【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng) 大學(xué)電子工程 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 學(xué)生姓名 專 業(yè) 電子信息工程 班級(jí)學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師 2 年 月摘 要 隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和道路交通網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)大由此而引起的安全問題在人們的生活中也是曰益嚴(yán)重引發(fā)的交通事故也在不斷增多其中由輪胎氣壓引起的事故比例非常之高使得人們對(duì)的輪胎氣壓的關(guān)注日益密切汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)技術(shù)是一種能切實(shí)有效的防止和減少由于輪胎引起的交通事故的方法 本設(shè)計(jì)介紹輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng) TPMS的電路設(shè)計(jì)和相關(guān)技術(shù)問題 TPMS系統(tǒng)由壓力傳感器模塊和中央接收機(jī)組成壓力傳感器 SP12 微控制器和 433 MHz 收發(fā)一體射頻 IC nRF401 組成了壓力傳感器模塊負(fù)責(zé)輪胎壓力的采集和發(fā)射然后接收機(jī)接收壓力信息并進(jìn)行處理該系統(tǒng)可隨時(shí)測(cè)定每個(gè)輪胎內(nèi)部的實(shí)際溫度 壓力值 及時(shí)報(bào)警 有效避免事故的發(fā)生 關(guān)鍵詞 TPMS 輪胎壓力監(jiān)測(cè)射頻壓力傳感器微控制器 ABSTRACT Along with the development of the automobile industry and the extension of the road transportation work 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 Pressure sensor 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 effectively Keywords TPMS tire pressure monitoring RF pressure sensor MCU 目 錄 第 1 章 緒 論 1 11 課題研究的背景和意義 1 12 本課題研究的熱點(diǎn)及發(fā)展現(xiàn)狀 1 究和發(fā)展概況 2 究和發(fā)展的概況 2 第 2 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 21 方案論證 4 胎壓力監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的基本工作原理 4 案 4 方案比較 6 7 22 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 7 單片機(jī)控制模塊 7 路 10 線的結(jié)構(gòu) 14 電路 15 LCD 顯示 17 耗 23 第 3 章 汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 24 3 1 采樣端的軟件設(shè)計(jì) 24 意的問題 24 工作流程介紹 25 的軟件流程設(shè)計(jì) 26 步串行通訊 27 32 接收端軟件設(shè)計(jì) 29 的通信流程介紹 30 的軟件流程設(shè)計(jì) 31 33 PROTEUS 仿真 33 第四章 結(jié)論 35 第 5 章 社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益 37 致謝 39 參考文獻(xiàn) 40 附錄 1 系統(tǒng)硬件原理圖 43 附錄 2 部分程序清單 45 第 1 章 緒 論 11 課題研究的背景和意義 隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展交通越來越便利而隨之引發(fā)的交通事故也在不斷增多其中由于輪胎的氣壓引起的比例非常高這就使得人們需要對(duì)行駛中的輪胎氣壓進(jìn)行關(guān)注輪胎氣壓影響著汽車的使用性能和輪胎的壽命當(dāng)前輪胎爆胎疲勞駕駛超速行駛已經(jīng)成為高速公路事故的三大殺手其中輪胎爆胎由于其不可預(yù)測(cè)性和無法控制而成為首要因素有人曾經(jīng)用一句話來概括輪胎的重要性當(dāng)一個(gè)人坐到汽車?yán)锩嬉院?這個(gè)人實(shí)際上就交給了汽車一旦汽車行駛起來這個(gè)人實(shí)際上就全部交給了汽車在汽車的高速行駛過程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)生的重要原因據(jù)統(tǒng)計(jì)在中國高速公路上發(fā)生的交通事故有 70％是由于爆胎引起的而在美國這一比例則高達(dá) 80％怎樣防止爆胎已成為安全駕駛的一個(gè)重要課題據(jù)國家橡膠輪胎質(zhì)量監(jiān)督中心的專家分析保持標(biāo)準(zhǔn)的汽車輪胎氣壓正常與穩(wěn)定和及時(shí)發(fā)現(xiàn)車胎漏氣是防止爆胎的關(guān)鍵而汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng) Tire Pressure Monitoring System 簡(jiǎn)稱 TPMS 毫無疑問將是理想的工 具在客車和輕型卡車上必須安裝輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng) TPMS 以便在輪胎氣壓低于規(guī)定值時(shí)發(fā)出警報(bào)于是汽車輪胎氣壓監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生在未來汽車上加裝輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng) TPMS 也必將和 ABS 安全氣囊一樣是必然的發(fā)展趨勢(shì)輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)全天候?qū)喬ダ锏膲毫M(jìn)行監(jiān)測(cè)對(duì)輪胎的漏氣和低壓高壓進(jìn)行報(bào)警使車輛始終處于安全運(yùn)行狀態(tài) 12 本課題研究的熱點(diǎn)及發(fā)展現(xiàn)狀 伴隨著城市交通技術(shù)的不斷發(fā)展人們?cè)谙硎芨咚俟犯咝П憬莘绞降耐瑫r(shí)隨之引發(fā)的交通事故率也在提高其中由于輪胎的氣壓引起的比例高達(dá) 80％這種現(xiàn)象使得人們要對(duì)行駛中的輪胎氣壓進(jìn)行 監(jiān)測(cè)一些發(fā)達(dá)國家陸續(xù)推出了相關(guān)法案美國的 TREAD 法規(guī)要求新車裝配中必須裝配能夠?qū)π旭傊械妮喬鈮簩?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的安全電子裝置因此在未來汽車上加裝輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng) TPMS 也必將和 ABS安全氣囊一樣是必然的發(fā)展趨勢(shì)輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)全天候?qū)喬ダ锏膲毫M(jìn)行監(jiān)測(cè)對(duì)輪胎的漏氣和低壓高壓進(jìn)行報(bào)警使車輛始終處于安全運(yùn)行狀態(tài) 究和發(fā)展概況 早在 2021 年美國就通過了 TRAD 法案法案要求到 2021 年所有在美國銷售的新車都必須將 TPMS 作為標(biāo)準(zhǔn)配置美國國家公路交通安全管理局 NHTSA 2021 年頒布的法規(guī)要求監(jiān)控器在輪胎 氣壓低于生產(chǎn)商推薦值的 25％～ 30％時(shí)向司機(jī)報(bào)警建議從 2021 年開始薪車應(yīng)安裝輪胎氣壓監(jiān)控系統(tǒng) TPMS 繼美國之后歐洲也制定相應(yīng)的法規(guī)要求其國內(nèi)的汽車廠商安裝 TPMS 在 2021 年美國印地安納波利斯博覽會(huì)上．加拿大斯馬輪胎設(shè)備公司推出了世界上第二套摩托車輪胎專用 TPMS 第一套是由英國 Metasystem 公司 2021 年推出的該產(chǎn)品能夠在摩托車行駛中監(jiān)測(cè)和顯示每條輪胎的充氣內(nèi)壓和溫度信息如果出現(xiàn)偏差就會(huì)通過報(bào)警燈提醒騎乘者注意 日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(cè)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(píng)測(cè)計(jì)劃在歐美日本等地進(jìn)行實(shí)地試驗(yàn) 2021 年 8月開始提供樣品 2021 年投入批量生產(chǎn) 國外的 TPMS 產(chǎn)品已經(jīng)相當(dāng)成熟能夠經(jīng)受 57 萬公里的使用測(cè)試現(xiàn)在國外的TPMS的研發(fā)重點(diǎn)在于開發(fā)無源的 TPMS如采用 SAW這類無源器件的頻率變化來監(jiān)測(cè)輪胎壓力的變化 究和發(fā)展的概況 在 2021 年 11 月 24 日頒布的中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件 征求意見稿 》中對(duì)安裝輪胎壓力檢測(cè)裝置作出了說明車長(zhǎng)大于 6 米的長(zhǎng)途客車和旅游客車最大設(shè)計(jì) 總質(zhì)量大于 1． 2 噸的載貨汽車和載貨牽引車應(yīng)安裝輪胎壓力報(bào)警裝置有關(guān)部分機(jī)動(dòng)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(gè)月開始對(duì)新注冊(cè)車實(shí)施由于目前國家沒有強(qiáng)制性規(guī)定必須安裝TPMS 裝置而載貨汽車的所有權(quán)大多屬于貨運(yùn)公司載貨汽車輪胎數(shù)量多安裝 TPMS裝置費(fèi)用高昂一般貨運(yùn)公司不愿意承擔(dān)如此高的費(fèi)用而家用轎車輪胎使用環(huán)境遠(yuǎn)比載貨汽車好且城市路面質(zhì)量高輪胎可能造成的威脅比較小私家車主通常不夠重視因此無論前裝市場(chǎng)還是后裝市場(chǎng) TPMS 都處于尷尬的地位但是著眼未來國家遲早會(huì)頒布強(qiáng)制性 TPMS安裝規(guī)定尤其大型載 貨汽車安裝 TPMS是非常必要的因此市場(chǎng)前景廣闊目前大部分廠家都處在研究開發(fā)階段出貨量不高 全國開展TPMS 研究的廠家接近 200 家專業(yè)的 TPMS 廠家大約為 30 家 TPMS 的研究在中國剛剛起步目前各廠家的重點(diǎn)并非是如何開拓市場(chǎng)而是如何提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量目前國內(nèi)的 TPMS 系統(tǒng)問題不少 車內(nèi)需配備專用的主機(jī)顯示屏需要在車內(nèi)固定和接線安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不具備抗干擾的清晰語音提示報(bào)警功能會(huì)造成駕駛員視線轉(zhuǎn)移因射頻效率編碼糾錯(cuò)性能差在惡劣環(huán)境下漏報(bào)嚴(yán)重直接式 TPMS 產(chǎn)品無線 信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性可靠性不足電池壽命問題傳感器壽命和耐久性問題此外TPMS 零組件主要靠進(jìn)口缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品 第 2 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 方案論證 胎壓力監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的基本工作原理 本系統(tǒng)通過全天候?qū)喬ダ锏膲毫M(jìn)行監(jiān)測(cè)對(duì)輪胎的漏氣和低壓高壓進(jìn)行報(bào)警使車輛盡可能始終處于安全運(yùn)行狀態(tài) 圖 21 系統(tǒng)原理方框圖 ⑴在數(shù)據(jù)采集及發(fā)射這部分系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集模塊首先將汽車輪胎內(nèi)壓力溫度等情況通過傳感器采集給 MCU經(jīng) MCU編碼后由射頻發(fā)射給駕駛室內(nèi)的接收系統(tǒng) ⑵在數(shù)據(jù)接收及處理這部分系統(tǒng)中數(shù)據(jù)接收模塊將數(shù)據(jù)進(jìn)行解 調(diào)以便將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)然后交由 MCU 進(jìn)行解碼處理后將信息傳送到顯示報(bào)警模塊在顯示報(bào)警模塊中系統(tǒng)將經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)顯示在顯示電路中并對(duì)危險(xiǎn)情況進(jìn)行報(bào)警 案 方案 1 本方案如圖 22所示該方案采用 MC33594作為 RF接收芯片采用 MC68HC908RF2作為輪胎結(jié)點(diǎn)主控芯片和發(fā)射芯片方案采用的傳感器為 MPXY8020 屬于硅集成式壓力傳感器由于生產(chǎn)工藝的限制硅集成電容式壓力傳感器往往測(cè)量精度比較低MC68HC908RF2 發(fā) 送部 分的 基本 參 數(shù)可 工作 在 315434868MHz 發(fā)射 功 率5dBm116135mAT 85℃ 315MHz434MHzMC33594 圖 22 方案一原理方框圖 方案 2 本方案采用的輪胎壓力傳感器選用 MicrochiP 公司的 PICl6F628A 低功耗 8位 MCU 壓力傳感器選用英飛凌的 SPl2 射頻 IC 選用 N0rdic 公司的 nRF40l 圖 23 方案二原理方框圖 方案比較 ⑴精確度 方案一中 MPXY8020 是硅集成電容式壓力傳感器測(cè)量精度比較低 而方案二中英飛凌的 SPl2 是一種硅壓阻式壓力傳感器測(cè)量精確度較高內(nèi)部同時(shí)具有一個(gè)溫度傳感器一個(gè)加速度傳感器和一個(gè)電量檢測(cè)器此外英飛凌 TPMS傳 感器最大的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是有 SPI 接口設(shè)計(jì)上將更有彈性 ⑵功耗 MPXY8020 為了實(shí)