汽车轮胎气压实时监控及提醒系统的设计研究

I

摘 要

伴随着工业经济的快速发展，汽车已经在社会上得到大量的使用，方便和便捷的公路交通，给人们带来了很多便利，但是伴随着汽车的大量使用，各种恶性的公路交通事故给人们的生命安全和社会经济的发展带来了严重的危害和损失。统计表明引起交通事故增长的主要原因是由于在公路行驶当中因轮胎故障所引起的轮胎爆胎，因而如何解决和防止轮胎爆胎，已成为全球的首要问题。为了防止和解决轮胎爆胎，轮胎压力监测系统（TPMS）就这样应运而生，并且作为汽车三大安全系统之一，与汽车安全气囊、防抱死制动系统（ABS）一起被大众认可并受到应有的重视。同时，在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来，而CAN总线协议所具有的高可靠性和良好的错误检测能力受到重视，被广泛应用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。

针对当今的汽车运行安全问题，基于CAN总线技术在胎压监测系统中应用的设计，以及对于CAN总线通信协议技术如何提高汽车安全性能的研究具有非常重要的现实意义。本次论文对CAN总线技术和胎压监测系统的相关知识进行了系统的研究，并提出了基于CAN总线技术的胎压监测系统设计方案，从而实现轮胎压力和温度变化信息的实时采集、传送以及通过CAN总线协议传输到驾驶室的主控元件中并显示的显示屏中，以达到汽车驾驶员能够在第一时间掌握汽车轮胎压力和温度的变化要求，并做出相应的反应，从而避免事故的发生。本次设计采用检测技术、无线通信技术、单片机技术、软件编程以及CAN总线技术来设计总体的系统。系统的设计包括数据的采集、监测和处理，无线发射、无线接收以及MCU数据的处理、CAN总线模块、MCU控制显示以及报警模块。通过基于CAN总线技术在胎压监测系统中应用的设计，实现对于汽车轮胎的气压和温度进行实时的监测、显示、处理以及报警的功能，实现设计的各项指标。

关键词：CAN总线技术；胎压监测系统；轮胎压力；轮胎温度

基于单片机的轮胎压力检测报警器的设计与实现 中北大学毕业设计说明书

第 I 页 共 II页 基于单片机的轮胎压力检测报警器的设计与实现

目 录

1 绪论 .............................................................. 1

1.1 课题的提出背景及研究意义 ........................................ 1

1.1.1 课题的提出背景 ................................................ 1

1.2 当前国内外相关技术的应用现状及发展趋势 .......................... 2

1.2.1 TPMS 的应用现状 ............................................... 2

1.2.2 当前国内外相关技术的发展趋势 .................................. 3

2 汽车轮胎气压实时监测系统工作原理 .................................. 5

2.1 系统工作原理 ..................................................... 5

2.1.1 轮胎爆胎机理 .................................................. 5

2.1.2 轮胎气压实时监测算法 .......................................... 7

2.2 汽车轮胎气压实时监测系统方案设计 ................................ 8

2.2.1 系统方案论证 ................................................... 8

２０１２年３月　第４０卷第５期　机床与液压　

ＭＡＣＨＩＮＥ　ＴＯ０Ｌ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ　Ｍａｒ．２０１２　Ｖｏ１．４０　Ｎｏ．５　

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—３８８１．２０１２．０５．０３２　

基于ｌｘＣ／ＯＳⅡ汽车胎压监测系统的设计　

韩文，　

（景德镇陶瓷学院，　夏彩云　

江西景德镇３３３４０３）　

摘要：基于Ｃｏｄｅｘ—Ｍ３　ＡＲＭ和ＩｘＣ／ＯＳＩＩ实时操作系统，设计了能提供多任务运行的汽车胎压监测系统。该系统能采集　

温度、气压等参数，通过小波变换进行分析处理，能实时、准确地反映出汽车胎压情况，可为汽车的正常安全行驶提供一　

定的保证。　关键词：Ｃｏｄｅｘ－Ｍ３　ＡＲＭ；￣Ｃ／ＯＳⅡ实时监测系统；胎压监测　

中图分类号：ＴＰ３０２．１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００１—３８８１（２０１２）５—１０７—３　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｔｉｒｅ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ￣ｃ／ｏｓ　ＩＩ　Ｓｙｓｔｅｍ　

ＨＡＮ　Ｗｅｎ．ＸＩＡ　Ｃａｉｙｕｎ　

（Ｊｉｎｇｄｅｚｈｅｎ　Ｃｅｒａｍｉｃ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｊｉｎｇｄｅｚｈｅｎ　Ｊｉａｎｇｘｉ　３３３４０３，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ＂ｍｕｌｔｉｔａｓｋｉｎｇ　ｔｉｒｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗａｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｃｏｄｅｘ－Ｍ３　ＡＲＭ　ａｎｄ　ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ＩｘＣ／ＯＳⅡ．Ｂｙ　ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ　ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｓｉｇｎａｌｓ　Ｗｅｒｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ　ｂｙ　ｗａｖｅｌｅｔ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍ　ｗｈｉｃｈ　ｃｏｕｌｄ　ｒｅｆｌｅｃｔ　ｔｈｅ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｉｒｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ．Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃａｎ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ａｓｓｕｒａｎｃｅ　ｆｏｒ　ｓａｆｅ　ｄｒｉｖｉｎｇ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｏｄｅｘ－Ｍ３　ＡＲＭ；￣Ｃ／ＯＳⅡｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ：Ｔｉｒｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　

一　应用天地：汽车电子　

直接式胎压监测系统的设计　

美国汽车工程师协会的调查统计表　明，美国每年有２６万起交通事故是由于　汽车轮胎气压低或渗漏造成的，美国运　输部国家公路交通安全管理委员会　（ＮＨＴＳＡ）制定的法规中规定：２００３年　ｌ１月到２００６年ｌ０月３１日期间，美国新　出厂的轻型汽车将逐步引入胎压监测系　统（Ｔｉｒｅ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ＭＯｎｆｔｏｒｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ，ＴＰＭＳ）。可见，ＴＰＭＳ的研究　和投产势在必行。　胎压的常用测试方法　目前，胎压监测系统主要分为两种　类型：一种是Ｗｈｅｅｌ—Ｓｐｅｅｄ　Ｂａｓｅｄ　ＴＰＭＳ（ＷＳＢ　ＴＰＭＳ，简称间接式　ＴＰＭＳ），另一种是Ｐｒｅｓｓｕｒｅ—Ｓｅｎｓｏｒ　Ｂａｓｅｄ　ＴＰＭＳ（ＰＳＢ　ＴＰＭＳ，简称直接　式ＴＰＭＳ）　ｌ　ＷＳＢ　ＴＰＭＳ　间接式气压监测的工作原理是：当　某轮胎的气压降低时，该轮的滚动半径　将变小，导致其转速比其他车轮快。通　过比较轮胎之间的转速差别，以达到监　视胎压的目的。间接式轮胎报警系统实　际上是依靠计算轮胎滚动半径来对气压　进行监测。　２　ＰＳＢ　ＴＰＭＳ　直接式气压检测装置是利用安装在　今日电子・２００６年９月　每一个轮胎里的压力传感器来直接测量　轮胎的气压，并对各轮胎气压进行监视　及显示，当轮胎气压太低或有渗漏时，　系统会自动报警。本系统采用直接式气　压检测方式。　依据上述工作原理，本系统包括５　个模块：４个用于轮胎内的监视模块和　一个用于车内的接收模块。监视模块又　包括传感器和发射模块。　ＴＰＭＳ的硬件电路设计　１系统整体设计　ＴＰＭＳ采用了无线双向通信方式对　汽车轮胎的压力和温度进行实时监测。　系统的结构框图如图ｌ所示。ＴＰＭＳ模　块通常在一节锂电池下工作，工作时间　为５～ｌ０年，因此节能是一个十分重要　的课题，系统要求所选用的传感器等芯　片必须是低功耗的。　

ｂ）数据接收、控制模块　图１系统结构框图　装甲兵工程学院机械工程系　刘国强