CN101985268B - 一种汽车轮胎压力和温度无线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车轮胎压力和温度无线监测系统，系统包括发送端、接收端和中继端；该系统通过发送端的传感器模块实时的监测轮胎的压力、温度和电源的电压，通过无线的方式将这些信息发送到接收端，接收端将发送过来的数据显示在显示装置上，如果所发送的数据异常，系统就会报警，提醒驾驶员采取相应的措施；该系统还可以将接收到的数据通过远程发送模块传到远端的控制中心，便于控制中心对汽车的统一调度和管理，该系统还带有中继端，提高了数据的传输距离。该发明的有益效果是：能够有效的监控矿用汽车等大型车辆轮胎内的温度和压力情况，使驾驶员及时掌控轮胎的安全信息，尽量避免由于轮胎压力和温度异常所造成的人员和财产损失。

Description

一种汽车轮胎压力和温度无线监测系统

技术领域

本发明涉及一种监测系统，主要是抗电磁干扰的无线监测系统，特别是矿用汽车和大型货运汽车轮胎压力和温度无线监测系统。

背景技术

轮胎气压是影响汽车行驶性能和安全性能的重要指标，轮胎气压太高，会加快轮胎的磨损，容易造成胎冠部位爆裂，同时因与地面摩擦力减小，还会影响制动性能；轮胎气压过低或漏气，与地面的摩擦力成倍增加，也会加速轮胎的磨损，同时增加油耗；由于轮胎胎侧是轮胎的薄弱部位，气压过低时，会不断受到挤压和拉伸，易造成疲劳失效，发生爆胎。所以对轮胎气压进行实时监控是保证轮胎安全的重要手段。

目前，轮胎压力监测系统(TPMS，Tire Pressure Monitor System)主要分为两种类型：一种为间接式(Wheel-Speed Based TPMS，简称WSB)，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，以达到监测胎压的目的。该类型系统造价相对较低，已经装备了ABS(每个轮胎装备1个轮速传感器)的汽车只需对软件进行升级，主要缺点是无法对两个以上轮胎同时缺气的状况以及全速行驶时进行判断，无法判定故障轮胎的具体位置，不能实时反映轮胎压力；另一种是直接式(Pressure-Sensor Based TPMS，简称PSB)，这种系统是通过在每一个轮胎上安装高灵敏度的传感器，在行车或静止的状态下实时监视轮胎的压力、温度等数据，并通过无线方式发射到接收器，在显示器上显示各种数据变化。当轮胎气压太低或漏气时，系统会自动报警。随时测定每个轮胎内部的实际瞬压，容易确定故障轮胎，从功能和性能上均优于间接式TPMS，是现今普遍采用的技术方式。

矿用汽车是用于冶金矿山、露天煤矿、水利电力建设工地等场所运送散装物料的设备，具有质量大、体积大、载重量大等特点。由于矿用汽车的轮胎非常巨大，如不及时掌握其内部的气压和温度信息，会造成设备损坏和人员伤亡，给国家和企业带来不可弥补的损失，因此矿用汽车的胎压监测就显得非常重要。现有检测胎压获得的信号通常是采用无线的方式进行传输，由于矿用汽车通常采用电机驱动，并且功率巨大，在其周围存在着非常强的电磁场，此时胎压信号的传输就要特别处理。另外，矿车轮胎压力是普通汽车的几倍或十几倍，需要传感器具有较高的防护等级，如何对传感器进行包装处理也是问题。

现有的直接式轮胎压力监测系统在用于矿用汽车或者其他大型货运汽车时也存在着明显的不足，主要有以下几个方面：

1)现有轮胎压力监测系统测压范围比较低，无法直接用于矿用汽车或者其他大型货运汽车的胎压监测。

2)现有轮胎压力监测系统安装方式采用靠近气门处安装，所测的温度不能准确反映汽车轮胎内部的真实温度，并且安装方式复杂，成本高。

3)现有轮胎压力监测系统主要采用单车模式，没有和其他车辆一起组成网络，缺乏统一管理。

4)现有轮胎压力监测系统在车轮由电动轮驱动，电磁干扰大的环境中，信号传输稳定性差，误码率高，传输距离近，无法对汽车轮胎内的压力和温度进行有效的监测。

综上所述，由于现有的轮胎压力监测系统存在着诸多不足，因此需要一种适用于矿用汽车或者其他大型货运汽车的胎压监测系统，使其能准确的监测矿用汽车或者其他大型货运汽车的轮胎压力和温度，并能够保证无线信号的稳定传输；此外，还需对众多矿用汽车或者其他大型货运汽车进行统一管理，使之更能安全可靠的在复杂和恶劣的工作环境中发挥更大的作用。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述不足，而提供一种汽车轮胎压力和温度无线监测系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：汽车轮胎压力和温度无线监测系统包括发送端、接收端和中继端；其中发送端包括传感器、射频发送模块、控制器、天线和电源模块；中继端包括天线、射频接收模块、信号放大模块、控制器、射频发送模块和电源模块；接收端包括天线、射频接收模块、信号放大模块、控制器、显示装置、报警装置和电源模块；其特征在于：用定制补胎胶片将发送端固定安装在轮胎内部，发送端位于定制补胎胶片与轮胎内壁或轮圈之间，其中所述定制补胎胶片与轮胎内壁或轮圈之间通过补胎专用胶水粘接固定；所述定制补胎胶片与普通补胎胶片相比，面积更大，厚度更厚，而且定制补胎胶片具有供传感器与轮胎内气体接触的气孔。

其中，系统中的接收端通过远程发送模块与控制中心联络，将工作现场的众多汽车组成网络，接受控制中心的统一管理，如果驾驶员疏忽或接收端显示装置异常(低温下显示屏易花屏)，驾驶员未在规定的时间内处理报警，此报警信号可在控制中心，以电脑显示屏全屏红色闪烁和声音报警提示有故障车辆，并提供车辆序号。

其中，接收端的远程发送模块与控制中心的通信采用GPRS、HSCSD、WAP、EDGE、Bluetooth、EPOC、TD-SCDMA、WCDMA、CDMA、CDMA2000、CDMA-EVDO、LTE或WIMAX的方式。

其中，所述传感器包括温度传感器、压力传感器和电压传感器。

其中，发送端和中继端之间、接收端和中继端之间以及发送端和接收端之间的无线通信频率是315MHz、433MHz、868MHz、915MHz或2.4GHz频段。

其中，中继端安装在接收端和发送端传输的路线之间，并且中继端可以安装一个或多个。

其中，发送端的传感器，采用高精度集成传感器。

其中，系统中各部分的控制器采用通用小封装的微型处理器。

其中，系统中各部分的控制器采用51系列、MSP430系列、AVR系列或Freescale系列的8位或16位处理器。

其中，系统中的射频采用小封装集成芯片。

其中，系统中发送端的天线采用微型天线，其他部分的天线采用小型天线或微型天线。

其中，系统中接收端的显示装置采用能够同时显示全部轮胎内压力、温度和各发送端模块供电电压的LCD或LED。

其中，系统中的报警装置包括声音警报和灯光警报。

其中，所述的声音警报采用喇叭，所述的灯光警报采用具有警示色和闪烁功能的灯泡或LED。

其中，系统中的发送端的器件采用抗高气压处理。

其中，一个轮胎安装一个或多个发送端，一个汽车安装一个接收端，一个汽车安装一个或多个中继端，一辆汽车为一个小的无线传感器网络，系统中各个模块通信引入无线传感器网络通信机制，具有抗干扰能力强，零数据丢失等优点。

其中，接收端和中继端之间还可以通过信号线连接。

上述汽车轮胎压力和温度监测系统可以用于矿用汽车和大型货运汽车。

本发明的特征及优点在于该系统能够监测巨大型车辆轮胎的温度和压力，能够满足一些特殊用途车辆轮胎的温度和压力的需求。

本发明的另一特征和优点在于该系统引入了中继端，使无线传输距离更远，传输信号稳定，抗干扰能力强，误码率低，能够满足一些车身特别长的汽车轮胎的温度和压力的监测。

本发明的再一特征和优点在于该系统的接收端安装在轮胎的内部，与轮胎内的气体充分接触，更能准确的反映轮胎的实际温度和压力信息，并且安装简单方便，可靠性高。

本发明的又一特征和优点在于该系统带有远程发送模块，将每个汽车的轮胎信息能够及时的发送到控制中心，控制中心可以对现场工作的汽车进行组网，通过及时了解网内众多汽车的工作情况，统一管理，使矿用汽车能够在复杂、恶劣的工作环境中高效、有序的工作。

附图说明

图1是本发明的总体安装示意图；

图2是本发明的网络控制图；

图3是本发明的接收端安装图；

图4是本发明的系统工作图；

图5是本发明的发送端原理图；

图6是本发明的中继端原理图；

图7是本发明的接收端原理图；

图8是本发明的发送端工作流程图；

图9是本发明的接收端工作流程图。

具体实施方式

本发明所述的汽车轮胎压力和温度无线监测系统如附图所示，主要包括发送端1、接收端2和中继端3。其中发送端1包括温度传感器、压力传感器、电压传感器、控制器、射频发送模块、天线和电源模块；接收端2包括2根天线、射频接收模块、信号放大模块、控制器、显示装置、报警模块、远程发送模块和电源模块；中继端3包括2根天线、射频接收模块、信号放大模块、控制器、射频发送模块和电源模块。

如图1和图4所示，本发明所述的汽车轮胎压力和温度无线监测系统包括发送端1、接收端2和中继端3。其中发送端1安装在汽车的轮胎内，用于实时监测轮胎内部的气压、温度和发送端电池的电量，并将采集的信号采用无线的方式准确的发送给中继端3和接收端2；接收端2安装在驾驶室内，实时等待接收发送端1发送的数据，如果有数据传来，将接收到的数据通过显示装置显示出来，驾驶员能够通过显示装置及时了解轮胎的状态，如果传来的汽车轮胎的数据超出了预先设定的限制，控制器便会启功报警模块报警，驾驶员能够及时采取相应措施，保证汽车的驾驶安全。

如图5所示，本发明所述的发送端1包括温度传感器、压力传感器、电压传感器、控制器、射频发送模块、天线和电源模块。温度传感器、压力传感器和电压传感器为检测部分，其作用主要是实时检测轮胎内的温度、压力和电源模块的电压等信息，并将检测结果传到控制器中；控制器是进行数据处理和控制的核心，它控制着射频部分的启动和信号发送；射频部分是无线发射部分，它的作用是将控制器传来的数据通过无线的方式发送出去。

如图8所示，本发明所述的发送端1的工作流程为：控制器启动以后，进行初始化，设定射频的发射周期，一个周期内射频部分发送一次数据，如果轮胎中有参数超过了设定的限制立即发送数据，发送完后立即重新计数，开始一个新的周期；射频发送的数据为轮胎在该检测周期内的数据信息，如果数据超出设定的限制，则发送超限的数据，发送数据的内容包括汽车编号、轮胎编号、轮胎温度、压力、电源的电压等信息。

如图3所示，本发明所述的发送端1的安装方式是将发送端安装在轮胎5的内部，此种方式将检测装置直接与轮胎5的气体接触，更能准确的反映轮胎的实际情况，所测的信息准确而且及时；发送端1的安装方式具体是：用定制补胎胶片4将发送端固定安装在轮胎内部，发送端1位于定制补胎胶片4与轮胎内壁或轮圈之间，其中所述定制补胎胶片4与轮胎内壁或轮圈之间通过补胎专用胶水粘接固定；所述定制补胎胶片4与普通补胎胶片相比，面积更大，厚度更厚，而且具有供传感器与轮胎内气体接触的气孔。采用补胎胶片4安装的优点是方便安装、成本低廉。发送端1采用的器件要采用能承受较大压力的器件，关键器件要采用抵抗大的压力的封装；安装完发送端1的轮胎5要做一下动平衡。

如图6所示，本发明所述的中继端3包括射频接收模块、信号放大模块、控制器、射频发送模块和电源模块。中继端3的作用是防止由于车身太长，导致的通信距离过大，发送端1和接收端2之间通信信号不好，而增加了一个中间的信号放大和中转环节；其工作流程为：射频接收模块接收发送端1发来的信号，通过信号放大装置将信号放大后送到控制器中，控制器将接收到的数据原样的通过射频模块发送出去；如果信号太弱可以再增加几个中继端3，使其最终能将信号准确，稳定的传到接收端2。

如图7所示，本发明所述的接收端2包括2根天线、射频接收模块、控制器、显示装置、报警模块、远程发送模块和电源模块。射频接收模块收到发送端1的数据后，将数据送到控制器中，控制器的作用是数据处理，除此之外还对显示装置、报警模块和远端发送模块的进行控制；显示装置是人机界面窗口，可以采用LCD、LED等显示工具；报警装置是在轮胎异常时提醒驾驶员要采取相应的措施，报警装置可以采用声音报警、警示灯报警等；远程发送模块是本发明的特色之一，它能够将分散的单个汽车的信息统一起来发送到控制中心，控制中心及时了解该网络内的汽车的安全情况，进行统一管理，该远端发送模块数据传输方式采用GPRS以及新一代的无线通信方式，确保了数据的稳定性可靠性，并大大拓展了数据的传输距离。

如图9所示，本发明所述的接收端2的工作流程为：控制器启动以后，进行初始化，开启射频接收模块，随时等待接收发送端发来的信息，当有信号进来时，射频接收模块就把接收到的数据送到控制器中，控制器把接收到的数据进行处理，先判断是否有数据超限，如果有数据超限立即报警；然后将信息数据送到显示装置上显示出来，显示装置上显示的信息包括轮胎编号、轮胎气压、轮胎内部温度、发送端电源电压；控制器同时将接收到的数据送到远程发送端，远程发送模块将接收到的数据进行处理，通过GPRS等无线通信方式将数据传到远端的控制中心，GPRS传输的数据内容包括汽车编号、汽车各个轮胎的编号和胎内信息等，远程发送端也采用定时发送的策略，但当有轮胎的数据超过限制时，立即发送信息给控制中心。

如图2所示，本发明所述的用于汽车的无线胎压监测系统通过接收端2的远程发送模块将数据发送到控制中心去，控制中心可以将众多的汽车统一起来，组成网络，建立安全信息档案，进行统一管理，更好的保证汽车的安全生产。

本发明所述的汽车轮胎压力和温度无线监测系统，接收端1实时监测轮胎的内部信息，定时发送采集信息和汽车轮胎的编号，如有异常不需等待定时周期到来，立即发送；接收端2实时接收发送端1发送的数据并判断是否需要报警，并将数据通过显示装置显示出来，远程发送模块将定期把汽车轮胎的温度和压力信息传到控制中心去，如有异常则无需等待定时周期，立即发送；中继端3是信号的放大和中转环节，其作用加大了接收端2和发送端1之间的通信距离，保证了安装在较大车辆上由于该监测系统通信距离不够而产生的数据丢失的现象，保证了通信的准确性和稳定性；发送端1的电源模块采用大容量小体积的电池，能够满足长时间持续的供电的要求，发送端1整体采用低功耗设计，硬件采用集成度高的控制器和射频器件，减少耗能器件，射频工作频率选择在315MHz，433MHz，868MHz，915MHz和2.4G等频段；发送端1软件上采用低功耗的通讯协议，延长射频的发送周期，采集胎内信息时，尽量关闭其他模块；接收端2供电模块采用大容量的供电电源，安装在驾驶室内比较显著的位置，便于驾驶员及时了解胎内的情况，显示界面能够显示所有轮胎的内部信息，远程发送模块采用GPRS以及新一代无线通信方式，保证了汽车信息能够准确及时的送到远端的控制中心；中继端3安装在发送端1和接收端2之间，起着连接接收端2和发送端1的桥梁作用。

以上所述仅为本发明的优选并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (18)

1.一种汽车轮胎压力和温度无线监测系统，系统包括发送端、接收端和中继端；其中发送端包括传感器、射频发送模块、控制器、天线和电源模块；中继端包括天线、射频接收模块、信号放大模块、控制器、射频发送模块和电源模块；接收端包括天线、射频接收模块、信号放大模块、控制器、显示装置和报警装置、电源模块；其特征在于：用定制补胎胶片将发送端固定安装在轮胎内部，发送端位于定制补胎胶片与轮胎内壁或轮圈之间，其中所述定制补胎胶片与轮胎内壁或轮圈之间通过补胎专用胶水粘接固定；所述定制补胎胶片与普通补胎胶片相比，面积更大，厚度更厚，而且定制补胎胶片具有供传感器与轮胎内气体接触的气孔；系统中的接收端通过远程发送模块与控制中心联络，将工作现场的众多汽车组成网络，接受控制中心的统一管理，如果驾驶员疏忽或接收端显示装置异常，驾驶员未在规定的时间内处理报警，此报警信号可在控制中心，以电脑显示屏全屏红色闪烁和声音报警提示有故障车辆，并提供车辆序号。

2.根据权利要求1所述的汽车轮胎压力和温度无线监测系统，其特征在于：接收端的远程发送模块与控制中心的通信采用GPRS、HSCSD、WAP、EDGE、Bluetooth、EPOC、TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000、LTE或WIMAX的方式。

3.根据权利要求1所述的汽车轮胎压力和温度无线监测系统，其特征在于：所述传感器包括温度传感器、压力传感器和电压传感器。

4.根据权利要求1所述的汽车轮胎压力和温度无线监测系统，其特征在于：发送端和中继端之间、接收端和中继端之间以及发送端和接收端之间的无线通信频率是315MHz、433MHz、868MHz、915MHz或2.4GHz频段。

5.根据权利要求1所述的汽车轮胎压力和温度无线监测系统，其特征在于：中继端安装在接收端和发送端传输的路线之间，并且中继端可以安装一个或多个。

6.根据权利要求1所述的汽车轮胎压力和温度无线监测系统，其特征在于：发送端的传感器，采用高精度集成传感器。

7.根据权利要求1所述的汽车轮胎压力和温度无线监测系统，其特征在于：系统中各部分的控制器采用通用小封装的微型处理器。

8.根据权利要求7所述的汽车轮胎压力和温度无线监测系统，其特征在于：系统中各部分的控制器采用51系列MSP430系列、AVR系列或Freescale系列的8位或16位处理器。

9.根据权利要求1所述的汽车轮胎压力和温度无线监测系统，其特征在于：系统中的射频采用小封装集成芯片。

10.根据权利要求1所述的汽车轮胎压力和温度无线监测系统，其特征在于：系统中发送端的天线采用微型天线，其他部分的天线采用小型天线或微型天线。

11.根据权利要求1所述的汽车轮胎压力和温度无线监测系统，其特征在于：系统中接收端的显示装置采用能够同时显示全部轮胎内压力、温度和各发送端模块供电电压的LCD或LED。

12.根据权利要求1所述的汽车轮胎压力和温度无线监测系统，其特征在于：系统中的报警装置包括声音警报和灯光警报。

13.根据权利要求12所述的汽车轮胎压力和温度无线监测系统，其特征在于：所述的声音警报采用喇叭，所述的灯光警报采用具有警示色和闪烁功能的灯泡或LED。

14.根据权利要求1所述的汽车轮胎压力和温度无线监测系统，其特征在于：系统中的发送端的器件采用抗高气压处理。

15.根据权利要求1所述的汽车轮胎压力和温度无线监测系统，其特征在于：一个轮胎安装一个或多个发送端，一个汽车安装一个接收端，一个汽车安装一个或多个中继端，一辆汽车为一个小的无线传感器网络。

16.根据权利要求1所述的汽车轮胎压力和温度无线监测系统，其特征在于：接收端和中继端之间通过信号线连接。

17.一种矿用汽车，其特征在于：其具有如权利要求1-16之一所述的汽车轮胎压力和温度无线监测系统。

18.一种大型货运汽车，其特征在于：其具有如权利要求1-16之一所述的汽车轮胎压力和温度无线监测系统。

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