大卡車用智能胎壓遠程監測系統設計

周有平 曾樹洪

（1.佛山科學技術學院物理與光電工程學院 佛山 528000；2.惠州學院信息科學技術學院 惠州 516007）

引言

高速公路交通事件人財損失巨大，統計數據顯示，國內46 %的高速公路車禍是由輪胎故障引起的，胎壓監測是汽車安全行駛的重要保障因素[1-2]。大卡車運行過程中具有負荷重、財產較多、司機主體及胎壓安全意識不強等原因，胎壓遠程監控是加強車輛安全運行和管理重要措施[3-4]。大卡車由于車身長以及貨物量等阻礙原因，導致胎壓檢測中的無線傳輸信號需要中繼才能較好的實現對各輪胎的胎壓集中處理。本文基于大卡車胎壓檢測與遠程報警的需要，設計了一套智能胎壓遠程監測與報警系統，通過溫度壓力傳感器檢測各輪胎胎壓和溫度并通過無線射頻傳輸，胎壓溫度、壓力集中處理單元則根據各胎壓情況進行顯示和報警提醒，同時通過GSM網絡傳輸車輛運行中的胎壓和溫度信息，供后臺進行管理和監測，必要時提醒司機及時處理胎壓，從而極大提高車輛安全運行和過程責任監控。

1 系統硬件設計

1.1 系統總體設計

系統總體設計包括胎壓監測的前端、信號中繼、駕駛室集中處理器以及遠程后臺管理等部分組成，如圖1所示。

前端放置于各輪胎中用于測量胎壓和溫度，主要包括圖中的胎壓、溫度數據采集傳感器、單片機和RF433發射單元等；后端單元放置駕駛室，主要包括圖中的RF433接收、單片機、GSM通信模組、胎壓溫度和報警信息顯示以及用戶胎壓報警設置等單元；中繼放置于大卡車駕駛室后部，車內供電，完成胎壓和溫度數據從前端到后端的信號中繼。系統中單片機選用STC89C52，胎壓和胎溫檢測選用BMP180半導體集成傳感器模組。前端由于受紐扣電池供電能量的限制，采用定時喚醒檢測和發送數據的工作方式。

圖1 智能胎壓監測系統總體設計框圖

1.2 系統硬件設計

前端硬件主要完成胎壓和溫度的檢測，并采用RF433傳輸，胎壓和溫度檢測模組BMP180內部集成了高精度的AD，功耗僅為5uA，RF433與CPU采用串行口連接，電源采用2個紐扣電池供電，設計的電路圖如圖2所示。

后端設計中采用CD4052進行IO擴展，胎壓和胎溫報警閾值由用戶設定并由LED和有源蜂鳴器進行聲光報警，遠程監控則通過SIM800C GSM模塊通過短信進行數據上傳和報警下行的方式。根據系統信息流通方向，后端單元中將RF433無線芯片設置為接收模式，其波特率、頻道、透傳配置與前端和中繼的RF433無線發送芯片一致。后端電路設計如圖3所示。

圖2 大卡車胎壓前端測量電路

系統中繼單元主要完成前端和后端信號的中繼，采取射頻出發喚醒的方式，即RF433接收到有效數據后喚醒CPU，同時將數據發送至后端，解決了大卡車因車身過長、貨物阻擋射頻等導致的數據傳輸問題，中繼電路設計如圖4所示。

2 系統軟件設計

2.1 前端軟件設計

圖3 大卡車胎壓后端電路

圖4 大卡車胎壓監測中繼電路

前端單元軟件設計主要包括上電初始化，由BMP180模塊負責采集當前胎壓胎溫值，單片機向I2C總線發送尋址并讀取胎壓胎溫值[5-6]，隨后向串口發送當前數據，經過RF433模塊發送。前端單元上的RF433無線芯片設置為發送模式，波特率為9 600 bps，軟件程序框圖如圖5所示。

2.2 后端軟件設計

后端單元不受電源能量制約，CPU無線采用喚醒模式節能，射頻則采取常接收模。其主要功能是完成數據和報警信息顯示、用戶報警閾值設置、數據處理及GSM遠程傳輸等。后端單元將RF433設置為接收模式，其波特率前端RF433一致。GSM采取AT命令完成數據遠傳和接收。程序框圖如圖6所示。由于中繼單元不受電能約束，處于常態接收工作狀態，接收到數據后即刻轉發，故不再敘述。

3 結論

圖5 智能胎壓監測系統前端程序框圖

圖6 智能胎壓監測系統后端程序框圖

本文針對大卡車安全行駛中胎壓的監測和管理需求，設計了智能胎壓遠程監測系統，并充分考慮了大卡車和無線射頻的特點，將前端采取半導體集成傳感器，并設置為節能喚醒和單發射工作模式，后端設置為接收模式，中繼即時轉發模式等，經測試系統能較好的滿足大卡車車身長、貨物量大且具有一定阻礙性的具體胎壓要求，并能即時通過GSM方式管理胎壓，極大地督促了司機關注安全運行中胎壓的責任，對保障車輛運行中的人身和財產安全具有積極意義。