【正文】 把對輪胎實時檢測得到的信息作為汽車行駛的輔助參數(shù) ,可以對駕 駛操作給出科學合理的系統(tǒng)提示和輔助駕駛 ,以進一步提高汽車行車的安全性。 (2)系統(tǒng)的可靠 性需要反復(fù)進行實驗 ,然后根據(jù)實驗效果不斷進行改進 。今后幾年內(nèi)中國必將成為胎壓檢測系統(tǒng)的生產(chǎn)大國。汽車輪胎壓力與溫度監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)射模塊將向高度集成化、單一化、無線化和無源化方向發(fā)展。硬件方面 ,對無線通信系統(tǒng)、射頻電路設(shè)計都有了更深的認識 。發(fā)射模塊軟件設(shè)計中主要考慮了節(jié)能問題。 本文工作大致可以分為以下兩個階段 : (1)元器件選型及總體方案確定階段 :通過查閱大量的中、英文文獻 ,了解了汽車輪胎壓力與溫度監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展狀況、發(fā)展趨勢以及當前的主流技術(shù)方案。 輪 胎 設(shè) 定 值是 否 有 鍵 按 下解 除 閃 動 報 警 燈 亮胎 壓 值 是 否 正 常返 回高 溫 是 否 關(guān) 閉溫 度 高 于 設(shè) 定 值壓 力 偏 差 是 否 關(guān)閉壓 力 偏 差 高 于設(shè) 定 值顯 示 胎 壓 蜂 鳴 器 響警 報 燈 閃 動返 回返 回YNNNNYNYYY 圖 寧夏理工學院畢業(yè)設(shè)計 29 5 總結(jié)與展望 幾個月的時間在導(dǎo)師認真、細心的指導(dǎo)下 ,順利完成了論文工作。大于 2 秒小于 4秒，進入一級編程模式，一級功能設(shè)置包括：冷胎壓力設(shè)置、低壓警告設(shè)置、壓力偏差提示設(shè)置、高溫報警設(shè)置、輪胎換位設(shè)置；大于 4 秒，進入二級編程模式，二級功能設(shè)置包括：熱膨脹系數(shù)設(shè)置和偵測模式。在確認 MC33594 配置有效并準備就緒后，所有5 個 LED 都閃爍一下，以告知駕駛員主機模塊準備工作就緒，否則，顯示出錯代碼。 主機模塊的軟件設(shè)計 不像輪胎模塊所處的封閉環(huán)境那樣惡劣，主機模塊沒有嚴格的耗能標準。通常意義下，這表示輪胎非正常的漏氣或者是 寧夏理工學院畢業(yè)設(shè)計 26 膨脹。 (3) LED 持續(xù)亮，接收的壓力數(shù)據(jù)表示該輪胎的當前壓力高于或低于壓力門限值。工作電壓 ～ ，可與大多數(shù) MCU 兼容，符合系統(tǒng)主機電路的使用條件。 寧夏理工學院畢業(yè)設(shè)計 25 表 LCDRAM D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 Z3 Z4 Z7 Z8 Z1 Z2 Z5 Z8 2 / / / / Z14 Z15 Z10 Z9 4 A1 B1 C1 H1 F1 G1 E1 D1 6 A2 B2 C2 H2 F2 G2 E2 D2 8 A3 B3 C3 Z17 F3 G3 E3 D3 報警電路設(shè)計 本系統(tǒng)的報警電路采用聲光報警方式來提示異常 的輪胎工作狀態(tài)，通過蜂鳴片、 4 個輪胎位置報警 LED 和 1個系統(tǒng)狀態(tài) LED 來實現(xiàn)系統(tǒng)報警功能。它是一種被動矩陣式的標準數(shù)碼筆段型液晶顯示模塊，采用數(shù)碼筆段型液晶顯示器 (LCD)，可顯示 3 位數(shù)字 +20 組字符，寬電壓工作范圍，微功耗，簡易 LED 點背光，與 MCU 單片機采用三線式串口連接，廣泛應(yīng)用于手持式儀器儀表 [22]。 顯示及報警電路設(shè)計 顯示及報警電路實現(xiàn)系統(tǒng)的信息顯示及聲光報警功能。 U2 為晶振，我們選用自由頻率段 為調(diào)制頻率，相應(yīng)的晶振值為24MHz。圖 是胎壓接收顯示模塊 MC33594 的接收電路圖。 寧夏理工學院畢業(yè)設(shè)計 22 圖 MC33594 引腳結(jié)構(gòu) MC33594 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為射頻部分和控制部分，射頻信號通過 LNA(低噪音放大器 )放大，進入 I/Q Mrs (輸出 /輸入混頻器 )模塊后，經(jīng) IF Filter (中頻濾波器 )得到頻率為 300~500MHz 波長的信號再經(jīng)放大、調(diào)制解調(diào)，最后通過 SPI 總線與外圍微控制器相連接。 STC12C5416AD 的 I/O 口資源較少，但因為其具有可靠的性能、較低的價格和符合設(shè)計要求的芯片內(nèi)部資源，是本系統(tǒng)芯片選型的合適對象。 核心微控制器 STC12C5416AD STC12C5416AD 是主機模塊的核心器件之一，作為主機模塊的微控制器，實時接收并處理射頻接收器收到的輪胎測量數(shù)據(jù)，并控制顯示及報警電路的工作，同時留有一個可與 PC機通信的 RS232 接口。 寧夏理工學院畢業(yè)設(shè)計 21 4 主機模塊設(shè)計 根據(jù)主機模塊的實現(xiàn)功能，將其細分為核心微控制器、接收電路、人機接口和顯示及報警電路四個部分詳述。螺旋天線是一種比較好的選擇，它可擴大發(fā)射和接收的角度，有效的克服靜動態(tài)盲點。 胎壓監(jiān)測模塊是跟隨輪胎轉(zhuǎn)動的，為了盡量減少盲點，就需要電磁波在透過輪胎后的方向圖是全向的。 天線設(shè)計 天線的基本功能是將發(fā)射機 (或傳輸線 )送來的高頻電流或 (導(dǎo)波 )能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊o線電波并傳送到空間；在接收端，則將空間傳來的無線電波能量轉(zhuǎn)變?yōu)橄蚪邮諜C傳送的高頻電流 (或?qū)Р?)能量。 a 代表從采集數(shù)據(jù)子程序的返回入口 ,b 代表當定時中斷到來時進入采集數(shù)據(jù)子程序入口 ,詳見后面的采集數(shù)。 為避免多個發(fā)射模塊同時向接收模塊發(fā)送數(shù)據(jù)時造成數(shù)據(jù)沖突而丟失數(shù)據(jù) ,應(yīng)在每個隨機時間間隔內(nèi)發(fā)送多個數(shù)據(jù)幀 ,但這又將縮短電池的使用壽命 ,并增加了接收器軟件的 寧夏理工學院畢業(yè)設(shè)計 19 復(fù)雜性。因此 ,開發(fā)性能優(yōu)良、工作穩(wěn)定 的應(yīng)用軟件是使整個系統(tǒng)能夠正常和可靠運行的前提基礎(chǔ)。 2 位停止位是 NRZ 編碼 ,它的內(nèi)容沒有實際意義 ,也不會通過 SPI 總線傳出 ,它只是代表整幀數(shù)據(jù)的結(jié)尾。 8 位數(shù)字狀態(tài)代表了發(fā)射模塊所處于的狀態(tài) ,這包括模塊的供電情況、傳輸方式等 [18]。數(shù)據(jù)幀被接收后 ,MCU將檢查這些 ID,如果 m 與設(shè)定不符 ,數(shù)據(jù)會被丟棄。這個 ID 用于標定產(chǎn)品信息。頭字是固定的 4 位“ 0110”。為了方便起見 ,MC33594 的報頭 ,ID 以及頭字統(tǒng)一用報頭表示 ,這樣報頭將是 4 個字節(jié) 16 位。數(shù)據(jù)是以 EOM(endofmessage)字結(jié)尾 ,它由 2個不歸零碼組成。報頭可以按需放在 ID 前 ,或者頭字前 ,或者數(shù)據(jù)前面。 本系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸率為 9600kPs,可由軟件選擇設(shè)定 。在本系統(tǒng)發(fā)射模塊和接收模塊之間進行無線通信時 ,數(shù)據(jù)都是以數(shù)據(jù)幀的格式傳輸。 C 語言具有豐富的位操作運算符，允許直接訪問物理地址，能實現(xiàn)匯編語言的大部分功能。軟件設(shè)計語言采用 C語言。無線通信是靠空間的電磁波來傳遞信息，而電磁波的產(chǎn)生和接收都必須由天線來完成。圖 是射頻發(fā)射 /接收電路基本結(jié)構(gòu)框圖。對任何載波頻率來說，還必須按如下表 選擇外部晶體，所以所需外部晶振為 。 MC33493內(nèi)部簡化圖如圖 所示 圖 寧夏理工學院畢業(yè)設(shè)計 15 MC33493 是一種 PLL 調(diào)諧的低功耗 UHF 發(fā)射器。測量結(jié)果模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換是通過 8級門限電平比較，采用連續(xù)逼近算法來實現(xiàn)的。 gCell的信號調(diào)整先是電容到電壓的轉(zhuǎn)換 (CV)，然后是交換式電容放大器。這個測量的輸出可以用作過溫關(guān)閉機制，在溫度非常高的情況下 (可能對電池造成過 度壓力 )防止 RF發(fā)射，節(jié)省電能。 PChip 和 gCell 均與 MCU 進行接口連 接。 該器件包含以下四個小器件，它對每個小器件都使用了最佳的處理技術(shù)。三件合一高度集成芯片 MPXY8300 為輪胎模塊的核心部件，從功能、性能上都滿足系統(tǒng)要求。 圖 在系統(tǒng)的工作運行中，輪胎模塊始終處于封閉環(huán)境中，駕駛室內(nèi)的系統(tǒng)主機必須依靠無線方式來完成數(shù)據(jù)信息的傳輸，才能將輪胎的狀態(tài)信息實時地提供給駕駛員。 寧夏理工學院畢業(yè)設(shè)計 11 3 輪胎模塊設(shè)計 汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的硬件電路按系統(tǒng)功能劃分，可分為輪胎模塊和主機 模塊兩大部分。具體包括傳感器測試和射頻測試兩部分。輪胎模塊是由一塊鋰電池供電，鋰電池的電池容量通常為 750mAh 因 此需要綜合考慮效率與時間，以得到高效率的算法，才能保證系統(tǒng)長期有效地可靠運行。在汽車輪胎爆胎預(yù)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計中，必須要考慮到系統(tǒng)應(yīng)用的實際 情況和具體技術(shù)性能要求，才能設(shè)計出符合現(xiàn)場要求的應(yīng)用系統(tǒng)。人機接口部分要包括 LED 指示，按鈕等。輪胎模塊設(shè)計框圖如圖。通過對 TPMS方案設(shè)計分析，確定本文系統(tǒng)的總體設(shè)計方案如下文所述。在許多 OEM 應(yīng)用中， FSK 即使在輪子高速運轉(zhuǎn)時都能提供可靠的 RF 通信。 (3)無線信號傳輸?shù)目煽啃? TPMS 需要著力解決的另一個關(guān)鍵技術(shù)是無線信號 傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，特別是高速行駛時的信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性。 (2)介質(zhì)兼容性 組件除了要盡可能的低功耗外，傳感器的介質(zhì)兼容性和可靠性對 TPMS 而言至關(guān)重要，如果沒有這些關(guān)鍵特性，整個 系統(tǒng)的精確性和可靠性將成問題。輪胎監(jiān)測模塊設(shè)計的具體要求為：低功耗、介質(zhì)兼容性以及無線信號傳輸?shù)目煽啃?。輪胎模塊和主機模塊之間采用射頻無線通信。 TPMS 主要由兩個模塊 (見圖 )組成：安裝在汽車每個輪胎內(nèi)部的輪胎模塊和安裝在汽車駕駛室中的主機模塊。 相比于間接式 TPMS，直接式 TPMS 具有很多優(yōu)點，如能在任意瞬時監(jiān)測 4 個輪胎內(nèi)的壓力和溫度大小，測量精度和準確度均高于間接式 TPMS 且不受行駛速度的限制等。中央監(jiān)視器接收到輪胎監(jiān)測模塊發(fā)射的信號后進行分析，并將各個輪胎的壓力和溫度數(shù)據(jù)顯示在屏幕上，供駕駛者參考。間接式 TPMS 的檢測原理如圖 所示。 TPMS 系統(tǒng)分類及其工作原理 目前 TPMS 主要有兩種實現(xiàn)方式：間接式 TPMS 系統(tǒng)和直接式 TPMS 系統(tǒng)。對本 設(shè)計的總結(jié)與展望。以 Freescale(前 Motorola 半導(dǎo)體部 )的 MPXY8300 系列傳感器、微處理器、發(fā)射芯片三件集成一體芯片為核心，構(gòu)建輪胎模塊；與主機模塊搭建實現(xiàn)系統(tǒng)對輪胎狀態(tài)信息的測量、無線傳輸、狀態(tài)監(jiān)控和異常報警。 論文的結(jié)構(gòu)安排 第一章：介紹汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的提出背景和研究意義，當前的技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀和未來的發(fā)展趨勢，給出本文的研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排。 針對上述系統(tǒng)功能，本課題的主要研究內(nèi)容如下： (1)分析直接式 TPMS 的工作原理，并深入分析了該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)、 國內(nèi)外現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢。 (4)可避免車輛部件不正常的磨損 若汽車在輪胎氣壓過高的狀態(tài)下行駛，日積月累對發(fā)動機底盤及懸掛系統(tǒng)將造成很大的傷害；如果輪胎氣壓不均勻，則會造成剎車 跑偏，從而增加懸掛系統(tǒng)的磨損。 (3)減少燃油消耗，利于環(huán)保 實驗顯示，輪胎氣壓低于標準氣壓值 30%，油耗將上升 10%。 寧夏理工學院畢業(yè)設(shè)計 3 輪胎壓力與溫度監(jiān)控系統(tǒng)研究意義 TPMS 系統(tǒng)在提高汽車行駛安全性，減少生命財產(chǎn)損失以及減少能耗等方面都具有非常重要的研究意義，其具體優(yōu)點體現(xiàn)在以下幾個方面 [6]： (1)事前主動型安保 汽車現(xiàn)有安全措施，如 ABS、 EDS、 EPS、安全氣囊等，均是“事后被動”型安保，即在事故發(fā)生后才起到保護人身安全的作用。目前有兩個發(fā)展方向，一種是利用 RFID 讀頭端的發(fā)射功率為輪胎監(jiān)測模塊供電，另一種是利用汽車行駛中的機械能為輪胎監(jiān)測模塊供電。 有源 TPSM 的輪胎監(jiān)測模塊有以下幾個部分組成：壓力溫度傳感器、微控制器、射頻芯片、低頻喚醒芯片、電池以及天線組成 。 TPMS 的性能主要取決于輪胎監(jiān)測模塊的實現(xiàn)方式。目前我們國內(nèi)已有很多家設(shè)計公司、生產(chǎn)廠家開始開發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn) TPMS。 輪胎監(jiān)測系統(tǒng)（ TPMS）主要用于在車輛行駛時實時地對輪胎壓力和溫度進行自動監(jiān)測，對輪胎漏氣、低氣壓、高氣壓進行預(yù)警，以保障駕乘者行車安全，是駕駛員、乘車人的生命安全保障預(yù)警系統(tǒng)。 本課題進行直接式汽車輪胎壓力與溫度監(jiān)測系統(tǒng)的研究。中國國家標準管理委員會 2021 年發(fā)布的《中國 TPMS 標準意見征求稿》 ,標TPMS 成為汽車的標準配件是必然的趨勢。t change the energy problem and frequent disassembling tire, improve the practicability of the system, thus has broad application prospects. Key words: tire； wireless munication technology sensor； antijamming； save energy 寧夏理工學院畢業(yè)設(shè)計 III 目錄 摘要 ........................................................................ I Abstract ................................................................... II 目錄 ...............................................