【正文】 式將測得的狀態(tài)信息發(fā)送到安裝在駕駛室內的系統(tǒng)主機，并通過主機的液晶顯示器 (LCD)顯示各輪胎的當前狀況，讓駕駛員直觀了解各輪胎的實時狀態(tài)， 如果 出現(xiàn)異常 (包括輪胎漏氣、異常升溫、傳感器模塊電源不足等 )則發(fā)出報警信號。 胎壓、溫度預警系統(tǒng)主要用于實時監(jiān)測汽車輪胎的工作狀態(tài)，對輪胎壓力異常及時給予提示，并結合輪胎溫度對可能出現(xiàn)的爆胎事故進行 預警，加強汽車高速行駛的行車安全。 青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 4 圖 22 傳感器模塊發(fā)射示意圖 當傳感器模塊隨著輪胎旋轉到遠離接收機位置 (如圖 22的位置 2)時，金屬輪轂會對無線發(fā)射信號產生一定的屏蔽作用，主機模塊接收到的信號將會有所削弱。此外，簽于輪胎的旋轉狀態(tài)，檢測數(shù)據(jù)只能采取無線傳輸方式。 系統(tǒng)整體方案設計 系統(tǒng)設計要求 直接式胎壓、溫度預警系統(tǒng)為了實時測得胎壓和胎溫，檢測傳感器須安裝在汽車輪胎內部，工作在密閉的環(huán)境中。前者一般由檢測傳感器、 MCU、 RF 射頻發(fā)射、天線和鋰電池組成，主要負責汽車輪胎的壓力、溫度、加速度、模塊 電源電壓的檢測以及檢測數(shù)據(jù)的無線傳輸，所有材料和元器件都要求滿足 40℃ ~125℃的汽車級工作溫度；而后者一般由主控制器、人機接口、 RF 接收、語音告警等組成，完成所接收數(shù) 據(jù)的處理，具有良好的人機交互功能，能及時 警輪胎的異常信息。本章主要介紹 TPMS的實現(xiàn)原理和進行具體方案的論證設計。 青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 3 第 2 章 TPMS原理及方案設計 TPMS主要用于在汽車行使時實時對輪胎壓力、溫度進行自動監(jiān)測，對各種異常情況 (如輪胎漏氣、過低或過高氣壓、過高溫度 )進行預警以保障行車安全。 人的生命是最可貴的，因此，為與世界先進國家同步，我國關于汽車安裝 TPMS這樣的生命安全保障預警系統(tǒng)法規(guī)遲早也會出臺。 美國、歐洲已先后立法，要求在今后幾年內實現(xiàn)汽車全部安裝 TPMS，因此，對 TPMS的需要量與日俱增，美國的人工每小時起碼 ，差不多是中國工人的日工資，面對量大的產品需要降低生產成本，TPMS 的生產正在轉向中國。根據(jù) 2020~2020年汽車需求預測：汽車年增長 16%~20%；轎車年增長 %~24%。汽車安全產品將成為中國生機勃勃的新興市場熱點，今后每年的增長速度可達 50%。全球每年約 5000萬輛，平均每輛車需要 輪胎（不包括備用胎）。回應 TREAD 法案，美國公路交通安全局（ NTHTSA）要求到 2020 年，所有在美國銷售的汽車都必須安裝輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)，并提出了汽車生產商的執(zhí)行時間表：美國市場出售的汽車， 2020 年占 10%， 2020 年占青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 2 35%， 2020 年占 65%， 2020 年 將達 100%。 TREAD法案的要求之一是到 2020年，所有在美國銷售的汽車 都必須安裝輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)。由于每年造成的經濟損失巨大，美國政府要求汽車制造商加速發(fā)展 TPMS系統(tǒng)，以求減少輪胎事故的發(fā)生。凡世通（ Firestone）輪胎的質量問題，造成了超過千人的傷亡，此事引起了業(yè)界和美國政府的高度關注，普利斯通 /凡世通公司曾被迫一次收回650萬只輪胎。據(jù)有關專家的分析，保持標準的車胎氣壓行駛和及時發(fā)現(xiàn)車胎漏氣是防止爆胎的關鍵。據(jù)統(tǒng)計，在高速公路上發(fā)生的交通事故有 70%80%是由于爆胎引起的。 TPMS 的由來及市場 TPMS 是汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng) “ Tire Pressure Monitoring System”的英文縮寫，主要用于在汽車行駛時實時的對輪胎氣壓進行自動監(jiān)測，對輪胎漏氣和低氣壓進行報警，以保障行車安全，是駕車者、乘車人的生命安全保障預警系統(tǒng)。 44 青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 1 第 1 章 緒論 導言 未來數(shù)年內，安全性一直是推動輪胎壓力監(jiān)控系統(tǒng) (TPMS)發(fā)展的主要動力，因為許多交通事故的發(fā)生都與輪胎的缺陷有關，因此， TPMS有望成為發(fā)展最快的汽車電子應用。 43 參考文獻 40 USB通信程序設計 38 車輪狀態(tài)檢測程序設計 36 聯(lián)機通信單元程序設計 34 中央接收與處理模塊程序設計 34 輪胎參數(shù)檢測與發(fā)送程序設計 32 本章小結 30 看門狗與存儲電路設計 28 車輪行駛狀態(tài)信息共享設計 28 青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 III 與 ECU通信設計 26 聯(lián)機通信單元設計 25 人機接口硬件設計 21 核心微控制器及 RF 接收單元設計 21 中央接收與處理模塊總體設計 19 本章小結 16 TPMS檢測發(fā)射模塊的安裝 3 系統(tǒng)整體方案設計 3 TPMS工作原理 1 第 2章 TPMS原理及方案設計 II 第 1章 緒論 I 目錄 關鍵詞： TPMS，無線通信，電磁兼容，預警算法， CAN 青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 II 目 錄 摘 要 論文針對直接有源式 TPMS技術實現(xiàn)的主要難點問題，包括系統(tǒng)預警的準確性和可靠性、檢測傳感器模塊的低功耗性能等，開展了以下工作： 1)對 RF發(fā)射部分進行詳細設計，包括發(fā)射天線的匹配網(wǎng)絡、無線通信協(xié)議以及 RF發(fā)射管理機制等； 2)提出改進的基于多傳感器融合技術的預警算法，有效提高系統(tǒng)預警的正確性，避免告警信號的漏報和誤報； 3）分析 TPMS 應用的電磁環(huán)境，在電磁兼容性設計層面上，闡述了系統(tǒng)的軟硬件設計方案； 4)在選擇極低功耗檢測傳感器 等器件的基礎上，選擇更適合應用環(huán)境的鋰亞供電電池，并采取良好的電源管理機制； 5)充分考慮 TPMS 與其他車載設備之間的信息共享問題，進行基于 CAN 總線的聯(lián)機通信設計。選擇直接有源式 TPMS作為本文的研究目標，利用嵌入輪胎中的傳感器檢測輪胎的壓力、溫度以及供電電池的電壓等參數(shù)，并通過無線射頻方式發(fā)射到安裝在駕駛 室的監(jiān)視器上。青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 I 摘要 輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng) (Tire Pressure Monitoring System， TPMS)是車輛安全行駛的重要保障之一，在汽車電子技術高速發(fā)展和對汽車安全性能要求更高的前提下，對 TPMS系統(tǒng)的研究和設計具有廣泛的應用前景，并能帶來良好的經濟效益和社會效益。 論文深入分析了 TPMS技術的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，并對比了間接式 TPMS和直接有源式 TPMS的優(yōu)缺點。監(jiān)視器實時顯示各輪胎參數(shù)，在出現(xiàn)異常時及時發(fā)出相關告警信息。 測試表明，所設計的直接有源式 TPMS 系統(tǒng)有效地提高了檢測精度和預警的準確率，較好地達到了預期設計目的。 1 導言 1 TPMS研究現(xiàn)狀 3 系統(tǒng)設計要求 3 系統(tǒng)方案論證與設計 5 本章小結 7 第 3章 輪胎參數(shù)檢測與發(fā)射模塊的硬件設計 8 輪胎參數(shù)檢測模塊設計 8 系統(tǒng)低功耗設計 9 無線發(fā)射單元設計 10 天線匹配網(wǎng)絡及設計 11 無線通信協(xié)議設計 20 第 4章 中 央接收與處理模塊的硬件設計 21 差錯檢測技術設 計 29 USB通信接口設計 31 TPMS輪胎定位技術 33 第 5章 系統(tǒng)軟件設計 38 CAN通信程序設計 41 HMI程序設計 42 本章小結 TPMS是汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)主要用于在汽車行駛時實時的對輪胎氣壓進行自動監(jiān)測，對輪胎漏氣和低氣壓進行報警，以保障行車安全，是駕車者、乘車人的生命安全保障預警系統(tǒng)。 TPMS 研究現(xiàn)狀 在汽車的高速行駛過程中，輪胎故障是所有駕駛者最為擔心和最難預防的，也是突發(fā)性交通事故發(fā)生的重要原因。怎樣防止爆胎已成為安全駕駛的一個重要課題。而 TPMS汽車胎壓監(jiān)視系統(tǒng)毫無疑問將是 理想的工具。據(jù)美國汽車工程師學會最近的調查，美國每年有 26萬交通事故是由于輪胎氣壓低或滲漏造成的，另外，每年 75%的輪胎故障是由于輪胎滲漏或充氣不足引起的。因此，在 2020年美國國會通過了 TREAD法案。 2020年 11月 1 日美國總統(tǒng)克林頓簽署批準了國會關于修改聯(lián)邦運輸法的提案，要求 2020 年后所有的新車都需把這種系統(tǒng)作為標準配置。美國每年的汽車銷量約為 1500 萬輛（轎車 /卡車）。 中國正在成為全球最大的新興汽車市場，中國汽車需求量和保有量出現(xiàn)了加速增長的趨勢，汽車保有量已突破 2600 萬輛，年銷售汽車將突破 600 萬輛，未來 5 年將成為僅次于美國的全球第二大汽車銷售國。其中，僅 TPMS 技術產品 2020 年底的市場容量就將達 20萬套，近 7億元人民幣； 2020將達到 50萬套，近 17億元。綜合以上分析，預計 ， 2020~2020年，中國汽車保有量將以 16% 以上的速度增長。今后幾年內中國必將成為 TPMS 的生產大國。因此，目前我們國內已有數(shù)百家設計公司、生產廠家開始開發(fā)、設計、生產 TPMS。一般包括輪胎檢測部分、無線數(shù)據(jù)傳輸部分、數(shù)據(jù)處理以及顯示警告部分。 TPMS 工作原理 TPMS主要 包括兩個部分：輪胎參數(shù)檢測與發(fā)射模塊 和 中央接收與處理模塊。 TPMS原理框圖如圖 21所示。對有內胎的輪胎，傳感器模塊安裝在內胎外面的墊胎上或嵌入墊胎中；對無內胎輪胎 (目前大部分為此類 )，傳感器模塊可固定在輪轂上。圖 22是傳感器模塊的無線發(fā)射示意圖，圖中黑色的小方塊表示傳感器模塊。此外，系統(tǒng)工作在室外環(huán)境，必須有較寬的工作溫度范圍。本課題研究 設計 的系統(tǒng)是新型的主動直接式輪胎壓力監(jiān)測產品。此外，在汽車輪胎的使用過程中，輪胎胎面會逐漸被磨耗。有的輪胎磨損重，有的磨損輕，甚至還會出現(xiàn)輪胎的單邊磨損不均勻。輪胎的維護換位能夠提高輪胎行駛里程、平衡胎體疲勞強度和磨損。根據(jù)美聯(lián)邦機動車輛安全標準：當單個輪胎或平均每個輪胎壓力，比車輛制造廠推薦的標準輪胎氣壓降低 25％或更低時，或者低于規(guī)定的最低氣壓標準 (無論符合哪種情況 )，一輛機動車輛上安裝的 TPMS必須警告駕車者；當任何一個單個輪胎的壓力，比車輛制造 廠推薦的標準輪胎氣壓降低 30％或更低時，或者低于規(guī)定的最低氣壓標準 (無論符合哪種情況 )，一輛機動車輛上安裝的 TPMS必須警告駕車者。 結合前文所述，給出系統(tǒng)主要技術指標要求： (1)體積小，重量輕，便于安裝和保持輪胎的動平衡： (2)功耗低，使用過程中不用更換電池即可以長期工作，最好 壽命在 510年； (3)RF(射頻 )信號接收靈敏度高，抗干擾、發(fā)射功率低并符合國際規(guī)范； (4)通信信道的可靠和穩(wěn)定性，對輪胎壓力和溫度的異常不能漏報和誤報； (5)較高的測量精度； (6)汽車級工作溫度范圍： 40℃ ~125℃，且符合相關標準并經濟適用。上海通用別克轎車安裝的即是這種間接式 TPMS，即當汽車行駛時，輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)接收 4個車輪轉速傳感器的車輪轉速信號，進行綜合分析，當某一個輪胎的氣壓太高或不足時，輪胎的直徑就會變大或變小，車輪的轉速也發(fā)生相應變化。該類型系統(tǒng)的主要缺點是無法對速度超過 100公 里 ／時的情況進行判斷。由于直接主動式 TPMS精度高，技術成熟，能很好地滿足人們的需求，因此選用直接有源式 TPMS。被動式TPMS雖然不需要電池供電，但也涉及到模塊的取能問題，在目前沒有更 好的解決方案，或者將來利用車輪機械能轉換成電能利用也是一個辦法，因此選擇主動式。 TPMS系統(tǒng)通過植入輪胎