CN104786759A - 汽车轮胎压力监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了汽车轮胎压力监测系统，所述系统包括：轮胎模块和监视器模块，其中，所述轮胎模块包括：传感器芯片、第一嵌入式微处理器、高频发送模块，所述传感器芯片采集到压力信息，将压力信息传递给所述第一嵌入式微处理器进行处理，所述高频发送模块将处理后的信息传递给监视器模块；所述监视器模块：高频接收模块、第二嵌入式微处理器、液晶显示器、键盘，所述高频接收模块从所述高频发送模块接收到信息，并将接收到的信息传递给所述第二嵌入式微处理器进行处理，所述液晶显示器将处理后的信息进行显示，实现了汽车轮胎压力监测系统功耗低、可靠性高、稳定性好、成本低的技术效果。

Description

汽车轮胎压力监测系统

技术领域

本发明涉及汽车轮胎设计研究领域，尤其涉及一种汽车轮胎压力监测系统。

背景技术

车轮是介于轮胎和和车轴之间所承受负荷的旋转组件，通常由两个主要部件轮辋和轮辐组成（GB/T2933―2009）；轮辋是在车轮上安装和支承轮胎的部件，轮辐是在车轮上介于车轴和轮辋之间的支承部件；车轮除上述部件外，有时还包含轮毂，分类：1.按轮辐的构造：车轮可分为辐板式车轮和辐条式车轮；2.按车轮材质：可分为钢制、铝合金、镁合金等车轮；3.按车轴一端安装一个或两个轮胎：可分为单式车轮和双式车轮。

胎压，严格意义上指的是轮胎内部空气的压强，现在很多车胎充入的不是空气，对于这些车胎，胎压要求比较严格，而充入空气的车胎，和四季变换有关系，并且胎压与车的性能有紧密联系，比如舒适度及运载量，还会影响车胎寿命。

气压是轮胎的命门，过高和过低都会缩短轮胎的使用寿命，气压过低会使胎体变形增大，胎侧容易出现裂口，同时产生屈挠运动，导致过度发热，促使橡胶老化，帘布层疲劳，帘线折断，还会使轮胎接地面积增大，加速胎肩磨损，气压过高，会使轮胎帘线受到过度的伸张变形，胎体弹性下降，使汽车在行驶中受到的负荷增大，如遇冲击会产生内裂和爆破，同时气压过高还会加速胎冠磨损，并使耐轧性能下降。

随着汽车越来越多地进入家庭，汽车行驶的安全问题也成为人们越来越关注的话题，系统由此应运而生，它是继ABS、安全气囊后第 3个重要的汽车安全电子产品，主要用于在汽车行驶过程中对轮胎气压、温度进行实时自动监测，并对出现的异常情况进行实时报警，是驾车者和乘车人员的生命安全保障预警系统。

目前TPMS的实现形式主要有两种：基于车轮转速的，又叫“间接式TPMS”；基于压力传感器的TPMS(Pressure-SensorBased TPMS)，又叫直接式TPMS”，间接式TPMS是通过汽车ABS系统的轮速传感器比较车轮之间的转速差别，来确定轮胎压力的变化，这种方式现在用得不多，直接式TPMS是在每个轮胎内使用压力传感器和温度传感器，然后把采集到的压力和温度信号通过有线或无线的方式传送到汽车驾驶室内的主控制器进行处理，目前大多数TPMS采用无线的方式进行压力和温度数据的传送，现在直接式TPMS用得比较广泛，在这种方式中，轮胎内轮胎模块一旦装上，电池就不断地工作，因此轮胎模块低功耗和车轮高速转动时射频接收灵敏度以及噪声抑制就成为系统设计的关键问题。

综上所述，本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

现有技术中的汽车轮胎压力测试系统存在系统功耗较高、可靠性较低、稳定性较差、成本较高的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种汽车轮胎压力监测系统，解决了现有技术中的汽车轮胎压力测试系统存在系统功耗较高、可靠性较低、稳定性较差、成本较高的技术问题，实现了汽车轮胎压力监测系统功耗低、可靠性高、稳定性好、成本低的技术效果。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供了汽车轮胎压力监测系统，所述系统包括：

轮胎模块和监视器模块，其中，所述轮胎模块包括：传感器芯片、第一嵌入式微处理器、高频发送模块，所述传感器芯片采集到压力信息，将压力信息传递给所述第一嵌入式微处理器进行处理，所述高频发送模块将处理后的信息传递给监视器模块；所述监视器模块：高频接收模块、第二嵌入式微处理器、液晶显示器、键盘，所述高频接收模块从所述高频发送模块接收到信息，并将接收到的信息传递给所述第二嵌入式微处理器进行处理，所述液晶显示器将处理后的信息进行显示。

其中，所述高频发送模块包括：发射芯片、电池、天线。

其中，所述传感器芯片具体为温度压力传感器芯片。

其中，所述轮胎模块安装在轮胎气门芯上，由 3 V锂电池供电。

其中，所述监视器模块采用汽车蓄电池供电。

其中，所述高频发送模块和所述高频接收模块之间通信信号采用曼彻斯特编码，调制方式为FSK。

其中，所述轮胎模块将数据以数据帧的形式发送给所述监视器模块。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

由于采用了将汽车轮胎压力监测系统设计为包括：轮胎模块和监视器模块，其中，所述轮胎模块包括：传感器芯片、第一嵌入式微处理器、高频发送模块，所述传感器芯片采集到压力信息，将压力信息传递给所述第一嵌入式微处理器进行处理，所述高频发送模块将处理后的信息传递给监视器模块；所述监视器模块：高频接收模块、第二嵌入式微处理器、液晶显示器、键盘，所述高频接收模块从所述高频发送模块接收到信息，并将接收到的信息传递给所述第二嵌入式微处理器进行处理，所述液晶显示器将处理后的信息进行显示的技术方案，所以，有效解决了现有技术中的汽车轮胎压力测试系统存在系统功耗较高、可靠性较低、稳定性较差、成本较高的技术问题，进而实现了汽车轮胎压力监测系统功耗低、可靠性高、稳定性好、成本低的技术效果。

附图说明

图1是本申请实施例一中汽车轮胎压力监测系统的组成示意图；

其中，1-轮胎模块，2-监视器模块，3-传感器芯片，4-第一嵌入式微处理器,5-高频发送模块，6-高频接收模块，7-第二嵌入式微处理器,8-液晶显示器，9-键盘。

具体实施方式

本发明提供了一种汽车轮胎压力监测系统，解决了现有技术中的汽车轮胎压力测试系统存在系统功耗较高、可靠性较低、稳定性较差、成本较高的技术问题，实现了汽车轮胎压力监测系统功耗低、可靠性高、稳定性好、成本低的技术效果。

本申请实施中的技术方案为解决上述技术问题。总体思路如下：

采用了将汽车轮胎压力监测系统设计为包括：轮胎模块和监视器模块，其中，所述轮胎模块包括：传感器芯片、第一嵌入式微处理器、高频发送模块，所述传感器芯片采集到压力信息，将压力信息传递给所述第一嵌入式微处理器进行处理，所述高频发送模块将处理后的信息传递给监视器模块；所述监视器模块：高频接收模块、第二嵌入式微处理器、液晶显示器、键盘，所述高频接收模块从所述高频发送模块接收到信息，并将接收到的信息传递给所述第二嵌入式微处理器进行处理，所述液晶显示器将处理后的信息进行显示的技术方案，所以，有效解决了现有技术中的汽车轮胎压力测试系统存在系统功耗较高、可靠性较低、稳定性较差、成本较高的技术问题，进而实现了汽车轮胎压力监测系统功耗低、可靠性高、稳定性好、成本低的技术效果。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例一：

在实施例一中，提供了汽车轮胎压力监测系统，请参考图1，所述系统包括：

轮胎模块1和监视器模块2，其中，所述轮胎模块1包括：传感器芯片3、第一嵌入式微处理器4、高频发送模块5，所述传感器芯片采集到压力信息，将压力信息传递给所述第一嵌入式微处理器进行处理，所述高频发送模块将处理后的信息传递给监视器模块；所述监视器模2块：高频接收模块6、第二嵌入式微处理器7、液晶显示器8、键盘9，所述高频接收模块从所述高频发送模块接收到信息，并将接收到的信息传递给所述第二嵌入式微处理器进行处理，所述液晶显示器将处理后的信息进行显示。

其中，在本申请实施例中，所述高频发送模块包括：发射芯片、电池、天线。

其中，在本申请实施例中，所述传感器芯片具体为温度压力传感器芯片。

其中，在本申请实施例中，所述轮胎模块安装在轮胎气门芯上，由 3 V锂电池供电。

其中，在本申请实施例中，所述监视器模块采用汽车蓄电池供电。

其中，在本申请实施例中，所述高频发送模块和所述高频接收模块之间通信信号采用曼彻斯特编码，调制方式为FSK。

其中，在本申请实施例中，所述轮胎模块将数据以数据帧的形式发送给所述监视器模块。

其中，在本申请实施例中，总体设计及主要元器件选择：

轮胎压力监测系统(TPMS)的工作是通过射频收发来实现的，由轮胎模块和监视器模块组成。

1．1 轮胎模块

轮胎模块由传感器、微处理器、发射芯片、电池和天线组成，因为此模块要嵌入到轮胎内，所以模块的超小型和节电设计是最关键的问题。

1．1．1 传感器

传感器选择Motorola公司的压力／温度传感器，它是一种表面微机械型电容性微机电系统(MSMS)压力传感器，其特点有：专门的 TPMS气压和温度传感器、CMOS工艺、低功耗、3 V工作电压、带有MCU唤醒功能的集成低频振荡器、8位数字输出；全部功能集成在单一芯片上，降低了功耗，适合条件要求苛刻的电池供电系统；测压范围为一 40℃～+125℃，测温范围为0～637 kPa；它具有4种工作模式，即待机／复位、压力测量、温度测量和数据输出，用户可以通过设置S0和S1引脚选择相应的模式，MPXY8020A在不同的工作模式下，需要的工作电路不同，从而达到降低功耗的目的。

1．1．2 微处理器

微处理器选择，Micro-chip公司的：其主要特点有：

①高性能RISC技术，仅需学习35条指令，这给程序的编写、调试、修改带来极大的便利，便于软件模拟SPI串口及开漏极引脚。

②极低的功耗水平，在1 MHz时钟频率下工作电流约为100μA，而在休眠情况下的典型工作电流仅为1 nA。

③工作温度范围宽，汽车级温度范围为一40℃～125℃。

④彻底的保密性，PIC以保密熔丝来保护代码，用户在烧入代码后熔断熔丝，其他人再也无法读出，除非恢复熔丝，目前，PIC采用熔丝深埋工艺，恢复熔丝的可能性极小。

⑤自带看门狗定时器，为系统提供了恶劣环境下自复位的功能，提高程序运行的可靠性。

1．1．3 发射芯片

发射芯片选择Maxim公司的MAX1479，其特点有：采用微型3 mm×3 mm的16引脚QFN封装，3 V工作电压，汽车级温度范围(一40℃～十125℃)、快速开启振荡器(200μs)、自带锁相环PLL和高效功率放大器，支持ASK、OOK和FSK调制方式，超低功耗(常温下待机电流仅为0．2 nA)，可调节的FSK偏移，可编程的时钟输出。

1．2 监视器模块

监视器模块主要由接收芯片、微处理器、LCD显示器和按键组成。

1．2．1 接收芯片

接收芯片选择Motorola公司的MC33594(Remeo2)，它是一个单片集成射频接收器，其特点有：采用LQFP24封装，快速唤醒(1 ms)，内含660kHz的中频带通滤波器，完整的压控振荡器(VCO)，可消除镜像的混频器，自动对接收到的曼彻斯特编码解码(FSK工作模式)，曼彻斯特编码时钟再生电路，SPI接口，可用于设计433．92 MHz的OOK／FSK接收电路。

1．2．2 微处理器

监视器模块的微处理器选择Motorola公司的48脚MC68HC908GZ16(简称“GZ16”)，它是Freescale公司的一款采用 68HC08架构的8位微控制器，资源齐全，尺寸小，适合监控器模块的功能要求以及汽车的运行环境，其主要资源包括：1个CAN模块、1个SPI模块、1 个ESC I模块、2个双通道16位定时器接口模块、8路10位A／D通道、1个基本时钟模块、37个通用输入输出引脚、8位键盘唤醒端口，该控制器采用 PLL锁相环技术，能够产生最高8MHz的总线频率。

1．2．3 LOD显示器

LCD显示器选择三星公司的点阵式液晶显示器LG192641，它具有如下特点：192×64点阵，可视区范围大(外形尺寸113．0 mm×71．0 mm×9．5 mm，可视区为97．0 mm×48．0 mm)，内置液晶控制驱动器，单5 V供电／双电源供电可选，工作温度范围宽(-20℃～+70℃)，采用LED背光且EL背光可选，强光下显示效果好。

2 硬件电路设计

2．1 轮胎模块电路

模块安装在轮胎气门芯上，由 3 V锂电池供电，射频芯片的晶振频率为13．56 MHz，发射方式为FSK，RF频率为433．92 MHz，使用内部晶振，抗干扰能力强，采用曼彻斯特编码提高数据发射的可靠性，晶振频率的计算公式为

2．2 监视器模块电路

数据管理器支持MC33594与GZ16控制器通信，可以键盘输入轮胎压力的阈值，各个轮胎的压力值与温度值通过液晶显示更加直观，当轮胎充气压力出现异常时，蜂鸣器与发光二极管进行声光报警，由液晶屏上相应的轮胎图像闪烁提示。

3 软件设计

轮胎模块是一个对功耗极其敏感的系统，它采用体积和重量都受限制的电池供电，且电池的更换和轮胎模块的更换都很不方便，所以在进行软件设计时，如何优化轮胎模块的程序算法来降低系统的功耗成为本设计重点需要解决的问题。

监视器模块采用汽车蓄电池供电，功耗不是主要问题，其软件设计的主要任务是实现数据的正确处理、直观显示和异常报警。

3．1 通信协议

为了实现轮胎模块和监视器模块之间的单向无线数据通信，必须制定一组通信双方都遵守的通信协议。

3．1．1 数据载波波形

信号采用曼彻斯特编码，调制方式为FSK，它的“1”和“0”位对应的频率变化。

3．1．2 数据帧格式

轮胎模块将数据以数据帧的形式发送给监视器模块，接收端MC33594规定，当采用FSK调制时，数据帧的组成是：4位前同步(preamble)码、8位ID，又是4位前同步码(MC33594规定在报头前面必须有4位前同步码)、4位报头 (Header)、用户数据和2位结束码(EOM)，其中，前同步码规定为4位连续曼彻斯特编码的“1”或“0”，用来恢复同步时钟；ID和报头的数值是可设定的，由MCU预先写人MC33594的配置寄存器中(本设计预设的ID为十六进制数B8，报头为“0110”)；报头标识用户数据的开始，用户数据紧跟其后，没有任何延迟；EOM由2位非归零编码(NRZ)的连续的“1”或“0”组成，用户数据前面的20位码串是由射频接收芯片规定的，称为“前导码 ”，本设计的前导码为十六进制FB8F6，数据帧发送必须由EOM结束，而不能简单地将射频信号终止，鉴于轮胎的压力和温度值可能长时间处于基本不变的状态，在这种情况下发送温度、压力值的必要性不大，因此本设计采用了长、短帧结合的数据发送方案。

3．2 轮胎模块的程序设计

在轮胎模块主程序设计中，充分利用PIC16F636的低功耗模式中STOP模式是低功耗算法设计的关键，PIC16F636上电复位并进行初始化后进入待机模式(即STOP模式)。

上电复位后，首先设置传感器工作在STANDBY模式下，然后MAX1479进入STOP模式，在此种模式下，OUTPUT引脚每3 s输出一次下降沿，触发PIC16F636的外部中断，从而唤醒PIC16F636，使其脱离STOP状态，进入中断服务程序，在中断服务程序中进行数据采集和发射控制处理，如果采集值是一个新的最大或最小值(处于发送周期内)就存入RAM，否则就把计数器加1再返回停止模式，在连续10次唤醒后 (30 s)，模块把它的状态发送给接收机，模块分析存储的胎压最大值和最小值间的差异，如果这个差值超过了存储在ROM中的最大差值(△max)，模块就进入快速发送模式，每隔800～900 ms发送255个数据帧，MAX1479使用曼彻斯特编码方式来发送射频数据，发射完成之后再重新允许外部中断，让传感器进入STANDBY模式，PIC16F636、MAX1479 同时进入STOP模式，以降低功耗，延长电池的使用寿命，PIC16F636工作在内部晶振模式下，可以增加其抗干扰能力，传感器的RST信号每隔52 min复位1次PIC16F636，以进一步提高系统的工作可靠性。

3．3 监视器模块的程序设计

监视器模块的程序要实现的主要功能是：监视器模块的初始化；对射频接收芯片的控制；对接收到的轮胎状态信息进一步的数据处理(包括数据显示、异常状态报警等)以及人机界面的参数设定，监视器模块主要包括主程序设计、数据接收子程序设计和人机界面程序设计3个部分。

GZ16内部的时基模块(TBM)能够产生周期中断，微处理器对收到的各轮胎模块数据进行确认，在每次TBM中断时验证是否收到轮胎模块发来的数据，如果收到就清除报警标志位，当长时间没有收到某轮胎模块的数据时，数据接收超时标志将置位，从而触发报警程序，提醒驾驶员主机不能正常接收该轮胎模块信息。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

由于采用了将汽车轮胎压力监测系统设计为包括：轮胎模块和监视器模块，其中，所述轮胎模块包括：传感器芯片、第一嵌入式微处理器、高频发送模块，所述传感器芯片采集到压力信息，将压力信息传递给所述第一嵌入式微处理器进行处理，所述高频发送模块将处理后的信息传递给监视器模块；所述监视器模块：高频接收模块、第二嵌入式微处理器、液晶显示器、键盘，所述高频接收模块从所述高频发送模块接收到信息，并将接收到的信息传递给所述第二嵌入式微处理器进行处理，所述液晶显示器将处理后的信息进行显示的技术方案，所以，有效解决了现有技术中的汽车轮胎压力测试系统存在系统功耗较高、可靠性较低、稳定性较差、成本较高的技术问题，进而实现了汽车轮胎压力监测系统功耗低、可靠性高、稳定性好、成本低的技术效果。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

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 (7)

1.汽车轮胎压力监测系统，其特征在于，所述系统包括：

轮胎模块和监视器模块，其中，所述轮胎模块包括：传感器芯片、第一嵌入式微处理器、高频发送模块，所述传感器芯片采集到压力信息，将压力信息传递给所述第一嵌入式微处理器进行处理，所述高频发送模块将处理后的信息传递给监视器模块；所述监视器模块：高频接收模块、第二嵌入式微处理器、液晶显示器、键盘，所述高频接收模块从所述高频发送模块接收到信息，并将接收到的信息传递给所述第二嵌入式微处理器进行处理，所述液晶显示器将处理后的信息进行显示。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述高频发送模块包括：发射芯片、电池、天线。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传感器芯片具体为温度压力传感器芯片。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述轮胎模块安装在轮胎气门芯上，由 3 V锂电池供电。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述监视器模块采用汽车蓄电池供电。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述高频发送模块和所述高频接收模块之间通信信号采用曼彻斯特编码，调制方式为FSK。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述轮胎模块将数据以数据帧的形式发送给所述监视器模块。