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轮胎温度无线监控系统设计

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！！　Ｑ：　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｌｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　轮胎温度无线监控系统设计①②　宫照辉曹瀚林张辛未　（沈阳航空航天大学自动化学院辽宁沈阳　１　１　００００）　工业技术　

摘要：介绍了基于单片机的轮胎温度无线监控系统电路设计。系统￣ＡＴ８９Ｃ５１单片机作为控制核心。无线收发芯￣ＮＲＦ２４Ｌ０１将轮胎温度实时传　输给中央控制器。ＬＣＤ１２８６４液晶显示屏实时显示当前的轮胎温度。通过比较轮胎实测温度和预先设定的温度阚值，由中央控制器决定是否采取　降温措施，使轮胎温度保持在安全范围内。该设计功能较全面，结构小，ｊ，具有良好的实用价值和现实意义。　关键词：轮胎温度　无线监控　无线收发芯片　液晶显示　中图分类号：ＴＰ２７４　文献标识码：Ａ　文章编号：ｌ６７４—０９８ｘ（２０ｌ４）ｏ４（ａ）一００３６—０２　自从汽车发明以来，其安全问题就一直　受到人们的关注，其中轮胎温度是影响行　使安全的因素之一ｕＩ２　。轮胎温度过高会影　响轮胎的使用寿命，甚至导致爆胎。因此，　实时检测并控制行驶中汽车轮胎的温度对　安全驾驶起着极大的作用”ｊ。而转动中的轮　胎不适合用传统的温度传感器进行实时检　测，因此结合数字温度传感器，本文设计一　种轮胎温度无线监控系统，实现对于汽车　轮胎安全的智能监控，有效保障了行车安　全，具有良好的实用价值和现实意义。　１系统总体方案设计　系统分为上位机、下位机两部分，分别　采用单片机ＡＴ８９Ｃ５１作为各自的控制核心。　下位机由单片机，Ｄｓ１　８Ｂ２０数字温度传感　器和无线收发芯片ＮＲＦ２４Ｌ０１组成。主要　负责轮胎温度的采集和发送。将ＤＳ１　８Ｂ２０　采集到的温度数据传输到无线收发芯片　ＮＲＦ２４Ｌ０ｌ，ＮＲＦ２４Ｌ０ｌ通过无线信号将　温度值发送到上位机。　上位机的硬件结构图如（图１）所示。主　要功能是接收下位机采集到的轮胎温度数　据，并由上位机的单片机作为控制核心对温　度数据进行监控。ＬＣＤ液晶实时显示温度，　方便驾驶员观察。上位机控制核心预先设　定三个温度值，温度值由低至高分别定义为　阈值１、阈值２和警戒值。当实测轮胎温度达　到或超过阑值１时，控制核心自动开启风冷　模式，即风扇降温；温度超过阂值２时，自动　开启水冷模式降温，温度超过警戒值，自动　停止系统的运行，即停车提醒驾驶员需要检　查当前的汽车轮胎状态，从而实现智能无　线监控轮胎温度的目的。　２系统硬件设计　２．１　ＤＳ１８Ｂ２０温度采集电路设计　ＤＳ１８Ｂ２０与下位机的ＡＴ８９Ｃ５１由一条　数据线连接，其中ＤＱ引脚为数据端口，与　ＡＴ　８９Ｃ５１的Ｐ３．４相连。ＶＣＣ接５Ｖ电源正　极，ＧＮＤ为接地端。需要注意的是使用外　部供电时，输出引脚在空闲时始终是高电　平输出，所以在ＶＣＣ引脚与ＤＱ引脚间需要　串接一个４．７Ｋ欧姆电阻。经过数据转换处　理，温度值的输出形式为９至１２位的串行数　字信号。　２．２无线通讯硬件电路设计　本设计的关键是上、下位机间的温度数　据传输。采用Ｎｏｒｄｉｃ公司的ＮＲＦ２４Ｌ０１射　频芯片　负责温度的无线发射和接收，工　作频段２．４ＧＨｚ。通过设置ＮＲＦ２４Ｌ０ｌ引脚　ＣＥ，寄存器参数ＰｗＲ—ＵＰ，ＰＲＩＭ—Ｒｘ可　以选择芯片ＮＲＦ２４Ｌ０１的工作模式为接收　模式或发射模式。　ＮＲＦ２４Ｌ０１与单片机采用ＳＰＩ的通讯　方式。下位机的ＮＲＦ２４Ｌ０１设定为发射模　

图１　上位机硬件结构图　①基金项目：本文系辽宁省大学生创新创业训练计划项目（２０１３１０１４３０１７）的研究成果。　②作者简介：宫照辉，男，沈阳航空航天大学自动化学院。　曹瀚林，男，沈阳航空航天大学自动化学院。　张辛未，男，沈阳航空航天大学自动化学院，研究方向：测控技术与仪器。　３６　科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　式。根据上位机的指令，发射端通过ＳＰＩ将　温度信息送入ＮＲＦ２４Ｌ０１的Ｔｘ—Ｂｕｒ（发送　缓冲区），启动发射模块进行发射。　上位机接收数据，首先将该部分的　ＮＲＦ２４Ｌ０ｌ设置为发射模式，由其唤醒下　位机的ＮＲＦ２４Ｌ０１。然后再将上位机的　ＮＲＦ２４Ｌ０１设置为接收模式，延迟１　３０　Ｓ　接收并解析Ｒｘ—Ｂｕｒ当中的温度信息。　２．３液晶显示电路设计　显示电路采用ＬＣＤ。为了方便驾驶员　的观察，选择带中文字库的ＬＣＤｌ２８６４。　显示界面实时显示所测量的轮胎温度和　预先设定的温度阈值１，闽值２，警戒值。　ＬＣＤ１２　８６４能显示８　Ｘ　４行１６　Ｘ　１６点阵的汉　字，完全可以满足本设计的功能要求。　３系统软件设计　３．１下位机数据采集及发射软件设计　下位机部分的软件主要解决两个问　题。一是ＤＳ１８Ｂ２０检测轮胎温度及温度值　的转换处理。二是温度值通过ＮＲＦ２４Ｌ０１　无线传输给上位机。其软件设计流程图如　（图２）所示。下位机初始化后，等待上位机的　发送数据请求信号。一旦接收到主机的发　送请求，下位机将ＮＲＦ２４Ｌ０１设置为发送模　式，将ＤＳ１８Ｂ２０采集和处理过的温度值以　串行数字信号的形式，传送给上位机的无线　芯片。　３．２上位机温度接收及处理软件设计　上位机根据采集到的温度信息，自主判　断当前轮胎状态是否健康安全。同时通过　ＬＣＤ１２８６４实时显示温度，供驾驶员参考。　该部分软件设计流程图如图３Ｎ示。　上位机首先初始化设置，包括单片　机、ＬＣＤ的设置等。系统准备好后，由　ＮＲＦ　２　４Ｌ　０１通知下位机可以发送温度　数据。当检测到下位机的发送数据后，　ＮＲＦ２４Ｌ０１开始接收温度信息，并将其存　储在缓存单元。当前温度数据接收完毕后，　

应答下位机。对接收到的温度值，上位机控　工业技术　Ｑ：　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　

图２下位机数据采集及发射流程图　

图３上位机温度数据接收及处理流程图　制核心送ＬＣＤ显示。同时比较实测值与设　定值的大小，决定是否发送控制信号，采取　降温措施。然后系统准备接收下一组温度　数据。　具体的降温措施描述如下，本系统共　设定了三个温度档位，分别定义为阈值１，阈　值２，ｎ警戒值。档位值由低到高，分别采取　不同的轮胎降温措施。若轮胎的实测温度　值小于阂值ｌ，则轮胎温度正常，不需要任　何降温处理。若实测温度介于阈值１和阈值　２２＿间，表明目前的轮胎存在一定的安全隐　患，上位机自动驱动风扇降低轮胎温度。若　风冷降温的速度不能阻挡轮胎温度的持续　升高，温度值超过阈值２，则上位机启动喷　水器降温。如果风冷降温和水冷降温均不　起作用，轮胎温度超过了警戒值，表明轮胎　目前处于危险状态，需要停车处理。　４结语　由于轮胎在工作中处于转动状态，所以　设计一款能够无线传输轮胎温度到远程控　制器的设备有着重要的意义。特别是监控　行驶中的汽车轮胎的实时温度，有很强的　实用价值。　本系统以５１单片机作为控制核心。下位　机由数字温度传感器采集轮胎温度。无线　芯片ＮＲＦ２４Ｌ０１收发温度数据。上位机的　控制核心通过ＬＣＤ１２８６４液晶显示屏实时　显示当前的轮胎温度。并且通过预先设定　的三个温度预警档位，根据不同温度状态　可能导致的安全隐患，采取不同的降温处　理措施。该设计能满足大多数轮胎温度的　监控需求，成本较低，便于推广（图３）。　参考文献　［１】刘桂兰，祖国建．机动车辆轮胎的保护控　制［Ｊ】．交通科学与工程，２０１１（１）：８５－８８．　［２】刘洪凯．高速公路爆胎的原因及预防措　施［Ｊ】．汽车运用，２０１１（１１）：３５．　［３】谭先峰．基于无线通信的轮胎温度采集　系统研制［Ｄ］．青岛科技大学，２０１０．　［４】周黎明．短距离无线数据传输系统研究　…．工业控制计算机，２０１３（５）：６５，６７．　［５］沈勇，蒋文雄，段勇．基于ｎＲＦ２４Ｌ０１的　通用无线通信模块设计【Ｊ】．电子设计工　程，２０１３（１８）：８４－８６．　

科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　

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任务书汽车轮胎压力与温度监控系统的设计 精品

任务书汽车轮胎压力与温度监控系统的设计 精品

题 目:汽车轮胎压力与温度监控系统的设计

（）题目 汽车轮胎压力与温度监控系统的设计

题目类型 技术开发 题目来源 科研

（）内容与技术要求 内容：汽车轮胎压力与温度监控系统主要包括传感器部分，无线发射部分，无线接收部分以及报警系统。本文主要是研究汽车轮胎压力与温度监控系统的相关实现问题。主要内容包括以下几点：

1、课题背景及意义。

2、系统设计要求。

1）芯片的选择。

2）轮胎模块的总体设计。

3）主机模块的总体设计。

3、轮胎模块的硬件与软件设计。

1）温度与压力的检测。

2）无线发射模块。

4、主机模块的硬件与软件设计。

1）数据接收模块。

2）数据显示模块。

3）报警模块。

（）进度

第一阶段：准备阶段

20XX年10月12日至10月31日：毕业任务书下达，在指导老师指导下完成开题报告

第二阶段：撰写阶段

20XX年11月初至12月初：收集资料，分析资料，确定设计所需的方法和方案 ；

20XX年12月初至20XX年1月底：撰写设计的初稿；

20XX年1月初至20XX年2月底：完成设计的二稿；

20XX年3月初至20XX年4月底：终稿完成打印。

第三阶段：答辩阶段

20XX年5月初至20XX年5月中旬：准备答辩资料，20XX年5月中旬参加答辩。

参考资料

汽车轮胎温度和压力监测系统设计

汽车轮胎温度和压力监测系统设计

2018年第7期 信息通信 2018(总第 187 期） INFORMATION & COMMUNICATIONS (Sum. No 187)汽车轮胎温度和压力监测系统设计何德华，陈万培，毛通宝，栾剑兵，陈宝剑(扬州大学信息工程学院，江苏杨州225127)摘要:汽车轮胎故障一直是造成交通事故的重要因素之一。本设计通过嵌于汽车轮胎气门嘴上的SP37传感器对汽车轮 胎温度、压力等数据进行实时采集，并采用无线数据传输功能将数据发送到驾驶室内的主机中，通过液晶屏实时显示轮 胎压力和温度等数据。当轮胎出现胎压问题的时，系统将启动声光报警，从而保证行车安全。实验数据表明，本系统具 有低功耗、高稳定度、测量高精度等特点。关键词:TPMS; SP37;汽车安全;STM32中图分类号:U你3.6 文献标识码:A 文章编号:1673-1131( 2018 )07-0056-020引言现代社会，汽车已经成为不可或缺的交通运输工具，轮胎 在汽车系统中占有重要地位，轮胎问题将直接影响人们的行 车安全。当轮胎的胎压过高或过低时，轻则増加油耗，缩短 轮胎使用寿命，重则导致交通事故，危害人员生命安全。汽 车轮胎压力检测系统(TPMS)通过内嵌传感器能够动态监测 轮胎的压力、温度数据，并能在异常状况下及时对驾驶员发 出预瞥信号。作为全球最大的新兴汽车市场,中国正在逐步 完善汽车安全的相关法案，汽车安全产品也将成为中国汽车 市场的一大消费热点。文章基于英飞凌新型传感器SP37以 及STM32核心，结合髙效的算法对一款稳定TPMS系统展 开分析。1系统总体设计选择。由于在相同误码率下2FSK的信噪比较2ASK小3dB, 本设计选择了 2FSK调制方式。电池在胎压监测模块中同样充当着重要的角色。考虑到 模块工作环境和电池更换不易，电池需考虑以下几个因素:工 作温度、电池容量、體和质量、抗干扰能力和放电强度等。比 较了市场上常见的几种电池，我们选择了锂亚电池作为监测 模块电源，以满足模块长期运作的寿命需求。2.2胎压接收处理模块本设计中，我们选择ATA5428芯片作为RF接收芯片，选 择STM32F1系列单片机作为MCU核心ATA5428芯片包含了射频功能和逻辑控制功能，可以工 作于431.5MHz"436.5MHz,具有低功耗和高集成度，传输的距 离远，接收的灵敏度髙等优点，其内部集成模块功能强大。该 芯片内部含有7个控制寄存器，可以非常简单地对频率、收发 速率、调制方式进行设置。系统主要由安装在车轮的钢毂上的胎压数据监测模块和 数据接收模块组成，系统结构框图如图1所示。数据接收校块|~i晶站¥ |=Sj Wffi报开| 按键控制II核心供中Jh.路丨低狻唤图1系统结构框图在胎压监测模块接收到低频唤醒器的唤醒信号后，开始 采集轮胎内部的压力和温度信息数据，并通过RF电路将数据 传送给主控,在液晶屏上显示四个轮胎当前状态，方便车主査 看。如果胎压和温度发生异常，驾驶室内的主控板会发出声 光报警，以此保证行车安全。2系统硬件设计2.1胎压监测模块硬件设计汽车在高速行驶过程中轮胎内部气压、温度变化很大，胎 压模块需要经受复杂的工作环境挑战，这也对胎压传感器提 出了几点要求:体积小、质量轻、低功耗、抗高低温、发射稳定 度高、抗干扰能力强等本设计选用英飞凌SP37胎压监测传感器,集成了加速度 监测传感器、压力传感器、温度传感器等模块，可在 +125oC温度范围内正常工作，能够测量100KPa-450KPa的胎 压，外围电路少，拥有125KHZ低频唤醒功能,可设计RF发射 模式ASK/FSK调制方式,315MHz/433.92MHz两种频率可供接收模块安装在驾驶室内部，从轮胎的监测模块发出的 调制信号被天线接收后进入ATA5428芯片，在对接收数据滤 波、去噪、放大后进行FSK解调，最后将处理好的数据送至 MCU显示和报警。3系统软件设计3.1胎压监测模块软件设计SP37传感器采用低频唤醒模式。休眠模式下，其功耗小 于luA，可通过125KHis的LF低频唤醒器唤醒，进入轮胎数 据检测状态，并通过曼切斯特编码将数据打包封装数据帧。由 加速度传感器获取当前车辆加速度，以控制是否打开RF射频 功能，当加速度大于设定的阈值时，系统开始工作，否则处于 休眠状态。胎压监测模块程序流程如图2所示：

汽车轮胎压力和温度监测系统设计

汽车轮胎压力和温度监测系统设计

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

轮胎温度无线监控系统设计①

轮胎温度无线监控系统设计①

轮胎温度无线监控系统设计①

宫照辉;曹瀚林;张辛未

【摘 要】介绍了基于单片机的轮胎温度无线监控系统电路设计。系统以AT89C51单片机作为控制核心。无线收发芯片NRF24L01将轮胎温度实时传输给中央控制器。LCD12864液晶显示屏实时显示当前的轮胎温度。通过比较轮胎实测温度和预先设定的温度阈值，由中央控制器决定是否采取降温措施，使轮胎温度保持在安全范围内。该设计功能较全面，结构小巧，具有良好的实用价值和现实意义。

【期刊名称】《科技创新导报》

【年(卷),期】2014(000)010

【总页数】2页(P36-37)

【关键词】轮胎温度;无线监控;无线收发芯片;液晶显示

【作 者】宫照辉;曹瀚林;张辛未

【作者单位】沈阳航空航天大学自动化学院 辽宁沈阳 110000;沈阳航空航天大学自动化学院 辽宁沈阳 110000;沈阳航空航天大学自动化学院 辽宁沈阳 110000

【正文语种】中 文

【中图分类】TP274

自从汽车发明以来，其安全问题就一直受到人们的关注，其中轮胎温度是影响行使安全的因素之一[1-2]。轮胎温度过高会影响轮胎的使用寿命，甚至导致爆胎。因此，实时检测并控制行驶中汽车轮胎的温度对安全驾驶起着极大的作用[3]。而转动中的轮胎不适合用传统的温度传感器进行实时检测，因此结合数字温度传感器，本文设计一种轮胎温度无线监控系统，实现对于汽车轮胎安全的智能监控，有效保障了行车安全，具有良好的实用价值和现实意义。

1 系统总体方案设计

系统分为上位机、下位机两部分，分别采用单片机AT89C51作为各自的控制核心。下位机由单片机，DS18B20数字温度传感器和无线收发芯片NRF24L01组成。主要负责轮胎温度的采集和发送。将DS18B20采集到的温度数据传输到无线收发芯片NRF24L01，NRF24L01通过无线信号将温度值发送到上位机。

上位机的硬件结构图如(图1)所示。主要功能是接收下位机采集到的轮胎温度数据，并由上位机的单片机作为控制核心对温度数据进行监控。LCD液晶实时显示温度，方便驾驶员观察。上位机控制核心预先设定三个温度值，温度值由低至高分别定义为阈值1、阈值2和警戒值。当实测轮胎温度达到或超过阈值1时，控制核心自动开启风冷模式，即风扇降温；温度超过阈值2时，自动开启水冷模式降温；温度超过警戒值，自动停止系统的运行，即停车提醒驾驶员需要检查当前的汽车轮胎状态，从而实现智能无线监控轮胎温度的目的。