CN104842720B - 机动车轮胎状态通讯检测平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机动车轮胎状态通讯检测平台，包括四个轮胎数据采集仪和仪表盘控制器，所述四个轮胎数据采集仪分别设置在所述机动车的四个轮胎里侧面对的车体壁面上，每一个轮胎数据采集仪采集对应轮胎的状态信息，所述仪表盘控制器与所述四个轮胎数据采集仪分别连接，基于接收到的四个轮胎的状态信息，确定是否发出轮胎报警信号。通过本发明，能够对轮胎的各个参数进行精确检测，提高轮胎报警的准确性，保证机动车的安全行驶。

Description

机动车轮胎状态通讯检测平台

技术领域

本发明涉及通讯检测领域，尤其涉及一种机动车轮胎状态通讯检测平台。

背景技术

机动车的出现方便了人们的出行，提供了人们生活的节奏和工作的效率，然而也带来了一些弊端，每年交通事故的死亡率已经与死于某些常见的健康问题的概率相当，如心脏病，这个数字是非常可观的，如何提高机动车的安全性，从客观上减少交通事故发生的数量，从而增加机动车市场占有率，是每一家机动车制造商都面临的重要课题。

现有技术中，存在一些机动车辅助驾驶机制，在机动车开动时，自动对机动车当前各种参数进行监控，以方便驾驶者及时了解机动车的当前状态，例如监控机动车周围障碍物的距离，监控机动车的加速度等。然而，由于轮胎是机动车与路面直接接触的唯一关键部件，现有技术中对机动车轮胎监控的方式仅仅限于胎压检测，即在机动车行驶过程中对轮胎气压进行实时自动监测，并对轮胎漏气和低气压进行报警，以确保行车安全，但这种检测方式仅基于单项参数的检测，可靠性不高，且仅限于胎压检测，无法检测轮胎胎体是否偏离位置。

因此，需要一种新的机动车轮胎状态通讯检测平台，能够根据采取多项物理量同时检测的方式，综合对机动车轮胎状态进行判断，精确分析轮胎是否胎压不足以及是否偏移位置，从而有效避免交通事故的发生。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种机动车轮胎状态通讯检测平台，采用高度测量仪检测四个轮胎所在车轴位置距离地面的实时高度，采用图像检测装置检测四个轮胎的图像状态信息，基于每一个轮胎的实时高度和图像状态信息综合判断轮胎是否出现故障。

根据本发明的一方面，提供了一种机动车轮胎状态通讯检测平台，所述检测平台包括四个轮胎数据采集仪和仪表盘控制器，所述四个轮胎数据采集仪分别设置在所述机动车的四个轮胎里侧面对的车体壁面上，每一个轮胎数据采集仪采集对应轮胎的状态信息，所述仪表盘控制器与所述四个轮胎数据采集仪分别连接，基于接收到的四个轮胎的状态信息，确定是否发出轮胎报警信号。

更具体地，在所述机动车轮胎状态通讯检测平台中，还包括：四个高度测量仪，分别位于机动车四个轮胎所在车轴位置，用于分别检测四个轮胎所在车轴位置距离地面的实时高度；用户输入器件，用于根据用户的输入，设定光线强度阈值、高度阈值、比例阈值、轮胎上限灰度阈值和轮胎下限灰度阈值，所述轮胎上限灰度阈值和轮胎下限灰度阈值用于将图像中的轮胎胎体与背景分离，所述轮胎上限灰度阈值和所述轮胎下限灰度阈值的取值都在0-255之间，所述轮胎上限灰度阈值大于所述轮胎下限灰度阈值；供电电源，包括太阳能供电器件、蓄电池、切换开关和电压转换器，所述切换开关与所述太阳能供电器件和所述蓄电池分别连接，根据蓄电池剩余电量决定是否切换到所述太阳能供电器件以由所述太阳能供电器件供电，所述电压转换器与所述切换开关连接，以将通过切换开关输入的5V电压转换为3.3V电压；SDRAM，位于机动车仪表盘内，与所述用户输入器件连接，用于接收并存储所述光线强度阈值、所述高度阈值、所述比例阈值、所述轮胎上限灰度阈值和所述轮胎下限灰度阈值；无线收发器，设置在机动车车体上，与所述仪表盘控制器连接，用于将每一个轮胎对应的轮胎厚度和实时高度无线发送给机动车所在单位的内部网络上；液晶显示屏，位于机动车仪表盘上，与所述仪表盘控制器连接，用于实时显示每一个轮胎对应的轮胎厚度和实时高度；每一个轮胎数据采集仪与所述SDRAM连接，包括CMOS图像传感器、图像识别器、镜头、LED阵列光源、自动除尘器和亮度传感器，所述自动除尘器用于对所述镜头自动除尘，所述镜头设置在所述CMOS图像传感器的前端，所述亮度传感器用于检测环境光线强度，所述LED阵列光源与所述SDRAM和所述亮度传感器分别连接，在接收到的环境光线强度小于等于所述光线强度阈值时，为所述CMOS图像传感器的拍摄提供辅助光源，所述CMOS图像传感器以2048×1536的分辨率对轮胎进行拍摄，以获得轮胎图像，所述图像识别器与所述CMOS图像传感器和所述SDRAM分别连接，包括图像预处理单元、胎体检测单元和控制运算单元，所述图像预处理单元与所述CMOS图像传感器连接，用于对所述轮胎图像依次执行对比度增强、中值滤波和灰度化处理，以获得灰度化轮胎图像，所述胎体检测单元与所述图像预处理单元和所述SDRAM分别连接，将所述灰度化轮胎图像中灰度值在所述轮胎上限灰度阈值和所述轮胎下限灰度阈值之间的所有像素组成轮胎胎体图案，所述控制运算单元与所述胎体检测单元连接，将所述轮胎胎体图案中轮胎胎体正下部厚度除以轮胎胎体正上部厚度所获得的比例值作为轮胎厚度比例输出；所述仪表盘控制器与所述四个轮胎数据采集仪、所述四个高度测量仪和所述SDRAM分别连接，对于每一个机动车轮胎，当对应的轮胎数据采集仪输出的轮胎厚度比例小于等于所述比例阈值且对应的高度测量仪输出的实时高度小于等于所述高度阈值时，发出胎压不足报警信号，当对应的轮胎数据采集仪输出的轮胎厚度比例小于等于所述比例阈值或对应的高度测量仪输出的实时高度小于等于所述高度阈值时，发出轮胎位置异常信号，当对应的轮胎数据采集仪输出的轮胎厚度比例大于所述比例阈值且对应的高度测量仪输出的实时高度大于所述高度阈值时，发出轮胎位置正常信号；其中，所述图像预处理单元、所述胎体检测单元和所述控制运算单元分别采用不同的FPGA芯片实现，所述图像预处理单元、所述胎体检测单元和所述控制运算单元所采用的FPGA芯片的选型都为Xilinx公司的Artix-7系列，所述仪表盘控制器采用TI公司的TMS320DM642芯片来实现；所述图像预处理单元还包括对比度增强处理子单元、中值滤波子单元和灰度化处理子单元，所述中值滤波子单元采用3×3的像素滤波窗口执行中值滤波。

更具体地，在所述机动车轮胎状态通讯检测平台中：所述无线收发器还用于将所述胎压不足报警信号、所述轮胎位置异常信号或所述轮胎位置正常信号无线发送给机动车所在单位的内部网络上。

更具体地，在所述机动车轮胎状态通讯检测平台中：所述液晶显示屏还用于实时显示所述胎压不足报警信号、所述轮胎位置异常信号或所述轮胎位置正常信号。

更具体地，在所述机动车轮胎状态通讯检测平台中，还包括：双声道扬声器，位于机动车仪表盘上，与所述仪表盘控制器连接，用于实时播放与所述胎压不足报警信号或所述轮胎位置异常信号对应的语音文件。

更具体地，在所述机动车轮胎状态通讯检测平台中：每一个轮胎数据采集仪还包括滤光片，位于所述镜头内。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的机动车轮胎状态通讯检测平台的结构方框图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的机动车轮胎状态通讯检测平台的实施方案进行详细说明。

在过去的十年里，由于机动车性能大为改善，如安全带、安全气囊、电子稳定控制系统等，各个国家的驾驶安全情况也变得越来越好了。但是机动车事故的发生和死亡人数却没有下降。

密歇根大学发起了一项针对交通运输的新研究，对比了全球车祸死亡事故与世界卫生组织最新的疾病死亡数据。在世界各地，惨烈车祸中的死亡率为1/6，这个概率与死于某些常见的健康问题的概率相当，如心脏病。在交通事故致死方面，最致命的国家是纳米比亚，最安全的国家是马尔代夫。世界平均值为每十万人中有18人死于交通事故，美国在平均值以下，只有14人，而澳大利亚是7人，英国则为5人。

为了提高机动车的行驶安全性，各个国家的机动车制造商纷纷为机动车定制了各种辅助驾驶系统，以对机动车的各个部件进行监控。然而，尽管轮胎是机动车与地面唯一接触的部件，与机动车行驶安全性关系最大，但现有技术中对轮胎的监控偏少，只局限于简单的胎压检测，检测精度不高且缺乏对轮胎胎体偏移的有效检测机制，导致机动车驾驶人无法及时了解轮胎的当前状态，容易出现安全隐患。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种机动车轮胎状态通讯检测平台，以电子控制方式同时兼顾了对胎压的检测和对轮胎胎体偏移的检测，同时结合多种物理量的检测结果，提高了轮胎状态检测的精度，保证机动车的安全行驶。

图1为根据本发明实施方案示出的机动车轮胎状态通讯检测平台的结构方框图，所述检测平台包括四个轮胎数据采集仪和仪表盘控制器5，所述四个轮胎数据采集仪分别为左前轮胎数据采集仪1、右前轮胎数据采集仪2、左后轮胎数据采集仪3和右后轮胎数据采集仪4，所述四个轮胎数据采集仪分别设置在所述机动车的四个轮胎里侧面对的车体壁面上，每一个轮胎数据采集仪采集对应轮胎的状态信息。

其中，仪表盘控制器5与左前轮胎数据采集仪1、右前轮胎数据采集仪2、左后轮胎数据采集仪3和右后轮胎数据采集仪4分别连接，基于接收到的四个轮胎的状态信息，确定是否发出轮胎报警信号。

接着，继续对本发明的机动车轮胎状态通讯检测平台的具体结构进行进一步的说明。

所述检测平台还包括：四个高度测量仪，分别位于机动车四个轮胎所在车轴位置，用于分别检测四个轮胎所在车轴位置距离地面的实时高度。

所述检测平台还包括：用户输入器件，用于根据用户的输入，设定光线强度阈值、高度阈值、比例阈值、轮胎上限灰度阈值和轮胎下限灰度阈值，所述轮胎上限灰度阈值和轮胎下限灰度阈值用于将图像中的轮胎胎体与背景分离，所述轮胎上限灰度阈值和所述轮胎下限灰度阈值的取值都在0-255之间，所述轮胎上限灰度阈值大于所述轮胎下限灰度阈值。

所述检测平台还包括：供电电源，包括太阳能供电器件、蓄电池、切换开关和电压转换器，所述切换开关与所述太阳能供电器件和所述蓄电池分别连接，根据蓄电池剩余电量决定是否切换到所述太阳能供电器件以由所述太阳能供电器件供电，所述电压转换器与所述切换开关连接，以将通过切换开关输入的5V电压转换为3.3V电压。

所述检测平台还包括：SDRAM，位于机动车仪表盘内，与所述用户输入器件连接，用于接收并存储所述光线强度阈值、所述高度阈值、所述比例阈值、所述轮胎上限灰度阈值和所述轮胎下限灰度阈值。

所述检测平台还包括：无线收发器，设置在机动车车体上，与所述仪表盘控制器5连接，用于将每一个轮胎对应的轮胎厚度和实时高度无线发送给机动车所在单位的内部网络上。

所述检测平台还包括：液晶显示屏，位于机动车仪表盘上，与所述仪表盘控制器5连接，用于实时显示每一个轮胎对应的轮胎厚度和实时高度。

每一个轮胎数据采集仪与所述SDRAM连接，包括CMOS图像传感器、图像识别器、镜头、LED阵列光源、自动除尘器和亮度传感器，所述自动除尘器用于对所述镜头自动除尘，所述镜头设置在所述CMOS图像传感器的前端，所述亮度传感器用于检测环境光线强度，所述LED阵列光源与所述SDRAM和所述亮度传感器分别连接，在接收到的环境光线强度小于等于所述光线强度阈值时，为所述CMOS图像传感器的拍摄提供辅助光源，所述CMOS图像传感器以2048×1536的分辨率对轮胎进行拍摄，以获得轮胎图像。

所述图像识别器与所述CMOS图像传感器和所述SDRAM分别连接，包括图像预处理单元、胎体检测单元和控制运算单元，所述图像预处理单元与所述CMOS图像传感器连接，用于对所述轮胎图像依次执行对比度增强、中值滤波和灰度化处理，以获得灰度化轮胎图像，所述胎体检测单元与所述图像预处理单元和所述SDRAM分别连接，将所述灰度化轮胎图像中灰度值在所述轮胎上限灰度阈值和所述轮胎下限灰度阈值之间的所有像素组成轮胎胎体图案，所述控制运算单元与所述胎体检测单元连接，将所述轮胎胎体图案中轮胎胎体正下部厚度除以轮胎胎体正上部厚度所获得的比例值作为轮胎厚度比例输出。

所述仪表盘控制器5与所述四个轮胎数据采集仪1-4、所述四个高度测量仪和所述SDRAM分别连接，对于每一个机动车轮胎，当对应的轮胎数据采集仪输出的轮胎厚度比例小于等于所述比例阈值且对应的高度测量仪输出的实时高度小于等于所述高度阈值时，发出胎压不足报警信号，当对应的轮胎数据采集仪输出的轮胎厚度比例小于等于所述比例阈值或对应的高度测量仪输出的实时高度小于等于所述高度阈值时，发出轮胎位置异常信号，当对应的轮胎数据采集仪输出的轮胎厚度比例大于所述比例阈值且对应的高度测量仪输出的实时高度大于所述高度阈值时，发出轮胎位置正常信号。

其中，所述图像预处理单元、所述胎体检测单元和所述控制运算单元分别采用不同的FPGA芯片实现，所述图像预处理单元、所述胎体检测单元和所述控制运算单元所采用的FPGA芯片的选型都为Xilinx公司的Artix-7系列，所述仪表盘控制器5采用TI公司的TMS320DM642芯片来实现；所述图像预处理单元还包括对比度增强处理子单元、中值滤波子单元和灰度化处理子单元，所述中值滤波子单元采用3×3的像素滤波窗口执行中值滤波。

可选地，在所述机动车轮胎状态通讯检测平台中：所述无线收发器还用于将所述胎压不足报警信号、所述轮胎位置异常信号或所述轮胎位置正常信号无线发送给机动车所在单位的内部网络上；所述液晶显示屏还用于实时显示所述胎压不足报警信号、所述轮胎位置异常信号或所述轮胎位置正常信号；所述检测平台还可以可以双声道扬声器，位于机动车仪表盘上，与所述仪表盘控制器5连接，用于实时播放与所述胎压不足报警信号或所述轮胎位置异常信号对应的语音文件；每一个轮胎数据采集仪还可以包括滤光片，位于所述镜头内。

另外，FPGA(Field－ProgrammableGateArray)，即现场可编程门阵列，他是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。他是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

以硬件描述语言(Verilog或VHDL)所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA上进行测试，是现代IC设计验证的技术主流。这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路(比如AND、OR、XOR、NOT)或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器(Flip－flop)或者其他更加完整的记忆块。系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来，就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里。一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变，所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。

FPGA一般来说比ASIC(专用集成电路)的速度要慢，实现同样的功能比ASIC电路面积要大。但是他们也有很多的优点比如可以快速成品，可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。厂商也可能会提供便宜的但是编辑能力差的FPGA。因为这些芯片有比较差的可编辑能力，所以这些设计的开发是在普通的FPGA上完成的，然后将设计转移到一个类似于ASIC的芯片上。另外一种方法是用CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice，复杂可编程逻辑器件)。FPGA的开发相对于传统PC、单片机的开发有很大不同。FPGA以并行运算为主，以硬件描述语言来实现；相比于PC或单片机(无论是冯诺依曼结构还是哈佛结构)的顺序操作有很大区别。

早在1980年代中期，FPGA已经在PLD设备中扎根。CPLD和FPGA包括了一些相对大数量的可编辑逻辑单元。CPLD逻辑门的密度在几千到几万个逻辑单元之间，而FPGA通常是在几万到几百万。CPLD和FPGA的主要区别是他们的系统结构。CPLD是一个有点限制性的结构。这个结构由一个或者多个可编辑的结果之和的逻辑组列和一些相对少量的锁定的寄存器组成。这样的结果是缺乏编辑灵活性，但是却有可以预计的延迟时间和逻辑单元对连接单元高比率的优点。而FPGA却是有很多的连接单元，这样虽然让他可以更加灵活的编辑，但是结构却复杂的多。

采用本发明的机动车轮胎状态通讯检测平台，针对现有技术中缺乏对机动车轮胎全方位检测的有效方式的问题，采用图像采集处理技术和高度检测技术，实时获取四个轮胎所在车轴位置距离地面的实时高度和四个轮胎的图像状态信息，结合多种数据综合判断当前轮胎的状态，为驾驶员的驾驶提供更有价值的参考数据。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (1)

1.一种机动车轮胎状态通讯检测平台，其特征在于，所述检测平台包括四个轮胎数据采集仪和仪表盘控制器，所述四个轮胎数据采集仪分别设置在所述机动车的四个轮胎里侧面对的车体壁面上，每一个轮胎数据采集仪采集对应轮胎的状态信息，所述仪表盘控制器与所述四个轮胎数据采集仪分别连接，基于接收到的四个轮胎的状态信息，确定是否发出轮胎报警信号；

所述检测平台还包括：

四个高度测量仪，分别位于机动车四个轮胎所在车轴位置，用于分别检测四个轮胎所在车轴位置距离地面的实时高度；

用户输入器件，用于根据用户的输入，设定光线强度阈值、高度阈值、比例阈值、轮胎上限灰度阈值和轮胎下限灰度阈值，所述轮胎上限灰度阈值和轮胎下限灰度阈值用于将图像中的轮胎胎体与背景分离，所述轮胎上限灰度阈值和所述轮胎下限灰度阈值的取值都在0-255之间，所述轮胎上限灰度阈值大于所述轮胎下限灰度阈值；

供电电源，包括太阳能供电器件、蓄电池、切换开关和电压转换器，所述切换开关与所述太阳能供电器件和所述蓄电池分别连接，根据蓄电池剩余电量决定是否切换到所述太阳能供电器件以由所述太阳能供电器件供电，所述电压转换器与所述切换开关连接，以将通过切换开关输入的5V电压转换为3.3V电压；

SDRAM，位于机动车仪表盘内，与所述用户输入器件连接，用于接收并存储所述光线强度阈值、所述高度阈值、所述比例阈值、所述轮胎上限灰度阈值和所述轮胎下限灰度阈值；

无线收发器，设置在机动车车体上，与所述仪表盘控制器连接，用于将每一个轮胎对应的轮胎厚度和实时高度无线发送给机动车所在单位的内部网络上；

液晶显示屏，位于机动车仪表盘上，与所述仪表盘控制器连接，用于实时显示每一个轮胎对应的轮胎厚度和实时高度；

每一个轮胎数据采集仪与所述SDRAM连接，包括CMOS图像传感器、图像识别器、镜头、LED阵列光源、自动除尘器和亮度传感器，所述自动除尘器用于对所述镜头自动除尘，所述镜头设置在所述CMOS图像传感器的前端，所述亮度传感器用于检测环境光线强度，所述LED阵列光源与所述SDRAM和所述亮度传感器分别连接，在接收到的环境光线强度小于等于所述光线强度阈值时，为所述CMOS图像传感器的拍摄提供辅助光源，所述CMOS图像传感器以2048×1536的分辨率对轮胎进行拍摄，以获得轮胎图像，所述图像识别器与所述CMOS图像传感器和所述SDRAM分别连接，包括图像预处理单元、胎体检测单元和控制运算单元，所述图像预处理单元与所述CMOS图像传感器连接，用于对所述轮胎图像依次执行对比度增强、中值滤波和灰度化处理，以获得灰度化轮胎图像，所述胎体检测单元与所述图像预处理单元和所述SDRAM分别连接，将所述灰度化轮胎图像中灰度值在所述轮胎上限灰度阈值和所述轮胎下限灰度阈值之间的所有像素组成轮胎胎体图案，所述控制运算单元与所述胎体检测单元连接，将所述轮胎胎体图案中轮胎胎体正下部厚度除以轮胎胎体正上部厚度所获得的比例值作为轮胎厚度比例输出；

所述仪表盘控制器与所述四个轮胎数据采集仪、所述四个高度测量仪和所述SDRAM分别连接，对于每一个机动车轮胎，当对应的轮胎数据采集仪输出的轮胎厚度比例小于等于所述比例阈值且对应的高度测量仪输出的实时高度小于等于所述高度阈值时，发出胎压不足报警信号，当对应的轮胎数据采集仪输出的轮胎厚度比例小于等于所述比例阈值或对应的高度测量仪输出的实时高度小于等于所述高度阈值时，发出轮胎位置异常信号，当对应的轮胎数据采集仪输出的轮胎厚度比例大于所述比例阈值且对应的高度测量仪输出的实时高度大于所述高度阈值时，发出轮胎位置正常信号；

其中，所述图像预处理单元、所述胎体检测单元和所述控制运算单元分别采用不同的FPGA芯片实现，所述图像预处理单元、所述胎体检测单元和所述控制运算单元所采用的FPGA芯片的选型都为Xilinx公司的Artix-7系列，所述仪表盘控制器采用TI公司的TMS320DM642芯片来实现；

其中，所述图像预处理单元还包括对比度增强处理子单元、中值滤波子单元和灰度化处理子单元，所述中值滤波子单元采用3×3的像素滤波窗口执行中值滤波。