CN101064518A - 一种可扩展的多轮胎tpms系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可扩展的多轮胎TPMS系统，包括发射机、天线、主控器、码插件盒、码模块，所述的主控器开机或复位时，读取所有码模块的ID码，并保存ID码与轮胎身份对应关系信息；所述的发射机的传感器把胎压和温度的变化通过电子元件感应转换成相应变化的电气参数，经过MCU处理后由发射电路发射出去；无线电信号由天线接收到后，经过调制解调电路进行解码，然后将数据通过SPI总线传送给主控器CPU，CPU对照轮胎身份对应关系保存数据至相应区域，并根据用户的需要将数据显示在对应数据区。与现有技术相比，本发明具有性能稳定、易于实现、方便扩展等特点。

Description

一种可扩展的多轮胎TPMS系统

技术领域

本发明涉及一种汽车轮胎压力检测系统(TPMS系统)，特别是涉及一种可扩展的多轮胎TPMS系统。

背景技术

汽车轮胎压力检测系统(Tire Pressure Monitoring System)，简称TPMS，主要用于在汽车行驶时，适时地对轮胎气压进行自动监测，对轮胎漏气造成低胎压和高温高胎压防爆胎进行预警，确保行车安全。

TPMS目前主要有两种，一种是基于车轮速度的TPMS(WSB TPMS，间接式TPMS)，这种系统是通过汽车ABS系统的轮速传感器来比较轮胎之间的转速差别，以达到监视胎压的目的，该类系统的主要缺点是无法对两个以上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；另一种是基于压力传感器的TPMS(PSB TPMS，直接式TPMS)，这种系统是利用安装在每一个轮胎里的压力传感器来直接测量轮胎的气压，并对各轮胎气压进行显示及监视，当轮胎气压太低或有渗漏时，系统会自动报警。PSB TPMS在功能和性能上均优于WSB TPMS。直接式TPMS主要由安装在汽车轮胎内的压力、温度传感器和信号处理单元、RF发射器组成的TPMS发射模块，以及安装在汽车驾驶台上包括数字信号处理单元的RF接收器、液晶显示器(LCD)组成。

多轮TPMS系统，主要用于大型客、货车的轮胎检测，对由轮胎的压力和温度可能造成的危险进行预警，确保行车安全。多轮TPMS系统有以下特点：

1)胎工作环境恶劣，平均工作时间长；

2)正常气压值不固定；

3)型号不同，轮胎数量及轴距相应变化；尤其存在着同一车头，经常挂接不同拖车(如集装箱等)的现象。

如前所述，多轮汽车最大特点就是型号多，轮胎数量不固定，因而发射机的数量也不固定。因此，要求系统具有以下功能：

1)数量众多轮胎内部发射机和接收显示端需一一对应定位，且要求定位准确；

2)较强的可扩展性，方便客户根据自己需要进行选择。

如何解决好以上问题成为多轮TPMS系统的关键。

直接式TPMS要求在每个轮胎中安装一个发射模块且有固定的ID码与显示端显示位置一一对应，但是当汽车在使用过程中轮胎进行换位，或者用户需要更换发射模块时，存在着换位后显示位置不能和轮胎ID码一一对应的问题。如果不能重新正确定位，接收显示模块将无法正确显示更改后轮胎的压力温度信息。

针对轮胎换位或更换发射模块带来的问题，目前有以下几种解决方案：

定编码形式：接收显示模块中MCU的存储器中的ID码与轮胎对应身份识别关系信息在出厂时是固化的；同样在发射检测模块的MCU的存储器中也固化了对应轮胎的ID码，在发射检测模块的外壳上有标记，在安装时按照标记将发射检测模块安装在对应的轮胎上，在使用中不可更改。这个方案比较简单，不足之处是：使用中不能安装错位，否则身份识别混乱，同时若一发射模块损坏后，用户必须到厂商处去解决问题；轮胎换位时，发射检测模块必须按照其标记位置重新安装一次。

界面输入式：该身份识别技术是将每个发射模块的识别ID码打印在外包装或产品上，但当轮胎换位或发射模块损坏后，就将识别ID码用按键输入到接收端进行重新正确身份识别。不足之处：由于识别ID码长为16位或是32位，输入流程复杂，用户很易出现码组输入错误问题。而且按键多，在本来就仪表众多的车上，显得十分突兀，带来布局上的不便。

低频唤醒式：该身份识别技术是利用LF(低频)信号(如：125KHz)的近场效应。在该方案中，在每个轮胎附近有个LF天线；监视系统可以通过对应轮胎附近的LF天线发出LF信号，单独触发对应轮胎的发射检测模块，然后由被触发的发射检测模块将身份识别码通过RF发射出来，接收模块通过RF信号得到相应轮胎TPMS模块的身份识别码，从而自动确定轮胎位置。不足之处：1.需要四个LF天线安装在对应的轮胎附近，安装及布线工作量大；2.LF信号可能会误触发相邻的发射检测模块3.由于汽车上电磁环境复杂，存在各种干扰，会对低频信号造成干扰，导致身份识别失效。

键盘扫描式ID码模块接插：其特点在于在接收显示模块接插有插入式编码存储器，每个发射检测模块均有一个固定的ID码，该固定的ID码与所述的编码存储器的ID码是一致的。这样将轮胎的更换与换位时的重新身份识别问题，转换成ID码的重新设置问题，为轮胎的重新身份识别提供一套简单、有效的技术方案，采用插头插入的方式，操作简单可靠。显示端通过键盘扫描读取码模块里存储的ID码信息，可以方便地实现轮胎换位。但是其缺点是不能适用多轮胎的TPMS，轮胎越多，系统所需的I/O口越多，实现越困难。

综上所述，以上身份识别技术分别有下列缺陷之一或者其中的若干项：

a.安装发射模块不能错位，故障块必须到厂商去烧对应身份识别码

b.输入身份识别码很繁琐，用户易输错身份识别码

c.设计或布局受影响

d.车上安装四个LF天线，安装困难

e.LF信号可能会误触发相邻的发射检测模块

f.I/O口读取ID码，系统资源浪费，不适用多轮胎，可扩展性差

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可扩展的多轮胎TPMS系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种可扩展的多轮胎TPMS系统，其特征在于，包括发射机、天线、主控器、码插件盒、码模块，所述的主控器开机或复位时，读取所有码模块的ID码，并保存ID码与轮胎身份对应关系信息；所述的发射机中的传感器把胎压和温度的变化通过电子元件感应转换成相应变化的电气参数，然后由发射机的MCU处理为数字编码信号，加上该模块的识别ID编码，由发射机调制到载频上发射出去；无线电信号由天线接收到后，经过主控器里的接收部分解调后得到原始数据，通过SPI总线传送给主控器CPU，CPU判断信息的有效性，若有效，则对照轮胎身份对应关系保存数据至相应区域，并根据用户的需要将数据显示在对应数据区。

所述的系统可以采用天线匹配盒对天线进行网络匹配，根据不同长度的天线，选择相应的天线匹配。

所述的主控器设有两个按钮、六个指示灯、一个对外接线端，按钮控制显示对应码插件盒上的码模块对应的轮胎数据值，并且对应指示灯亮。

所述的码插件盒设有六排共二十四个码插件插槽、对外接线端，并通过对外接线端与主控器的对外接线端相连接；所述的码插件盒最大可插入二十四个个码模块，每个插槽都有自己唯一的固定的地址，易于实现轮胎的定位。

所述的每排四个码插件插槽可以插接四个码模块，对应于一排四个轮胎发射机的ID，当系统增加轮胎时，无需更换主控器，只需将轮胎的码模块插入码插件盒上的轮胎对位位置的插槽内即可，系统扩展完毕后，需将系统重启或复位，系统自动识别已扩展的ID，并进行相应轮胎数据的监测。

所述的码模块可以采用EEPROM存储器，并通过IIC总线技术进行ID码读取，以识别和定位发射机的身份。

所述的每个IIC总线可挂靠八个EEPROM存储器，根据所选的CPU的性能，采用三个IIC总线，可实现识别二十四个ID码。

采用以上技术方案实现的可扩展的多轮胎TPMS系统，采用IIC总线读码技术，通过IIC总线读取插入式存储器的ID编码，既避免了用无线方式读入ID编码，回避了LF低频唤醒中低频信号在传输过程中被车上的电磁噪声干扰的问题，从根本上解决了干扰的问题；又避免了I/O口键盘扫描方式满足不了多轮胎汽车的要求的问题。该方案性能稳定、易于实现、方便扩展。该系统有如下特点：

1).IC卡式的轮胎身份识别方法，码模块简单实用，可维护性强，易于生产，解决了低频唤醒带来的电磁干扰问题。

2).可扩展性强，可满足不同车型，不同轮胎数量的要求。

3).发射机或轮胎换位操作简单。

附图说明

图1为本发明一种可扩展的多轮胎TPMS系统的结构示意图；

其中：1-主控器、2-指示灯、3-码模块、4-按钮、5-码插件盒、6-天线匹配盒、7-电源线、8-天线、9-发射器。

图2为本发明的码插件盒示意图；

其中：10-码插件插槽、11-对外接线端。

图3为本发明的主控器接收端电路原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

1.关于系统的技术解决方案：

本发明提出了一种采用IIC总线技术进行读码，可根据不同型号的多轮胎车型进行扩展的TPMS系统。该TPMS系统由发射机9、天线匹配盒6、主控器1、码插件盒5以及码模块3组成。

系统原理：主控器1开机或复位时，读取所有码模块3的ID码，并保存ID码与轮胎身份对应关系信息。发射机9的传感器把胎压和温度的变化通过电子元件感应转换成相应变化的电气参数，然后由发射机的MCU处理为数字编码信号，加上该模块的识别ID编码(即用于区分别的模块的身份编码)，由发射机调制到载频上发射出去。无线电信号由天线8接收到后，经过主控器1里的接收部分解调后得到原始数据，通过SPI总线传送给主控器CPU，CPU判断信息的有效性，若有效，则对照轮胎身份对应关系保存数据至相应区域，并根据用户的需要将数据显示在对应数据区。

由于多轮汽车的轴距比较长，而且型号不同，轮胎数量及轴距也相应变化，因此天线长度不一致。这一变化会造成网络匹配不一致，影响数据的可靠接收。为了消除这种负面影响，采用天线匹配盒6，对天线进行网络匹配。根据不同长度的天线，选择相应的天线匹配，提高数据接收的可靠性，从而增强系统的可靠性。

2.关于系统的结构：

根据以上特点和要求，对不同型号多轮汽车的轮胎数量设置进行分析后发现，多轮汽车一般最前端为二个轮胎，而后基本以四个轮胎为一组进行增加，或者是增加2轮的拖车。结合多轮TPMS系统的可扩展性和准确定位要求，采用码插件盒5和可插拔的码模块。

系统设计可同时监测二十四个轮胎，码插件盒有24个码模块插槽，共6排，每排4个，对应不同部位的轮胎。每个插槽都有唯一固定的物理地址，保证了轮胎数据的正确定位。

码模块3插槽位置和轮胎位置一一对应，将含有发射机相同ID的码模块3插入后，主控器通过定位的码模块3插槽读出码模块3里的ID码，并将该ID码保存至对应轮胎数据寄存器区域，建立轮胎对应定位关系。

每排四个码模块3插槽可以插接四个码模块3，对应于一排四个轮胎发射机的ID。当系统增加轮胎时，无需更换主控器，只需将轮胎的码模块3插入码插件盒5上的轮胎对位位置的插槽内即可。系统扩展完毕后，需将系统重启或复位，系统自动识别已扩展的ID，并进行相应轮胎数据的监测。

3.关于系统的IIC总线读码技术：

由于多轮汽车轮胎众多，每个轮胎都对应一个ID码，如果采用键盘扫描的方式进行读码，轮胎越多占用的I/O口就越多，而且连接线也越多，扩展起来很不方便，因此考虑采用串行总线技术读码。IIC总线技术是目前比较简单、方便、成熟且可进行软件模拟的一种总线技术，只需要两根线就可以挂靠八个EEPROM存储器。因此，如果将ID码固化至EEPROM里，根据MCU的I/O数量进行软件模拟IIC总线，理论上就可以实现几十甚至上百个ID码的识别。考虑到现实应用问题(连接线数量，软件资源耗费等)，采用三个IIC总线(MCU硬件自带或者软件模拟)，优化资源可实现识别二十四个ID码，基本能满足现在市场需求。这样，车主可根据车型决定发射机的数量，可扩展性强。

由于码插件盒5上的插槽固定了和轮胎的一一对应关系，因此码模块3实际上就是一块EEPROM芯片，硬件统一，只需软件烧写设置ID码，生产简单、方便、可维护性强。ID码出厂前固化在EEPROM里面，出厂后不可写。

4.关于系统的工作机理：

在每次开机、复位或者读码时，主控器会依次扫描读取码插件盒5上各个码模块3里固化的ID码，然后将其保存至主控器里对应的存储器中，形成ID码与轮胎对应定位关系。此后，系统进入监控程序，等待发射机的信息。发射机发射来的对应信息后，主控器读取其中的ID码后，和主控器中保存的ID码进行比较，由此判断是哪一个轮胎中的发射机发出的信号，并将压力和温度信息保存在相应区域。如果ID不对应，则丢弃该信息。如果发送出来的数据正确有效，但超过了正常范围值，系统立即报警。

多轮汽车轮胎数量不定，因此不能将每个轮胎数据的显示区域固定。因此，系统设计了两个按钮和六个指示灯，位于主控器上。两个按钮中一个用以选择显示哪组轮胎的温度压力信息；一个用以选择显示压力、温度或者ID界面。指示灯用来指示当前显示的是哪组轮胎的数据，当显示一组数据、ID码或者报警时，对应的指示灯亮。

出现报警时，报警轮胎ID对应的指示灯亮，同时，显示屏上显示该组轮胎的数据及报警图标。驾驶员可以方便地根据显示的信息快速判断出现问题的轮胎位置，及时地对其进行处理，确保汽车行驶安全。若几组不同位置轮胎报警，则对应的指示灯同时亮，报警数据轮流显示。

5.关于系统的实例：

例如：原来有6个轮胎，即有了图1中的B中的前三排，第一排插了两个，第二、三排均插满四个。此时如果增加了一个二轮拖车(对应有两个发射机9和码模块3)，扩展时，只需将两个码模块3插入B上第一排的两个空插槽位置，注意码模块3和轮胎的对应。如果增加了一个四轮拖车(对应有四个发射机9和码模块3)，扩展时将四个码模块3按照轮胎位置的顺序对应插到B上第四排的插槽内。之后，将系统重启或复位即可正常使用了。

用户在购买时，根据自己车型轮胎数量，选择合适的发射机数量。使用时，将发射机对应的码模块按照轮胎位置插入码插件盒上的插槽中。如需轮胎换位，只需相应的将对应的码模块换位便可，而不需要拆胎更换发射机。若某一发射机损坏，用户只需到市场上购买一只发射机，因为发射机中随附对应码模块，只须将损坏发射机及其码模块换下，换上新发射机及其码模块即可。当下一次开机后，主控器重新读取ID码，确定轮胎对应定位关系信息，保证信息显示正确。

Claims (7)

1.一种可扩展的多轮胎TPMS系统，其特征在于，包括发射机、天线、主控器、码插件盒、码模块，所述的主控器开机或复位时，读取所有码模块的ID码，并保存ID码与轮胎身份对应关系信息；所述的发射机中的传感器把胎压和温度的变化通过电子元件感应转换成相应变化的电气参数，然后由发射机的MCU处理为数字编码信号，加上该模块的识别ID编码，由发射机调制到载频上发射出去；无线电信号由天线接收到后，经过主控器里的接收部分解调后得到原始数据，通过SPI总线传送给主控器CPU，CPU判断信息的有效性，若有效，则对照轮胎身份对应关系保存数据至相应区域，并根据用户的需要将数据显示在对应数据区。

2.根据权利要求1所述的一种可扩展的多轮胎TPMS系统，其特征在于，所述的系统可以采用天线匹配盒对天线进行网络匹配，根据不同长度的天线，选择相应的天线匹配。

3.根据权利要求1所述的一种可扩展的多轮胎TPMS系统，其特征在于，所述的主控器设有两个按钮、六个指示灯、一个对外接线端，按钮控制显示对应码插件盒上的码模块对应的轮胎数据值，并且对应指示灯亮。

4.根据权利要求1或3所述的一种可扩展的多轮胎TPMS系统，其特征在于，所述的码插件盒设有六排共二十四个码插件插槽、对外接线端，并通过对外接线端与主控器的对外接线端相连接。

5.根据权利要求4所述的一种可扩展的多轮胎TPMS系统，其特征在于，所述的每排四个码插件插槽可以插接四个码模块，对应于一排四个轮胎发射机的ID，当系统增加轮胎时，无需更换主控器，只需将轮胎的码模块插入码插件盒上的轮胎对位位置的插槽内即可，系统扩展完毕后，需将系统重启或复位，系统自动识别已扩展的ID，并进行相应轮胎数据的监测。

6.根据权利要求1所述的一种可扩展的多轮胎TPMS系统，其特征在于，所述的码模块可以采用EEPROM存储器，并通过IIC总线技术进行ID码读取，以识别和定位发射机的身份。

7.根据权利要求6所述的一种可扩展的多轮胎TPMS系统，其特征在于，所述的每个IIC总线可挂靠八个EEPROM存储器，只要有足够的IIC总线，可以实现识别无数个发射机的ID身份，如采用三个IIC总线，可实现识别二十四个ID码。

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