《汽车轮胎压力检测》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车轮胎压力检测（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、计算机控制系统设计性实验报告学生姓名:曾强学 号：2013307010630学 院:自动化工程学院班 级:自动136题 目:汽车轮胎压力控制系统目录1. 选题背景12. 方案论证（设计理念）22.1 间接式汽车轮胎压力控制系统22.2 直接式汽车轮胎压力控制系统22.2.1 主动式TPMS42.2.2 被动式TPMS42.3复合式43. 过程论述53.1 TPMS工作原理53.2 TPMS的总体结构53.3 TPMS硬件设计63.3.1 传感器63.3.2 微控制处理器与无线发射芯片ATAR862-363.3.3 轮胎模块电源73.3.4 无线射频接收芯片73.3.5 无线接收处理系统电路设计
2、73.3.6 接收模块电源83.3.7 显示报警单元83.4 TPMS软件设计103.4.1 轮胎发射系统的软件设计103.4.2轮胎各项数据的读取程序设计113.4.3通信协议133.4.4 轮胎模块发射程序流程133.5 轮胎模块接收程序流程133.5.1 无线信号接收程序设计133.5.2 接收数据处理程序设计143-10数据处理流程图143.5.3 显示报警程序设计144.TPMS 系统的抗干扰设计154.1 系统的干扰现象分析154.2 硬件抗干扰设计164.3 系统软件的抗干扰设计165.结果分析176.结论177.设计心得体会18II显示模块1. 选题背景信号处理模块信号接收模块
3、报警模块图 1-1 系统组成框图汽车轮胎是汽车的重要组成部件之一,与汽车行驶的安全性!经济性有重要的关系而轮胎的压力和温度又是轮胎运行中的重要参数,随时保持在正确的胎压下行驶,对驾驶者的人身安全及提高轮胎的使用寿命是非常重要的图l一1轮胎气压与使用寿命关系图轮胎的可用行驶里程与轮胎气压有密切的关系,如图1一1所示,统计表明当轮胎气压偏离标准值25%时,轮胎使用寿命将缩短巧%一20%。当汽车重载时,这一情况更为严重。轮胎的充气度将直接影响汽车的经济性!操纵性!稳定性和舒适性。轮胎的充气度将直接影响汽车的经济性!操纵性!稳定性和舒适性。轮胎充气不足将加大轮胎变形,加速轮胎磨损,增大车轮滚动摩擦阻力
4、,从而耗油增加。汽车在高速状态下行驶时,胎压低于下限值,轮胎将因急剧升温而导致脱层,为爆胎埋下隐患。轮胎压力过高则将减小轮胎与地面的的接触面,轮胎局部压力增大,磨损加剧,减小附着力,汽车操纵性下降,高速行驶时遇障碍物易发生爆胎。据统计,在中国高速公路上有70%车祸是由于爆胎引起的,在美国这一系数高达80%。故一个可以实时!准确地显示轮胎压力、温度等信息的汽车轮胎压力监测系统(TPMs)显得十分必要。2000年n月1号美国总统克林顿批准签署了国会关于修改联邦运输法的提案,要求2003年12月31号后所有的新车都需把“轮胎压力检测装置”作为标准配置。随着美国安全法案的推出必将导致胎压检测发展的新一
5、轮浪潮。 其实汽车轮胎压力监测系统已有多年历史,期间还出现了可以根据路况自动调节轮胎压力的控制装置,但由于技术与成本问题没有得到推广。目前,丁PMS所应用的测量压力方法主要有直接测量压力法与间接测量压力法。间接测量压力法是基于ABS系统的,基本原理是利用ABS检测的轮子转速信号,通过计算各车轮转速差达到检测车轮直径变化的目的,间接判断压力异常与否。间接法的缺点是误差大,并且只有当轮子转速达到一定差值之后才能实现功能。本文要介绍的是直接测量压力法,此方法直接得到压力等数据随着集成电路的发展和微处理器的广泛应用,此方法成本也将不断降低。但由于系统下位机是安装在轮毅上的,它只能由电池供电,故要求小体
6、积与低功耗的特性,这也是本课题研究重点之一。目前,很多高档轿车安装有直接式胎压检测系统,例如AudiASQuattor及奔驰的S级轿车。在国内TPMS也是大势所趋,所以可以说这个项目是具有很高的工业应用价值和很广阔的市场前景。2. 方案论证（设计理念）监测汽车轮胎压力的方法很多。大致可分为间接式监测和直接式监测两种。2.1 间接式汽车轮胎压力控制系统间接式汽车轮胎压力控制系统是与车辆的防抱死系统（ABS）一起使用的。ABS采用车轮转速传感器测量每个车轮的转速。间接式TPMS是通过汽车ABS系统的轮速传感器来比较车轮之间的转速差别，以达到监视胎压的目的。当汽车行驶时，轮胎气压监视系统接收4个车轮
7、转速传感器的车轮转速信号，进行综合分析。当某一个轮胎的气压太高或不足时，轮胎的直径就会变大或变小，车轮的转速也相应产生变化。监视系统将车轮转速的变化情况同预先储存的标准值比较，就可得出轮胎气压太高或不足，从而报警。该类型系统的主要缺点是无法对两个以上的轮胎同时缺气的状况和速度超过 100 公里/小时的情况进行判断。同时，由间接式TPMS判断轮胎缺气的原当一个轮胎的气压减小时，滚动半径就减小，而车轮的旋转速度就相应地加快。 这个比率可用下列等式来表达，见公式 2-1。如果这个比率偏离设定的公差，一个或更多轮胎就会过于膨胀或处于充气不足状态。然后，指示灯会提示司机，有一个轮胎处于低压状态。但是，间
8、接TPMS 有一定的局限性。第一是指示灯无法指出是哪个轮胎处于低压状态。第二，当同一车轴或同一侧的两个轮胎都处于低压状态时，它无法检测出究竟是哪个轮胎充气不足。第三，如果所有四个轮胎都处于低压状态，该系统不会发现这一故障。另外，气压不足时轮胎直径的减少和气压的降低非常微小。对于薄胎来说，69kPa的压降只会使直径减小1mm。这种压降不符合美国的最终判定规则（Final Ruling）所规定的25%原则，采用间接方法进行检测在很大程度上依赖于轮胎和负载因子。2.2 直接式汽车轮胎压力控制系统直接TPMS采用固定在每个车轮中的压力传感器直接测量每个轮胎的气压。然后，这些传感器会通过发送器将胎压数据
9、发送到中央接收器进行分析，分析结果将被传送至安装在车内的显示器上。显示器的类型和当今大多数车辆上装配的简单的胎压指示器不同，它可以显示每个轮胎的实际气压，甚至还包括备用轮胎的气压。因此，直接TPMS可以连接至显示器，告诉司机哪个轮胎充气不足。由于直接TPMS可直接测量每个轮胎的气压，因此当任何一个或几个轮胎处于低压状态时，它们都会检测出这种状态，当车辆的所有四个轮胎都处于低压状态时也可以检测到。直接TPMS也可检测到较小的压降。有些系统甚至可以检测到7 kPa的压降。直接式TPMS技术又分为主动式(Active)和被动式(Passive)两种。主要区别是主动式TPMS中的轮胎模块需要电池提供能
10、量，而被动式无须电池。图1 直接式TPMS传感器和信号传输装置图2 安装在汽车轮毂部分的轮胎压力检测模块图3安装在驾驶员前方的中央监测模块2.2.1 主动式TPMS主动式TPMS是利用安装在每一个轮胎里的以锂离子电池为电源的压力传感器来直接测量轮胎的气压，并通过无线调制发射到安装在驾驶台的监视器上。监视器随时显示各轮胎气压，驾驶者可以直观地了解各个轮胎的气压状况，当轮胎气压太低或有渗漏时，系统就会自动报警。系统主要由传感器，发射器、接收器和显示器组成。主动式技术的优点是:它是一种成熟的技术，开发出来的模块可适用于各厂牌的轮胎，但主动式TPMS传感器/发射器需要电池提供动力，因此不可避免的带来一
11、些弊端，如电池的寿命有限;当气温严重降低时，电池的容量就会受到影响而减少，这使得它的可靠性不够稳定。此外，电池的化学物质也会导致环境问题，同时由于电池的存在很难降低发射器的重量。2.2.2 被动式TPMS被动式TPMS，也叫无电池TPMS。用一个中央收发器(Central Transceiver)代替了一般直接式TPMS中的中央接收器。这个收发器不但要接收信号而且要发射信号，安装在轮胎中的转发(Transponder)(代替了发射器)接收来自中央收发器的信号，同时使用这个信号的能量来发射一个反馈信号到中央收发器上。这就使得安装在轮胎内部的气压监测器发送数据不需要电池，从而解决了上述因电池所带来
12、的问题。虽然此技术不用电池供电，但是它需要将转发器(Transponder)整合至轮胎中，这牵涉到各轮胎制造商需建立共同的标准才有可能。因此，无电池TPMS短期内还难以流行。综上看来，由于直接式TPMS有着测量精度高，稳定性好，体积较小，功耗较低等特点，因此本文主要论述直接式TPMS的设计。设计使用更加灵活，系统更加安全，可靠的汽车压力监测系统。2.3复合式为了满足多轮胎压力检测要求，推出了复合式。它通过在两个对角轮胎内装备压力传感器及一个四轮间接式测压装置来实现多轮胎压力检测。与前两种相比，复合式可以降低成本，同时可以弥补间接式监测系统不能检测出多个轮胎同时出现气压过低的缺点。它的缺点是不能
13、直接提供所有轮胎内的实际压力和温度数据，因此应用范围较有限。通过对间接式、直接式、复合式的比较，直接式监测系统具有明显的优势，将成为未来轮胎压力监测系统的主导。3. 过程论述3.1 TPMS工作原理在轮胎的胎骰上安装一个内置气压感应装置,它将气压和温度信号转换为电信号,通过无线发射装置将信号发射出来。传感器发射出来的气压信息由接收机接收处理后, 再安装在驾驶台上的显示器中显示出来,在行驶过程中实时地进行监视。驾驶员从监视器上就可以清楚地知道每个轮胎的气压值,当轮胎的气压低于设定的气压下限时,监视器将自动报警。驾驶员可以根据显示数据及时地对轮胎进行加气或放气, 发现渗漏可以及时处理。3.2 TP
14、MS的总体结构TPMS系统由轮胎发射模块和中央接收模块组成。以四个轮胎的轿车为例，系统由1个中央模块和4个轮胎模块组成。4个轮胎模块分别安装在汽车的四个轮胎中，对轮胎的压力参数进行实时的测量，并将测量的数据通过射频(RF)通信接口发送到中央模块进行处理。中央模块接收来自轮胎模块的数据，对数据进行分析处理，并进一步进行判断轮胎参数是否正常，如果发现异常，则及时进行报警。其原理框图见图3-1。压 力传感器信 号处 理MCU信 号发 射(RF)信 号处 理MCU信 号接收(RF)声 光报 警图3-1 TPMS系统原理框图图3一2直接式TPMS结构示意图,3.3 TPMS硬件设计轮胎发射模块在汽车行驶
15、时实时检测轮胎内部气压和电池电压，并通过无线方式将信息发送到主机显示模块，所以检测模块主要包含传感器、微控制器、信号发射器以及供电电池。整个模块被放置在轮胎里面，在汽车高速行驶时轮胎内部产生高温情况下要能正常运行，并且能保证有效工作510年，所以模块的小型化、宽工作温度范围以及低功耗设计是十分重要。发射模块包括：具有压力、加速度、电压检测的智能传感器：48位单片机（MCU）；RF射频发射芯片；锂亚电池；天线。外壳选用高强度塑料。所有器件、材料都要满足-40+125的使用范围。3.3.1 传感器传感器选用SP12传感器。SP12传感器是德国 Infineon technologies AG（英飞凌公司）面向汽车轮胎压力监视系统（TPMS）应用而推出的，是直接式 TPMS 的关键元件，该器件是个SoC模块，整合了硅显微机械加工的压力与加速度传感器，温度传感
