基于嵌入式技術(shù)的高原輪胎壓力檢測報(bào)警系統(tǒng)

【摘要】本文主要介紹了輪胎壓力檢測報(bào)警系統(tǒng)的主要用途，以及車輛出入高原時(shí)輪胎壓力變化造成的潛在安全隱患，結(jié)合高原地區(qū)氣候現(xiàn)狀和當(dāng)?shù)鼐用衽c外地游客駕車出入西藏地區(qū)時(shí)的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)了一種基于嵌入式技術(shù)的高原輪胎壓力檢測報(bào)警系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】嵌入式技術(shù);TPMS;無線通信

Abstract：This paper mainly introduced the use of tire pressure detection and alarm system，and the tire pressure changes caused by vehicle access the plateau potential safety，hazards，combined with the plateau climate situation and local residents and tourists driving out of practical need in Tibet，designed a plateau tire pressure detection and alarm system based on embedded technology.

Key words：embedded technology;TPMS;wireless communication

引言

隨著西藏旅游事業(yè)的蓬勃發(fā)展，越來越多的游客對(duì)西藏這片純凈，神秘的沃土所著迷，同時(shí)更是吸引了一批又一批自己駕車暢游西藏的驢友。當(dāng)然，也就少不了自駕游的重要交通工具——汽車。俗話說，千里之行始于足下，輪胎，作為汽車行駛所必需的四只腳，車輛的重要部件之一，其重要性不言而喻。支撐著車體重量，傳遞側(cè)向力，牽引力和制動(dòng)力導(dǎo)向，提高駕乘安全性和舒適度等都需要有性能良好的輪胎做基礎(chǔ)。輪胎壓力檢測系統(tǒng)的提出源于本世紀(jì)初期的普利司通輪胎事件。汽車因胎壓長期處于非標(biāo)準(zhǔn)的情況下行駛而造成的車輛人員損毀傷亡事故頻發(fā)，由此引起各界對(duì)汽車輪胎壓力標(biāo)準(zhǔn)化之于汽車行駛安全的關(guān)注。輪胎故障是汽車在高速行駛中，所有駕駛者都擔(dān)心的并且最難預(yù)防的造成突發(fā)性交通事故發(fā)生的重要原因之一 ，所以“基于嵌入式技術(shù)的高原輪胎壓力檢測報(bào)警系統(tǒng)”有必要作為一個(gè)重要且迫切的課題來研究。據(jù)國家橡膠輪胎質(zhì)量監(jiān)督中心的專家分析，保持行駛中輪胎壓力的標(biāo)準(zhǔn)化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)輪胎壓力的異常是防止汽車輪胎爆胎的關(guān)鍵。然而一般情況，標(biāo)準(zhǔn)胎壓值都會(huì)被車廠標(biāo)注在車門內(nèi)側(cè)或者油箱蓋附近，但是我們很多車主往往都忽視了這點(diǎn)，大多數(shù)車主只是采用目視法來觀察車胎壓力是否正常，而實(shí)際上這種方法是非常不可靠的。

1.輪胎壓力報(bào)警系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，使得汽車電器化的程度越來越高，本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于嵌入式的高原輪胎壓力報(bào)警系統(tǒng)，主要研究內(nèi)容如下：

1）采用模塊化的指導(dǎo)思想設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套基于高原的輪胎壓力報(bào)警系統(tǒng)，并對(duì)各模塊分別進(jìn)行元器件的選型，電路設(shè)計(jì)，軟件編程調(diào)試，提高了系統(tǒng)的開發(fā)效率。

2）設(shè)計(jì)了胎內(nèi)監(jiān)測模塊（氣壓傳感器模塊），無線傳輸模塊，無線接收模塊，中央處理器，LCD顯示器（藏漢雙語顯示），并對(duì)軟件進(jìn)行模塊劃分和設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的中央處理器接收到數(shù)據(jù)經(jīng)處理后通過LCD模塊顯示出輪胎的壓力信息。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)輪胎信息異常時(shí)，蜂鳴器報(bào)警，使系統(tǒng)達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測輪胎胎壓的目的。

具體框圖如圖1、圖2所示。

3）搭建了一套輪胎壓力監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)的樣機(jī)，并對(duì)汽車胎壓監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了高壓，低壓，漏氣狀態(tài)等的性能測試。結(jié)果表明：所研制的系統(tǒng)能有效監(jiān)測汽車輪胎的壓力變化，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行良好，符合《汽車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）》標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.汽車輪胎壓力報(bào)警系統(tǒng)的硬件及軟件實(shí)現(xiàn)

2.1 汽車在平原經(jīng)高原行駛過程中，輪胎氣壓始終不變，但從平原向高原爬坡過程中，海拔持續(xù)升高，輪胎外部氣壓會(huì)隨著海拔的升高而降低，從而使輪胎內(nèi)部氣壓與外部氣壓產(chǎn)生氣壓差值，導(dǎo)致輪胎脹氣，給行駛帶來不安全因素。在輪胎夾層中安裝帶有氣壓傳感器的無線傳輸模塊，當(dāng)輪胎內(nèi)部氣壓超過預(yù)先設(shè)定的安全氣壓數(shù)值時(shí)，控壓閥門自動(dòng)開啟，并向無線接收模塊發(fā)送信號(hào)，經(jīng)無線接收模塊的中央處理器處理數(shù)據(jù)后，LCD顯示當(dāng)前警報(bào)氣壓值，此時(shí)蜂鳴器報(bào)警。

控壓閥門的流程圖圖3所示。

圖1 胎壓監(jiān)視模塊

圖2 車載顯示模塊

圖3 控壓閥門的流程圖

2.2 胎內(nèi)監(jiān)視模塊硬件包括氣壓傳感器，胎內(nèi)微處理芯片（單片機(jī)），射頻發(fā)射接收器，數(shù)據(jù)采集接口，胎內(nèi)監(jiān)測模塊電源，無線通信協(xié)議。

2.3 胎內(nèi)監(jiān)測模塊軟件包括主程序，測量子程序，發(fā)射子程序，系統(tǒng)硬件的抗干擾設(shè)計(jì)。

3.可改進(jìn)的方面

3.1 電源

目前的TPMS胎內(nèi)監(jiān)測模塊主要還是采用紐扣電池這一供電方式，然而紐扣電池的容量有限，因而目前的發(fā)展方向是實(shí)現(xiàn)胎內(nèi)監(jiān)測模塊的低功耗，增大電池容量，延長電池使用壽命。現(xiàn)階段主要通過選用低功耗的芯片，性能高電池，喚醒技術(shù)和一些算法來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的低功耗。實(shí)現(xiàn)低功耗的研究發(fā)展過程中，先考慮到車輛不是一直在公路上行駛的，所以并不需要讓胎內(nèi)監(jiān)測系統(tǒng)一直處于開啟狀態(tài)，盡量使系統(tǒng)大多數(shù)時(shí)間處于斷電或者睡眠狀態(tài)來節(jié)省能耗，已達(dá)到延長電池壽命的目的。

3.2 輪胎監(jiān)測模塊定位

汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)中的輪胎定位是指中央控制系統(tǒng)模塊對(duì)所接收到的信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，判斷和分析所接收到的信號(hào)是否為本汽車的胎內(nèi)監(jiān)測模塊所發(fā)出的信號(hào)，同時(shí)確定為那個(gè)輪胎所發(fā)出的過程。同時(shí)，汽車在行駛一段時(shí)間后，可能有些因素，例如調(diào)換新的輪胎，或者因?yàn)槠囁膫€(gè)輪胎受到的荷載不同導(dǎo)致四個(gè)輪胎的磨損程度不同，從而導(dǎo)致輪胎需要置換，而輪胎的置換導(dǎo)致安裝在輪胎上的監(jiān)測模塊也隨之換位，從而導(dǎo)致以前的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系被打破，這就要求對(duì)輪胎監(jiān)測模塊進(jìn)行重新的位置定位。

因此，定位功能是本作品必須具備的功能，但由于本作品只是初步建立了一個(gè)胎壓報(bào)警系統(tǒng)的雛形，以后會(huì)繼續(xù)改進(jìn)。目前，國內(nèi)外主要有界面輸入式，低頻喚醒式，外置編碼儲(chǔ)存器式，天線接收近發(fā)射場式等技術(shù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測模塊的定位。

4.結(jié)論與展望

輪胎壓力報(bào)警系統(tǒng)對(duì)高原安全行駛汽車有著極其重要的意義。輪胎壓力報(bào)警系統(tǒng)是一個(gè)非常重要且有意義的事前預(yù)警系統(tǒng)的安全保障系統(tǒng)。但由于所有的實(shí)驗(yàn)都是在人工模擬的環(huán)境下進(jìn)行的，在實(shí)際應(yīng)用中還會(huì)遇到許多的問題，特別是胎內(nèi)監(jiān)測模塊，安裝在輪胎內(nèi)部，環(huán)境惡劣，復(fù)雜，其可靠性等方面仍然需要不斷提升，需要進(jìn)一步升入改進(jìn)與提升。

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作者簡介：劉珊珊（1992—），女，現(xiàn)就讀于西藏大學(xué)工學(xué)院，研究方向：交通運(yùn)輸規(guī)劃與管理。