎压不足或过高是容易导致轮胎老化、损坏等问题的主要原因之一，因此开发一套车辆轮胎胎压监测系统具有重要的现实意义。

本文将介绍车辆轮胎胎压监测系统的设计及实现。

首先，我们将介绍系统的基本原理和功能要求；接着，我们将详细分析系统的硬件和软件设计；最后，我们将进行实验验证，证明系统的可行性和有效性。

一、系统的基本原理和功能要求车辆轮胎胎压监测系统是一种电子监测系统，主要用于监测车辆轮胎的胎压情况，并及时向驾驶员发出警示。

其基本原理是利用传感器监测车轮的胎压，并将数据传输至中央处理器进行处理。

当胎压低于或高于正常范围时，系统会自动发出警报信号，提醒驾驶员需要检查胎压。

车辆轮胎胎压监测系统具有如下要求：1.精度高：系统需要具备高精度的传感器，能够准确地监测车轮的胎压。

2.实时性强：系统需要能够实时监测车轮的胎压，并及时发出警报信号。

3.操作简便：系统需要具备简单易用的操作界面，使驾驶员能够方便地使用系统。

二、系统的硬件设计车辆轮胎胎压监测系统的硬件主要由传感器、中央处理器、显示器等部分组成。

其中，传感器是系统的核心部分，用于监测车轮胎压。

传感器要求精度高、功耗低、体积小，以保证系统的高效性、可靠性和便携性。

中央处理器是系统的控制中心，用于处理传感器采集到的数据，判断车轮是否出现胎压异常，并触发警报信号。

中央处理器需要具备高性能、低功耗、稳定性高等特点。

显示器是系统的界面部分，用于显示车轮胎压情况和系统状态。

显示器要求清晰度高、稳定性好，能够适应不同驾驶环境下的使用。

在硬件设计上，我们首先选择精度高、功耗低、体积小的压力传感器作为系统的核心。

利用传感器采集到的数据，我们设计了一套基于STM32单片机的中央处理器。

该处理器具备高性能、低功耗、稳定性高等特点，能够实现实时监测、胎压异常判断和警报触发。