汽車胎壓采集模塊的設(shè)計與研究

朱文武，朱必武

（長安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安710061）

汽車胎壓采集模塊的設(shè)計與研究

朱文武，朱必武

（長安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安710061）

現(xiàn)在由于輪胎引起的汽車事故是越來越多，特別是在夏天高溫的路面上高速行駛的汽車。因此，輪胎的安全性對于汽車的安全性至關(guān)重要。本文論述了通過基于無線通信模塊和壓力傳感器的汽車胎壓采集模塊的硬件和軟件的設(shè)計與研究，可以為我們的汽車用戶提供實時的胎壓數(shù)據(jù)。從而有效的防止因為輪胎而帶來的交通事故。

無線通信模塊；汽車胎壓采集模塊；壓力傳感器

CLC NO.:U463.8Document Code:AArticle ID:1671-7988(2015)06-76-02

引言

大家都知道車輛前進(jìn)動力推進(jìn)點是我們的輪胎，同時也是車身保持平衡的著力點，因此，輪胎的安全性對于乘客的生命安全是非常重要的。目前對輪胎安全性監(jiān)測最有效的手段是通過輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)（Tire Pressure Monitoring System，TPMS）實時監(jiān)測輪胎的氣壓，可以有效的預(yù)防和防止爆胎的發(fā)生。胎壓已經(jīng)是汽車數(shù)據(jù)中非常重要的數(shù)據(jù)。但是對于一些低配車型依然沒有配備此系統(tǒng)，特別是對輪胎安全性能要求較高的重型運輸車輛。所以在我們把胎壓數(shù)據(jù)采集模塊安裝在我們的車輛的管理系統(tǒng)中，為我們的駕駛員實時提供胎壓信息并存儲，這樣就可以最大程度上防止交通事故的發(fā)生，同時如果我們的車輛出現(xiàn)爆胎，根我們可以根據(jù)儲存的胎壓數(shù)據(jù)來分析事故發(fā)生的原因等。

1、汽車胎壓模塊硬件設(shè)備

由于我們的壓力傳感器安裝在輪胎上，我們需要采用無線通信的方式。因此我們的無線通信模塊的穩(wěn)定性直接關(guān)系到我們采集到的胎壓數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。而無線通信的在汽車這個高電磁噪聲的環(huán)境下極易受到干擾。因此硬件設(shè)計中的無線參數(shù)的設(shè)計非常關(guān)鍵，只有無線通信穩(wěn)定才能保證我們采集到數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

在我們的實際應(yīng)用中，胎壓傳感器始終處于發(fā)送狀態(tài)，而我們的終端始終是接收狀態(tài)，所以我們的胎壓監(jiān)測模塊一般選擇獨立的單發(fā)射和單接收芯片，這樣可以有利于我們的成本的節(jié)約和功耗的降低。綜合考慮各種因素，本文系統(tǒng)車載數(shù)據(jù)采集終端的胎壓監(jiān)測模塊所采用的433MHZ射頻發(fā)射芯片和接受芯片分別為:Micrel公司的發(fā)射芯片MICRF112和接收芯片MICRF211。芯片工作頻段為380MHZ～450MHZ。

采用這兩種芯片的優(yōu)點是:

低功耗，在433.92MHZ工作頻率連續(xù)以10kbps發(fā)送狀態(tài)下，電流只有6mA；

性能穩(wěn)定，具有良好的抗噪聲干擾能力；

使用簡單，外圍器件的需要比較少。

并且數(shù)據(jù)線只需要一個引腳即可通信，對于本系統(tǒng)這種通信接口緊張的應(yīng)用環(huán)境是非常的有利。因為胎壓采集模塊一般安裝在汽車輪胎的氣門上，或者安裝在汽車輪胎內(nèi)部，他們都對產(chǎn)品工藝的要求非常高。因此，在實際應(yīng)用中，胎壓采集模塊一般直接采用比較成熟的成品模塊。然后接收其采集的數(shù)據(jù)，以及數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用。這樣我們就可以減少系統(tǒng)設(shè)計的時間，提高效率，同時把我們的重心放到系統(tǒng)功能的開發(fā)上。所以我們的電路設(shè)計部分主要是設(shè)計與車載數(shù)據(jù)采集終端上的無線射頻接收端的實現(xiàn)上。MICRF211其實是一微波解碼芯片，它的作用是對433MHZ射頻信號的解調(diào)，然后輸出一個我們ECU能夠識別的二進(jìn)制數(shù)據(jù)位。相反，我們的發(fā)射芯片MICRF112是對信號的調(diào)制，把每一位輸出的二進(jìn)制數(shù)據(jù)位調(diào)制成經(jīng)過433MHZ電磁波發(fā)送的信號。因此，在使用中，我們可以將它們看做是一對串行通信電平轉(zhuǎn)換芯片，與MAX232在UART串口通信中的作用相類似:僅對二進(jìn)制數(shù)據(jù)位的表達(dá)方式進(jìn)行改變，而不其他的處理。MICRF211推薦的配置電路為圖1所示。MCU與MICRF211的連接只需要通過一根DATA數(shù)據(jù)線（圖1中第10引腳）相連，以1KHZ固定波特率接受數(shù)據(jù)。

2、汽車胎壓模塊軟件設(shè)計

通過硬件分析可以知道，MICRF211和MICRF112這一對接收發(fā)射芯片僅提供實時的轉(zhuǎn)換功能，對于供鏈路層功能不予提供，僅僅是提供實時的轉(zhuǎn)換功能。因此，為了獲得較高質(zhì)量的接收數(shù)據(jù)，對于胎壓傳感器發(fā)送模塊部分軟件程序的運行模式，我們必需要有一個深刻的了解。它的工作模式的特性主要功能是對功耗降低，從而保證單個傳感器的電池壽命。

程序的關(guān)鍵設(shè)計點有:

1．在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下（空閑放置狀態(tài)，未安裝在輪胎上），我們的胎壓傳感器放置一段時間后，就會進(jìn)入睡眠狀態(tài)。需要重新啟動才能喚醒。

2．在輪胎上安裝時，如果輪胎轉(zhuǎn)動是通過加速度的方式檢測到的，此時汽車在運行，那么就按照較短的時間間隔，即每3分鐘采樣胎壓狀況。與此相反，如果汽車在靜止?fàn)顟B(tài)時，我們就按照沒十分鐘的時間間隔來采樣胎壓狀況。

通過對胎壓傳感器模塊發(fā)送信息規(guī)律的分析可以發(fā)現(xiàn)，胎壓信息的發(fā)送周期的波動比較大，為了使車載數(shù)據(jù)終端能夠更好的進(jìn)行任務(wù)處理，使MCU發(fā)揮它的最大功效。在設(shè)計MICRF211通信的時候，我們使用中斷觸發(fā)的方式來觸發(fā)中斷。就是當(dāng)有數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候，通過MICRF211轉(zhuǎn)換成高低電平二進(jìn)制數(shù)據(jù)位到達(dá)MCU的時候，立即觸發(fā)中斷，從而使MCU對本次采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收。每次數(shù)據(jù)發(fā)送的中間并不影響MCU其他數(shù)據(jù)的采集和處理。傳感器在采集輪胎氣壓的同時，一般還會采集輪胎的溫度數(shù)據(jù)。然后將這兩項數(shù)據(jù)同時發(fā)送給MCU，MCU接收到胎壓傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)后，要與系統(tǒng)設(shè)置的閾值進(jìn)行對比。如果超出閾值，那么需要以蜂鳴器等形式及時向司機發(fā)出警報。之外，如同采集到的OBD數(shù)據(jù)一樣，需要將采集到的胎壓數(shù)據(jù)加入數(shù)據(jù)包實時上報服務(wù)器存儲、分析。胎壓檢測模塊如圖2所示，

3、結(jié)論

胎壓監(jiān)測對汽車安全至關(guān)重要，保證胎壓監(jiān)測的穩(wěn)定性則主要在于保證胎壓傳感器和接收器之間無線通信的穩(wěn)定性。本文詳細(xì)介紹了胎壓監(jiān)測模塊中無線通信相關(guān)的軟硬件設(shè)計。首先從無線通信參數(shù)角度，解釋了胎壓監(jiān)測模塊在通信頻段、天線等基本參數(shù)選擇上的原理。又從軟件邏輯角度，介紹了胎壓監(jiān)測模塊的工作模式特點。

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The Vehicle Tire Pressure Acquisition Module Of Design And Research

Zhu Wenwu, Zhu Biwu

The more and more Traffic Accident is caused by tire now, especially in the summer,the high-speed cars are on the highway. Therefore, the safety of the tire is very important for the safety of the car. This paper discusses the based on wireless communication module and the pressure sensor of automobile tire pressure acquisition module of hardware and software design and research, it can provide our users with real-time tire pressure data,and prevent the traffic accident because of the tyre.

wireless communication module; automobile tire pressure acquisition module; pressure sensor

U463.8

A

1671-7988(2015)06-76-02

朱文武，就讀于長安大學(xué)汽車學(xué)院，研究方向為動力機械及工程。