摘 要隨著社會經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，公路交通已經(jīng)成為關(guān)系國民經(jīng)濟(jì)命脈和社會、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大系統(tǒng)，但隨之而來的交通事故給人的生命安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了重大損失。爆胎是引起交通事故的主要原因，保持標(biāo)準(zhǔn)的車胎氣壓行駛是防止爆胎的關(guān)鍵，胎壓檢測系統(tǒng)(由此應(yīng)運(yùn)而生的一項(xiàng)汽車安全防范系統(tǒng)。胎壓檢測系統(tǒng)主要用于汽車行駛過程中對汽車胎壓與溫度的實(shí)時檢測，當(dāng)出現(xiàn)異常狀態(tài)時進(jìn)行報(bào)警，從而保障駕乘者的行車安全。本課題研究的目的是開發(fā)一種用于機(jī)動車輛上的無線胎壓檢測系統(tǒng)。本文提出了一種基于無線技術(shù)的胎壓檢測系統(tǒng)方案，給出了系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖，闡述了系統(tǒng)硬件電路和各模塊軟件的設(shè)計(jì)方法。硬件設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用了檢測技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)及無線通信技術(shù)，其中發(fā)射模塊能實(shí)時檢測、處理輪胎的壓力和溫度參數(shù)，并運(yùn)用無線方式將處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇邮漳K；接收模塊能校驗(yàn)數(shù)據(jù)并顯示結(jié)果，用以告知駕駛員各個輪胎的情況。軟件設(shè)計(jì)包括發(fā)射模塊和接收模塊兩部分，具體為發(fā)射模塊和接收模塊的初始化、數(shù)據(jù)測量及處理，發(fā)射及接收程序。關(guān)鍵詞：胎壓檢測系統(tǒng)；無線通信技術(shù)；傳感器；射頻收發(fā)；of in is of in is to as a in of of of he is to a F in a on of to to of ey 摘 要.選題的背景. 課題的目的及意義. 課題主要工作. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案.射模塊.收模塊. 元器件選擇. 關(guān)鍵技術(shù)研究.率選擇.號編碼方式.胎定位技術(shù). 本章小結(jié).傳感器單元的硬件電路設(shè)計(jì).發(fā)射單元的硬件電路設(shè)計(jì).射單元控制電路.射單元發(fā)射電路.發(fā)射模塊的軟件設(shè)計(jì).程工具選用. 本章小結(jié).接收模塊的硬件電路設(shè)計(jì).接收模塊的軟件設(shè)計(jì). 本章小結(jié). 概述. 信號實(shí)時傳輸顯示測試. 溫度超過預(yù)警值報(bào)警測試. 模擬壓力超過預(yù)警值報(bào)警測試. 模擬壓力和溫度超過預(yù)警值報(bào)警測試. 本章小結(jié).于凡世通(胎的質(zhì)量問題，造成了超過100人死亡和400人受傷，此事引起了業(yè)界和美國政府的高度關(guān)注，普利斯通、凡世通公司被迫收回650萬只輪胎。據(jù)美國汽車工程師學(xué)會最近的調(diào)查，美國每年有26萬交通事故是由于輪胎壓力低或滲漏造成的，此外，每年75的輪胎故障是出于輪胎滲漏或充氣不足引起的。由于每年造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，美國政府要求汽車制造商加速發(fā)展胎壓檢測系統(tǒng)(稱以減少輪胎事故的發(fā)生。近年來汽車電子產(chǎn)品得到了飛速發(fā)展，并已經(jīng)形成了獨(dú)立的汽車電子產(chǎn)業(yè)。汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)是一項(xiàng)集先進(jìn)傳感器技術(shù)、無線通訊技術(shù)、信息處理實(shí)時測控技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)等于一體的高新技術(shù)汽車電子產(chǎn)品。輪胎漏氣，低氣壓，氣壓過高及溫度過高等輪胎狀況進(jìn)行預(yù)警，以保障汽車行駛安全。目前接接起使用的。一個輪胎的氣壓減小時，滾動半徑就減小，而車輪的旋轉(zhuǎn)速度就相應(yīng)地加快。指示燈會提示司機(jī)，有一個輪胎處于低壓狀態(tài)。但是，間接一是指示燈無法指出是哪個輪胎處于低壓狀態(tài)。第二，當(dāng)同一車軸或同一側(cè)的兩個輪胎都處于低壓狀態(tài)時，它無法檢測出究竟是哪個輪胎充氣不足。第三，如果所有四個輪胎都處于低壓狀態(tài)，該系統(tǒng)不會發(fā)現(xiàn)這一故障。另外，氣壓不足時輪胎直徑的減少和氣壓的降低非常微小。對于薄胎來說，69m 。這種壓降不符合美國的最終判定規(guī)則所規(guī)定的25%原則，采用間接方法進(jìn)行檢測在很大程度上依賴于輪胎和負(fù)載因子。直接后，這些傳感器會通過發(fā)送器將胎壓數(shù)據(jù)發(fā)送到中央接收器進(jìn)行分析，分析結(jié)果將被傳送至安裝在車內(nèi)的顯示器上。顯示器的類型和當(dāng)今大多數(shù)車輛上裝配的簡單的胎壓指示器不同，它可以顯示每個輪胎的實(shí)際氣壓，甚至還包括備用輪胎的氣壓。因此，直接訴司機(jī)哪個輪胎充氣不足。由于直接此當(dāng)任何一個或幾個輪胎處于低壓狀態(tài)時，它們都會被檢測出來，當(dāng)車輛的所有四個輪胎都處于低壓狀態(tài)時也可以檢測到。直接些系統(tǒng)甚至可以檢測到7外對于0世紀(jì)70年代末歐洲的一些發(fā)達(dá)國家就開始對輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行研究。英國后，C本結(jié)構(gòu)是由傳感器、信號發(fā)生器和接收器三部分組成，傳感器安裝在輪輞上，直接檢測輪胎的內(nèi)壓。德國以同時監(jiān)測輪胎的壓力和溫度。德國動防抱死系統(tǒng))傳感器監(jiān)測輪胎壓力的新裝置。通道的控制閥和一個與輪胎氣門嘴相接的氣缸組成，當(dāng)輪胎氣壓變化時，氣缸活塞使有顯示器的電子部件和高頻收發(fā)機(jī)三部分組成，與經(jīng)開始成批量的裝載汽車上。英國S氣報(bào)警系統(tǒng))，可以把輪胎壓力降低的信號通知駕駛員，系統(tǒng)利用過計(jì)算程序監(jiān)測輪胎氣壓。國外因立法較早，其開發(fā)生產(chǎn)的夠經(jīng)受57萬公里的使用測試。主要生產(chǎn)商有加拿大斯馬輪胎設(shè)備(司，固特異輪胎橡膠公司，米其林集團(tuán)公司，諾基亞輪胎公司，日本橫濱公司等?，F(xiàn)在國外的采用本阿爾卑斯電氣公司開發(fā)的不需電池的汽車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)最近通過有關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證，符合歐洲及美國的電磁波相關(guān)法律規(guī)定，今后將以行駛條件及輪胎種類等因素的影響為中心進(jìn)行評測，計(jì)劃在歐美、日本等地進(jìn)行實(shí)地試驗(yàn)，2004年8月開始提供樣品，2006年投入批量生產(chǎn)。國內(nèi)對于是近幾年才開始進(jìn)行研究。最新的中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)“機(jī)動車運(yùn)行安全技術(shù)條件”中的安全防護(hù)裝置條款中規(guī)定：“車長大于6大設(shè)計(jì)總質(zhì)量大于12000關(guān)部分機(jī)動車應(yīng)安裝輪胎壓力報(bào)警裝置的要求，自本標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布之日起第25個月開始對新注冊車實(shí)施”?？梢娢覈呀?jīng)開始重視汽車輪胎氣壓監(jiān)測設(shè)備的發(fā)展和應(yīng)用?，F(xiàn)在國內(nèi)有許多汽車配件商開始代理銷售國外的上海和重慶及廣東等地有幾家公司開始投入生產(chǎn)并銷售型產(chǎn)品如：上海泰好電子科技有限公司的“泰好”牌慶三信電子有限公司的1州東球金口哨輪胎防爆有限公司的“金口哨汽車輪胎漏氣報(bào)警哨”，上海保隆工貿(mào)有限公司的“迪吉泰”輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)，佛山市安力信科技有限公司“泰杰”牌林大學(xué)、北京理工大學(xué)、鄭州大學(xué)、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等高校都有學(xué)者對直接型計(jì)出了一系列方案，也有一些監(jiān)測報(bào)警裝置申報(bào)了專利。但是，國內(nèi)廠家生產(chǎn)的心技術(shù)都掌握在國外廠家手中，基本沒有自主知識產(chǎn)權(quán)可言。目前國內(nèi)的裝繁瑣、影響美觀、整車廠難以配裝；不能設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)胎壓，無法保障輪胎合理使用：射頻效率、編碼糾錯性能差、在惡劣環(huán)境下漏報(bào)嚴(yán)重；能耗較高，不能達(dá)到本高昂，檢測范圍小，產(chǎn)品通用性不高。校及科研院所方面，吉林大學(xué)孫宏偉對現(xiàn)有出了針對肥工業(yè)大學(xué)沈俊峰提出了以及山大學(xué)張啟中通過分析輪速傳感器脈沖數(shù)相對差值的影響因素和影響規(guī)律，提出了基于脈沖數(shù)互比法氣壓異常報(bào)警系糾”；浙江大學(xué)，屯子科技大學(xué)，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所等也有學(xué)者對題的目的及意義目的：隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，基礎(chǔ)投資的不斷加大，以及公路設(shè)施的改善和高速公路里程的迅速增加，公路交通的平均車速有了很大提高。但同時交通事故尤其是爆胎事故、追尾事故也相應(yīng)增加，給人民的生命財(cái)產(chǎn)造成重大損失。交通安全已成為國家和個人越來越關(guān)注的重點(diǎn)。在汽車的高速行駛中，輪胎故障是所有駕駛者最為擔(dān)心和最難預(yù)防的，也是突發(fā)性交通事故發(fā)生的重要原因。在高速公路上行駛時一旦爆胎，駕駛員思想準(zhǔn)備不充分極易造成車輛側(cè)滑和不規(guī)則翻滾，輕則撞護(hù)欄，重則與其他行使車輛發(fā)生碰撞甚至車毀人亡，后果不堪設(shè)想。據(jù)統(tǒng)計(jì)，輪胎爆胎的原因有：（1）輪胎壓力過高；（2）輪胎漏氣；（3）輪胎溫度異常升高；（4）輪胎松動、掉胎。而追尾事故的主要原因有：（1）前方車輛爆胎失控；（2）視線不好，看不清前方車輛的剎車信號；（3）不能提前獲知前方有事故車輛。因此實(shí)時監(jiān)測輪胎氣壓和溫度的變化，保持汽車在標(biāo)準(zhǔn)的輪胎氣壓下行駛是防止爆胎的關(guān)鍵。汽車輪胎壓力監(jiān)測系(主要作用就是在汽車行駛時，對輪胎氣壓進(jìn)行實(shí)時自動監(jiān)測，對輪胎漏氣和低氣壓進(jìn)行報(bào)警，是駕車者、乘車人的生命安全保障預(yù)警系統(tǒng)。安裝輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)能有效地防止輪胎在非正常氣壓下長時間行駛，提高汽車的主動安全性。意義：保持正常的輪胎氣壓，不僅可以延長輪胎的使用壽命，減小滾動阻力，還可減少油耗，提高車輛的使用經(jīng)濟(jì)性，而且可以大大提高汽車的行駛安全性。汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)是駕車者、乘車人的生命安全保障預(yù)警系統(tǒng)，將是一個永恒的主題，必將成為未來汽車必備的主動安全保障系統(tǒng)之一。汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展使汽車上安裝了越來越多的傳感器，這將促進(jìn)其技術(shù)更加成熟，性能更加穩(wěn)定，并且它的模塊將向高度集成化、單一化、無線無源化方面發(fā)展?，F(xiàn)胎壓變化信息的實(shí)時采集和傳送，以達(dá)到汽車司機(jī)能夠在第一時間掌握汽車輪胎壓力變化的要求，并做出相應(yīng)的反應(yīng)，從而避免事故的發(fā)生。課題主要工作有以下幾點(diǎn)：（1）對系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究并提出整體設(shè)計(jì)框架。（2）傳感器、單片機(jī)及顯示元件、報(bào)警元件的選取并連接電路。（3）進(jìn)行監(jiān)測模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊及其主模塊的程序編寫。（4）將軟件和硬件組裝并測試。第2章系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)基于汽車輪胎安全使用的要求，胎壓檢測系統(tǒng)綜合運(yùn)用傳感器檢測技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)及無線通信技術(shù)來設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)能檢測輪胎溫度和壓力波動情況，并對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和實(shí)時處理。統(tǒng)設(shè)計(jì)要求本系統(tǒng)采用直接式胎壓檢測系統(tǒng)。它以鋰離子電池為電源，通過埋于輪胎罩的傳感器來直接測量輪胎的壓力和溫度，并經(jīng)無線調(diào)制發(fā)射到安裝在駕駛臺的接收模塊上。發(fā)射模塊處于輪胎的封閉狀態(tài)中，體積要??；另外由于在輪胎中更換器件很不方便且系統(tǒng)必須長時間工作，故而要求功耗低。工作中輪胎狀態(tài)為當(dāng)輪胎壓力高于標(biāo)準(zhǔn)值(小型車為2752倍時，因輪胎與地面接觸的面積減少，單位壓力增高，使輪胎胎面的中部磨損增加。通過試驗(yàn)證明：，一般認(rèn)為氣壓提高25%，輪胎壽命將會降低15%20%；氣壓降低25%，壽命大約降低30%。一般轎車的輪胎正常氣壓值在210座位商務(wù)車在240外，汽車輪胎溫度越高，輪胎的強(qiáng)度越低，變形越大(一般不能超過80，當(dāng)溫度達(dá)到95時，輪胎的情況非常危險(xiǎn))，每升高1，輪胎磨損就增加2%，行駛速度每增加一倍，輪胎行駛里程將降低50%。因此，本系統(tǒng)告警值設(shè)定為胎壓158度小于80。統(tǒng)設(shè)計(jì)方案根據(jù)系統(tǒng)功能及技術(shù)要求，統(tǒng)方案的總體框圖系統(tǒng)由置入輪胎內(nèi)的發(fā)射模塊和安裝汽車駕駛臺上的接收模塊組成。發(fā)射模塊每檢測一次壓力，都會判斷此輪胎是否出現(xiàn)異常；如果判斷出現(xiàn)異常情況，則形成一幀數(shù)據(jù)并進(jìn)行發(fā)射。接收模塊判斷是否接收到完整的數(shù)據(jù)幀，如準(zhǔn)確無誤，則點(diǎn)亮和輪胎對應(yīng)的發(fā)射模塊發(fā)射模塊包括傳感器單元、微處理器和射頻單元。傳感器單元定時采集輪胎內(nèi)壓力、溫度數(shù)值。微處理器(簡稱射頻單元集成在同一芯片內(nèi)，微處理器讀取來自傳感器的數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理并通過射頻單元發(fā)射出去。發(fā)射模塊的框圖如圖22所示。驗(yàn)和處理，并通過收模塊的框圖如圖23所示。收模塊框圖信號接收電路將由輪胎發(fā)射出來的射頻信號放大解調(diào)后，將數(shù)字信號送給微處理器串行接口。微處理器再進(jìn)行譯碼，從數(shù)據(jù)流中提取各輪胎號、壓力值以及溫度值，然后做出相應(yīng)的處理。顯示報(bào)警部分主要包括器件選擇無線胎壓檢測系統(tǒng)開發(fā)所需的元器件主要包含傳感器、頻收發(fā)芯片、電池幾個部分。（）傳感器本系統(tǒng)選用而抗干擾力更強(qiáng)。（）單片機(jī)本系統(tǒng)選用是一種高性能的8位單片機(jī)系列，具有速度快、功能強(qiáng)、功耗低、價(jià)格低等特點(diǎn)并且自帶看門狗復(fù)位，非法指令碼檢測復(fù)位和非法地址檢測復(fù)位等系統(tǒng)保護(hù)特性。發(fā)射模塊的）射頻收發(fā)芯片接收和發(fā)射芯片的選擇主要從芯片的接收靈敏度以及性價(jià)比兩方面考慮。本系統(tǒng)選用2于業(yè)，科學(xué)，醫(yī)學(xué)頻帶)屬于公共頻段，使用者無需申請頻段許可證，這給用戶帶來了很多的方便，因此當(dāng)今大部分無線傳輸所使用的操作頻率一般都選擇處于對采用無線技術(shù)的應(yīng)用來講，通常又采用屬于段作為操作頻率，此頻段有兩個頻率范圍，分別為：433053479070本系統(tǒng)中采用的工作頻率設(shè)置為43392信號編碼方式在本文設(shè)計(jì)的胎壓檢測系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)以9600源編碼方式采用曼徹斯特編碼。曼徹斯特編碼以數(shù)字信號來描述就是：在每個比特周期，取值在周期中間點(diǎn)進(jìn)行高低電平間的轉(zhuǎn)換。個數(shù)字0被描述為周期前一半為低電平，后一半為高電平；而數(shù)字1則是先高后低。徹斯特編碼示例指以信號頻率在兩個值之間的偏移來描述數(shù)字本系統(tǒng)中，數(shù)字?jǐn)?shù)字0則具有較高的頻率。也就是說，如果載波頻率是43392體頻率偏移，數(shù)字1就是(43392)數(shù)字0是(43392)25是后判定是哪個輪胎發(fā)出信號的過程。各輪胎發(fā)射模塊中的傳感器把胎壓的變化傳遞給于區(qū)分各輪胎發(fā)射模塊的編碼，然后通過發(fā)射芯片進(jìn)行調(diào)制并發(fā)射出去。接收模塊接收并進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，通過讀取原始數(shù)據(jù)的接收到的信息中的輪胎內(nèi)壓力或溫度出現(xiàn)異常時，駛員根據(jù)對應(yīng)輪胎的可及時地對該輪胎進(jìn)行處理，確保汽車行駛安全。章小結(jié)本章對整個系統(tǒng)的大體框架進(jìn)行了確定，包括本系統(tǒng)的使用數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的工作流程，元器件的選擇和關(guān)鍵技術(shù)的的研究。這一章是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵，是下面要進(jìn)行工作的思路和方向。第3章發(fā)射模塊的設(shè)計(jì)發(fā)射模塊主要由傳感器單元、發(fā)射單元組成。傳感器單元測得壓力和溫度，通過發(fā)射單元按照一定算法處理后發(fā)射出去。發(fā)射模塊的軟件設(shè)計(jì)分為數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理發(fā)射兩部分。低的硬件開消，抗干擾能力強(qiáng)，精度高，附加功能強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。而抗干擾力更強(qiáng)。其一個工作周期可分為兩個部分，即溫度檢測和數(shù)據(jù)處理。18們分別是：讀存儲器，用于存放碼，其前8位是單線系列編碼（后面48位是芯片唯一的序列號，最后8位是以上56的位的余校驗(yàn)）。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時設(shè)置不由用戶更改。于內(nèi)部計(jì)算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失，個字節(jié)為8位。第1、2個字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第3、4個字節(jié)是用戶用于溫度報(bào)警值儲存）的鏡像。在上電復(fù)位時其值將被刷新。第5個字節(jié)則是用戶第3個6、7、8個字節(jié)為計(jì)數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計(jì)的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計(jì)算的暫存單元。第9個字節(jié)為前8個字節(jié)的易失性記憶體，用于存放長期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報(bào)警值和校驗(yàn)數(shù)據(jù)，在方便用戶操作。轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的是逐次逼近式A/以和單片機(jī)直接接口。（1）個地址鎖存與譯碼器、一個A/路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。（2）7位數(shù)字量輸出引腳。位模擬量輸入引腳。5。）：參考電壓正端。）：參考電壓負(fù)端。址鎖存允許信號輸入端。上兩種信號用于啟動A/換結(jié)束信號輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時為高電平。出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。鐘信號輸入端（一般為500A、B、C：地址輸入線。號單極性，電壓范圍是05V，若信號太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。地址輸入和控制線：4條電平有效。當(dāng)址鎖存與譯碼器將A，B，譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，于選通字量輸出及控制線：11條有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進(jìn)行A/轉(zhuǎn)換期間，明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。0為數(shù)字量輸出線。需時鐘信號必須由外界提供，通常使用