汽車胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究及電路設(shè)計(jì)

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摘要：汽車爆胎是導(dǎo)致交通事故發(fā)生的一個(gè)重大因素，汽車胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)輪胎壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保障行車安全。本文汽車胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用直接式，基于PIC單片機(jī)，配以射頻電路和SP12傳感器。

關(guān)鍵詞：汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；輪胎壓力；電路設(shè)計(jì)

引言

汽車輪胎壓力檢測(cè)系統(tǒng)，主要功能是對(duì)輪胎的壓力和溫度參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，保障行車安全。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在中國(guó)高速路上發(fā)生較大交通事故40%是由于輪胎故障引起的，其中爆胎占70%以上，引起爆胎的主要魁首是高熱，導(dǎo)致輪胎高熱的主要元兇是輪壓過低。胎壓監(jiān)測(cè)有直接式與間接式，直接式胎壓監(jiān)測(cè)無論是功能還是性能上都要優(yōu)越于間接式胎壓監(jiān)測(cè)(表1）。本文胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)由PIC、SP12和收發(fā)芯片T5754三部分組成。

1系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的汽車胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由上位機(jī)與下位機(jī)模塊構(gòu)成[1]。下位機(jī)模塊——以處理器PIC為核心,SP12與2.5GHz信號(hào)收發(fā)器T5754為主要構(gòu)成。胎壓和胎溫參數(shù)由SPl2按處理器的指令進(jìn)行測(cè)量，由處理器PIC匯總通過信號(hào)收發(fā)器T5754傳至上位機(jī)模塊（圖1）。上位機(jī)模塊——從下位模塊發(fā)送過來的數(shù)據(jù)中選擇出胎壓與胎溫值，通過顯示或蜂鳴形式傳遞給駕駛員(圖2），保障行車的安全。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案

2.1下位機(jī)模塊

主要組成部分：SP12、MCU與RF輪胎胎壓和溫度信號(hào)發(fā)射電路。SP12探頭于芯片封裝上,其工作受制于MCU通斷電[2]，MCU選用一款超低功率的8位單片機(jī)PIC16F876，具有復(fù)位與晶振電路,通電即可工作。在其外部擴(kuò)展了SPl2、T5754兩個(gè)外設(shè),與T5754的接口采用了3個(gè)I／O口,與SPl2的接口采用了6個(gè)I／O口。RF發(fā)射電路采用的是ATMEL公司的T5754超高頻（UHF）發(fā)射。其是具有PLL鎖相環(huán)濾波電路的集成芯片，傳送頻率為429MHz到439MHz，發(fā)送數(shù)據(jù)波特率可達(dá)32K，功耗小，可用于ASK和FSK，本設(shè)計(jì)方案采用的發(fā)射載波頻率為432.89MHz，另外再加上1個(gè)12.34MHz的晶振，形成基頻振蕩，基頻經(jīng)32倍頻即得所需發(fā)射頻率[3]，如圖3所示。

2.2上位機(jī)模塊

主要組成部分：RF、MCU、通訊模塊和提醒器。RF與T5754組成一個(gè)胎壓、胎溫等信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)；MCU的監(jiān)測(cè)信息通過提醒器傳遞于駕駛?cè)藛T，當(dāng)超過正常數(shù)值時(shí)會(huì)以聲音的方式提醒駕駛?cè)藛T；通信模塊將胎壓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)發(fā)送于發(fā)動(dòng)機(jī)ECU。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案

3.1下位機(jī)模塊

下位機(jī)模塊供電采用電池，其工作時(shí)電流4mA，休眠時(shí)僅為0.4μA，如輪胎加速度為0，則不測(cè)量其它數(shù)據(jù)，同時(shí)也不發(fā)射數(shù)據(jù)，SP12為待機(jī)狀態(tài)。此外由于單次測(cè)量值錯(cuò)誤比較大，為降低誤差每次發(fā)送為每5次數(shù)據(jù)的平均值，其采集胎壓、胎溫與加速度等信號(hào)值，其中對(duì)胎壓采集頻率最大，因其最為影響行車安全。為了保證無線信號(hào)的可靠性，發(fā)送模塊采用FSK頻移鍵控傳輸方式，并循環(huán)冗余校驗(yàn)。在數(shù)據(jù)判斷子程序中，對(duì)求平均值后的數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)的展開對(duì)比，如超出就連續(xù)5次提醒駕駛員，如圖5所示。

3.2上位機(jī)模塊

T5743有休眠、啟動(dòng)、位檢查和接收四種模式，如圖6示。從下位機(jī)模塊傳送來的數(shù)據(jù)經(jīng)MCU處理、校驗(yàn)，從可靠的數(shù)據(jù)中分離出胎溫、胎壓、ID等信號(hào)，送至顯示器，如接收到幾組完全相同的數(shù)據(jù)，則視為報(bào)警數(shù)據(jù)，點(diǎn)亮LED，蜂鳴器發(fā)出提醒聲，確保行車安全。

3.3數(shù)據(jù)通訊協(xié)議

本文數(shù)據(jù)采用的方式發(fā)送為：9600bps速率、曼徹斯特編碼和FSK調(diào)制。輪胎模塊以數(shù)據(jù)包（幀）的形式發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)下位機(jī)模塊中MCU發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，通過發(fā)送數(shù)據(jù)幀的前導(dǎo)位來喚醒接收模塊，前導(dǎo)位與上位機(jī)模塊同步取得，輪胎ID用于上位機(jī)模塊識(shí)別輪胎。每個(gè)SP12都有1個(gè)ID號(hào)，長(zhǎng)度為3個(gè)字節(jié)，且1出現(xiàn)一個(gè)相同的幾率為680萬分之一。

4結(jié)束語

本文所設(shè)計(jì)的汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)小且性價(jià)比高，可測(cè)量的胎壓范圍為100kpa～400kpa，胎溫范圍為-45℃～+130℃，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。TPMS屬于主動(dòng)安全保護(hù)裝置，在輪胎出現(xiàn)危險(xiǎn)征兆時(shí)提醒駕駛員保障行車安全，同時(shí)，也為底盤控制系統(tǒng)提供相關(guān)的信息和數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]顏重光.TPMS的設(shè)計(jì)方案思考[J].理論與研究,2005,(7).

[2]袁易軍.基于SP12的汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究[J].今日科苑,2008,(24).

[3]屈金龍,馬東杰.汽車輪胎壓力系統(tǒng)的電路實(shí)現(xiàn)[J].汽車工程師,2011,(8).

作者：陳保山 單位：濮陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院