基于单片机的胎压监测设计Word文件下载.docx

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最后，为了提供稳定的电源用于给系统供电，我选用了ABLE（爱博尔）公司的ER2450。

另外因为文中数据大多为通过无线传输，所以我选用NRF24L01射频芯片进行传输信息。

而定位问题则是利用频分方法结合跳频接收方式来确定车轮位置。

该监测系统的使用范围是100-400千帕,系统精度可以达到1.4千帕。

关键词:

汽车胎压监测SP12NRF24L01

Abstract

Withthedevelopmentofsciencetechnologyandeconomics,carhasbeenimportantvehiclethatpeoplecannotbeenwithout.However,theincreasementoftheamountofcarsleadstomoreandmoretrafficaccidentshappened.Inthese,thepressureoftyreiskeyfactor.

AccordingtoSAE（societyofautomotiveengineers）,about260,000accidentsiscausedbythelackofpressureoftyre.Andinchina,about70%accidentsarecausedbytyreburst.So,preventingtyrebursthasbeenanimportantissue.Asfar,TPMSisdividedintotwokinds—directlyandindirectly.Inthispaper,Iselectthefirstoneforitsconvenience.

Inaddition,compareofthreekindsofsensorsismade.Atlast,SP12ischosen.Asakindofsensorusedspeciallyincar,SP12hasagoodcharacter.Tolowerthepowerconsumption,Ichoosethemodeofawakeningbylowfrequency.MC33690isusedtotransferasignalwithalowfrequency.AndthissignalisreceivedbyaLCcircuit.Tosupportasteadypower,ER2450wasused,whichismadebyABLEcompany.Themostofinformationistransferredinthemodeofwireless.NRF24L01isusedtotransferpressure.Andwhichtyrecanbelocatedbecausethefrequencyoftransferringineverytyreisdifferent.Therangeofworkingisfrom100KPato400KPa.Theprecisionis1.4KPa.

Keywords:

tyrepressuremonitoringSP12NRF24L0

1绪论

1.1课题产生背景及其意义

随着交通运输的不断发展，汽车数量和车速也越来越高。

而伴随着的则是对安全严重考验。

而爆胎，疲劳驾驶，超速已经成为了三大交通事故杀手。

而其中以汽车爆胎的难预测和不确定性成为了司机头疼不已的事情。

据统计，在中国因为爆胎引发的事故比例达70%，在美国更是高达80%。

因此怎么样防止汽车爆胎原因成为了一项重要课题。

据国家轮胎质量监督中心专家研究发现，汽车轮胎气压正常与否是一项重要因素。

因此汽车轮胎压力监测系统（TyrePressureMonitoringSystem简称TPMS）则变成了最理想的工具。

汽车轮胎压力监测系统应运而生。

所以轮胎气压情况检测是必须的，而气压量是无法通过肉眼观测的，而且在高速行驶时也是不实际的，TPMS可以帮助人们随时随地不间断的监测气压量。

从经济性上考虑，据统计和试验验证气压量每下降十分之一而轮胎的寿命会缩短四分之一[1]。

不仅如此，从油耗上看，汽车轮胎气压量下降时会使得轮胎与地面摩擦力下降，而且轮胎抓地力不牢导致油耗会上升。

根据实验研究气量下降十分之一时在相同油量下汽车行驶会下降2%。

同时在汽车保养方面，当气压量下降时汽车底盘下沉，悬挂系统也会受到损伤，时间一长造成极大的经济损失。

不仅如此，这些损伤还会造成交通事故，造成人身安全危害。

因为这些重要方面原因，各个国家先后将TPMS列为汽车必备系统之一。

而其中美国作为先驱者始终保持着领先地位。

1.2国内外发展状况

美国早在2003年就通过了TRAD法案，其规定了美国所有汽车2007年起必须安装TPMS。

另外2004年美国国家公路安全管理局规定了TPMS在汽车胎压低于标准值的25%-30%时向司机报警。

继美国之后，欧洲也开始着手制定其标准[2]。

第一个TPMS的是由英国美达公司成功研制的。

2004年，在美国博览会上，加拿大的一家汽车轮胎设备制造厂展出了世界上第二套TPMS。

2003年日本的阿尔卑斯电气公司成功研制出了无需电池的TPMS。

生命是极其可贵的。

随着外国标准的制定以及技术的发展，我国对于汽车使用的TPMS也开始制定标准。

而今，随着国家政策的投入和批准，以及人民对生命安全的重视，这项产业也开始蓬勃发展。

我国在2000年开始TPMS系统的研究和引入，并于2004年步入高潮。

1.3拟采取的研究方法及选用技术

大部分的TPMS系统主要部分有：

位于汽车轮胎内部的远程胎压监测模块（RemoteTyrePressureMonitoring）即是使用nrf24L01和SP12组合而成的检测模块和安在驾驶台上的监视器（LCD显示器）即接收器与液晶屏显示。

安装在每个轮胎内部的测量轮胎压力，将测量得到的信号经过nrf24l01调制后通过高频无线电波（RF）发射出去。

通常情况下一个TPMS系统有4个RTPM模块。

驾驶室内的监视器接收由nrf24l01模块传回的信息，并将数据在屏幕上显示，供驾驶者加以参考。

一旦汽车轮胎发生了异常情况，驾驶室内的监视器可以根据不同的异常情况，发出报警信号。

TPMS大体分为两种类型：

间接式，它利用的是轮胎速度差，从而可以监测轮胎状况，但其缺点是无法对多个轮胎不正常状态做出准确判断且在高速下也无法做出判断。

第二种直接式TPMS，它使用压力传感器直接测量压力得出数据，并通过高频传出信号。

监视器可以动态显示气压值，并可以在不正常状态下向驾驶员提出报警。

经实验证明直接式要比间接式方便和精确。

因此许多汽车制造厂商采用了直接式方式。

现在国内各个汽车厂家也开始追随世界潮流，在自己的汽车上安装直接式检测系统，但大多为国外成品，自主能力较差发展潜力较深。

本设计选用的是直接式测量方法。

它以PIC16F628单片机为核心,并包括三合一集成式传感器芯片SP12和2.4GHz全双工无线通信收发模块nRF2401[3]。

SP12在单片机控制下检测压力传输数据。

并以数字量形式输出,再经过单片机MCU打包后通过nRF2401调制成高频发射出去。

而同时,也可以利用24l01传输控制信号[4]。

而在接收方在接收信号后经过数据调整再通过液晶屏显示。

1.4本论文的内容简介

本论文的章节安排如下：

第1章：

主要介绍了汽车轮胎压力监测系统的研究背景和意义，分析了汽车轮胎压力对汽车运行的影响，并介绍了国内外TPMS发展状况。

第2章：

介绍了TPMS的分类和测量原理以及对爆胎原因进行了介绍。

第3章：

大体介绍了该系统的设计方案，以及该设计所需达到的要求，外界环境状态，以及对技术要求进行了分析。

第4章：

详细的介绍了文章所使用的各种芯片，以及选用芯片的标准。

重点介绍了射频芯片和低频发射芯片和比较了压力传感器的优缺点。

第5章：

提出了在设计中所遇到的关键的两个问题，并提出了多种解决方案，在这些方案中选择了最为合适的方案加以实际解决。

第6章：

将各部分电路图展示，并加以详细的说明介绍。

第7章：

大体说明了软件设计流程，对软件设计提供了详细的指导。

另外对结果进行了仿真测试。

2TPMS分类及原理介绍

2.1间接式

所谓的间接式就是非直接接触测量，气压值不是由传感器直接给出数据的方式。

现在较为常用的两种方法为计算式和磁敏式。

2.1.1计算式间接

间接式的大体原理就是测量轮胎转速，当轮胎不正常时，汽车轮胎转速会变得不正常。

利用当前速度与ABS[5]速度相比较可以得知当前轮胎压力状况，当轮胎漏气或者爆胎时，车轮直径会变小从而速度会变大，经过测速传感器测量到微处理器中进行处理比较最终得知车轮的变化。

方法较为简单实用，且安装方便。

其方法框图如图2-1所示。

但同时这种方法也具有很大的局限性和缺陷。

首先当速度过大时比如大于100码时得出的结果就会不准确。

另外如果两个轮胎发生了异常，司机也无法判断和解决。

图2-1计算式间接TPMS结构图

2.1.2磁敏式间接

所谓的磁敏式方法是在车轮内部安装磁性组件，当轮胎发生异常时会使得磁性组件发生偏移从而改变与外界磁敏器件（如;

霍尔器件）之间的磁场强度，利用磁敏器件测量这些变化从而得知轮胎内部压力状况其框图如图2-2所示。

利用这种方法可以无需直接接触轮胎内部就可以得知压力状况。

这种方法中所用的器件都是安装在轮胎外部所以在对器件选择时就不需要太高要求。

如对其耐温，耐压能力无需太高大大降低了由器件造成的成本消耗。

但同时其缺点也是显而易见的：

首先无法定量的测量内部压力。

第二，因为轮胎气量在不同温度下不同行驶条件下对气压要求是不一样的，比如：

在夏天气压会比冬天得低。

第三，由于汽车轮胎使用时会发生磨损表面会变薄，安装的磁敏组件与磁性组件之间的距离会变小，需要不断地调整标准量。

显示报警装置

图2-2磁敏式间接TPMS结构图

2.1.3基于SAW方式

所谓的SAW就是SurfaceAcouticWave的缩写[6]，即使表面声波它是在1885年英国物理学家瑞利发现的。

该研究表明在弹性晶体表面存在一种波动，也就是我们所说的表面声波[7]。

当外界向由晶体构成的SAW组件发射一定的频率的高频电波时，SAW会接收并发回一定频率的信号，当该组件处在不同压力和温度时返回的信号频率