CN105270115A - 基于磁敏式的间接型汽车轮胎状态监测系统 - Google Patents

Abstract

一种基于磁敏式的间接型汽车轮胎状态监测系统，包括多个温度传感器、多个磁钢、多个霍尔传感器、主控制单元、从控制单元、电源模块、报警器和显示器；多个温度传感器的输出信号传输到从控制单元的输入端，多个磁钢的输出信号通过霍尔传感器传输到从控制单元的输入端，从控制单元的输出端通过RS485有线传输到主控制单元的输入端，主控制单元的输出端分别与报警器和显示器连接，电源模块的输出端分别与主控制单元和从控制单元连接。该系统主要应用于大中型货车,具有可靠性、灵活性,简便易用等特点，扩大了汽车轮胎状态监测系统的使用范围,在大型车辆的安全系统中有很高的实用价值。

Description

基于磁敏式的间接型汽车轮胎状态监测系统

技术领域:

本发明属于一种监测设备，特别涉及一种基于磁敏式的间接型汽车轮胎状态监测系统。

背景技术：

汽车轮胎胎压监测系统简称TPMS(TirePressureMonitoringSystem)是汽车安全保障系统之一,是驾车者、乘车人的生命安全保障预警系统。主要用于在汽车行驶时实时地对轮胎气压进行自动监测，对轮胎漏气和低气压进行报警，以保障行车安全。从技术方面来看，TPMS技术主要来自于三家外资企业。目前国内厂家生产的TPMS基本是靠引进国外公司轮胎压力监测系统开发平台及生产线，我国基本没有自主知识产权。现在相对比较成熟的TPMS系统都是自成一体的，独立于汽车上的其他ECU，而且主要应用在高档轿车上，对于大型货车和客车极少配置。

目前，TPMS主要分为直接式和间接式两种类型。

直接式TPMS是利用安装在每一只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与监视。当轮胎气压太低，太高或有渗漏时，系统会自动报警。由于直接式TPMS能测定每个轮胎内部的实际瞬压，很容易确定轮胎的故障，在性能上优于间接TPMS。但是其安装价格昂贵，传感器的锂离子电池续航时间有限，无线传输信号的不稳定性，所以在高档轿车中才有安装，大中型汽车几乎都没有。

间接式TPMS是通过汽车ABS系统的轮速传感器来比较车轮之间的转速差别，以达到监视轮胎压力的目的。该方法成本低，只要对ABS系统软件进行改进就能实现，但不能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而逐渐被淘汰。

发明内容：

本发明的目的就在于克服上述现有技术中存在的不足，而提供一种基于磁敏式的间接型汽车轮胎状态监测系统，该系统主要应用于大中型货车,具有可靠性、灵活性,简便易用等特点，扩大了汽车轮胎状态监测系统的使用范围,在大型车辆的安全系统中有很高的实用价值。

如上构思，本发明的技术方案是：一种基于磁敏式的间接型汽车轮胎状态监测系统，其特征在于：包括多个温度传感器、多个磁钢、多个霍尔传感器、主控制单元、从控制单元、电源模块、报警器和显示器；多个温度传感器的输出信号传输到从控制单元的输入端，多个磁钢的输出信号通过霍尔传感器传输到从控制单元的输入端，从控制单元的输出端通过RS485有线传输到主控制单元的输入端，主控制单元的输出端分别与报警器和显示器连接，电源模块的输出端分别与主控制单元和从控制单元连接。

上述主控制单元和从控制单元采用HT46RU232单片机。

上述电源模块由LM2576-12和LM2576-5两级降压电路连接组成。

上述多路霍尔传感器与从控制单元之间连接有光耦隔离电路。

上述多路霍尔传感器与从控制单元之间连接有卡尔曼滤波器。

本发明具有如下的优点和积极效果：

1、本发明适用于大中型货车，尤其是没有安装ABS系统的汽车。系统采用霍尔传感器测得车轮实际的运行速率，成本较低、安装简单、操作可行。

2、本发明的主、从控制单元使用台湾盛群公司HT46RU系列的HT46RU232单片机，也摈弃了使用功能过于庞大的嵌入式设计方式，经济实用、易于维修，并且大大降低了功耗。

3、本发明主控制单元集成了低电压保护功能，对于汽车启动时的电压波动能有较强的抗干扰能力。主机、从机分别从汽车的电池取电，并且都经过了两级降压稳压，互不干扰影响，保证了系统正常工作。

4、本发明具有稳定高效的有线传输。主从机CPU都带有串口功能，配置上MAX485实现RS485通讯，也能满足车长的传输要求。具有通讯稳定，传递信号速度快，抗干扰能力强，比普通的无线方式更可靠高效。并且在调试过程中方便与电脑的串口相连接，比较直观得到数据。

5、本发明可靠性强。本发明采用的是主、从双控制单元的工作方式，即从机将各传感器数据先初步处理、分析归纳，形成数据流上传到主机，降低了主机处理信息的频率，分担了其任务量，增强了对于处理应急情况的能力，减少了误报的机率。

6、本发明在多路霍尔传感器与从控制单元之间连接有卡尔曼滤波器，该滤波器在轮速信号的误差处理中可将采集到的脉冲信号去除误差，提高了轮速信号的精度。卡尔曼滤波技术是一种最优化自回归数据处理算法，它是数字信号处理技术的一种。它通过处理一系列带有误差的时间测量数据而得到未知参数的最佳估算。自适应卡尔曼滤波器误差小，响应快，收敛性好，确保每一个脉冲信号都能有效及时采集到，为预警提供可靠数据保障。

附图说明：

图1是本发明的原理框图；

图2是电源模块两级降压的电路图；

图3是主控制单元面板图；

图4是光耦隔离电路的电路图；

图5是数据流处理示意图。

具体实施方式：

如图1所示：本发明结合大中型货车的实际情况，一般至少是六个轮子，所以本方案中以六个轮子的为例进行说明。将六个轮子分为左右二两组，每组三路。在金属轮上安装一个或多个磁钢，磁钢每过固定的开关型霍尔传感器一次就产生一个脉冲信号，信号传送到安装在底盘的从机，滤波后进行初步数据加权等处理，计算出轮子实际运行转速。在一定周期内将各个轮子转速通过RS485有线传送到驾驶室内的主机，主机响应对应的级别，通过LED显示屏显示各轮胎速度状态和判断是否正常，是否报警等动作。同时，DS18B20温度传感器输出的信号传送到安装在底盘的从机，从机将各个轮子的温度通过RS485有线传送到驾驶室内的主机，主机响应对应的级别，通过LED显示屏显示各轮胎的温度状态和判断是否正常，是否报警等动作。所述报警器采用压电蜂鸣器和高亮度LED灯。

主机、从机分别从汽车的电池取电，并且都经过了LM2576-12和LM2576-5两级降压稳压，互不干扰影响，保证了系统正常工作。

主机位于汽车的驾驶室内，而汽车高速行驶时轮胎工作环境比较恶劣，信号因其它电子产品的屏蔽、干扰等问题而出现漂移和时有时无的不稳定性，因此特别需要着力解决高速行驶时的信号传输稳定性，所以采用比较常见的RS485通信协议。主机上有人机交互界面，能在轮胎压力不足时，及早及时地提示对欠压的轮胎充气，还有预警蜂鸣器和预警灯，响应级别和消音键等手动设置键。

主机控制单元面板的显示设计如图3。图中显示了六个轮子的实际运行转速以及当前室外温度，其中第二排左侧轮子此时出现异常情况了，屏幕中有红点提示，同时蜂鸣器响、高亮LED闪烁。假设此时出现的异常属于人为或者路面状况较差，而非轮胎气压不正常引起，则可以按下“消音键”，蜂鸣器停止报警，但预警灯依然闪烁。此次消音动作只对本次报警起作用，而当下次出现异常时，则蜂鸣器和报警灯又同时作用。

霍尔传感器用的是一级稳压后的12V供电，而单片机接收到的信号是5VTTL电平，需要在两者间加上光耦隔离电路(如图4)。

本系统多路霍尔传感器与从控制单元之间连接有卡尔曼滤波器，该滤波器在轮速信号的误差处理中，将采集到的脉冲信号去除误差，提高了轮速信号的精度。卡尔曼滤波技术是一种最优化自回归数据处理算法，它是数字信号处理技术的一种。它通过处理一系列带有误差的时间测量数据而得到未知参数的最佳估算。自适应卡尔曼滤波器误差小，响应快，收敛性好，确保每一个脉冲信号都能有效及时采集到，为预警提供可靠数据保障。

本系统为了保证整套系统既准确有效地接收到脉冲信号，又能有充分的时间来进行加权、平均等算法，故本系统采用主、从控制单元分级工作的形式。首先从机得到传感器发送过来的脉冲进行累加、加权求和、平均求出轮子速度，然后用有线传送给主机，由主机对应设定的响应级别分析当前速度是否符合报警条件，进行报警、显示等操作。采用数据流的传输方式，编排特定的数据帧(如图5)来满足高速的数据上传要求。

该系统经过一系列仿真到实际测试，运行效果良好，具有响应及时准确，功耗低，抗干扰性强，成本低，安装简便等特点，而且在大中型货车中具有较大的发展空间。

Claims (5)

1.一种基于磁敏式的间接型汽车轮胎状态监测系统，其特征在于：包括多个温度传感器、多个磁钢、多个霍尔传感器、主控制单元、从控制单元、电源模块、报警器和显示器；多个温度传感器的输出信号传输到从控制单元的输入端，多个磁钢的输出信号通过霍尔传感器传输到从控制单元的输入端，从控制单元的输出端通过RS485有线传输到主控制单元的输入端，主控制单元的输出端分别与报警器和显示器连接，电源模块的输出端分别与主控制单元和从控制单元连接。

2.根据权利要求1所述的基于磁敏式的间接型汽车轮胎状态监测系统，其特征在于：上述主控制单元和从控制单元采用HT46RU232单片机。

3.根据权利要求1所述的基于磁敏式的间接型汽车轮胎状态监测系统，其特征在于：上述电源模块由LM2576-12和LM2576-5两级降压电路连接组成。

4.根据权利要求1所述的基于磁敏式的间接型汽车轮胎状态监测系统，其特征在于：上述多路霍尔传感器与从控制单元之间连接有光耦隔离电路。

5.根据权利要求1所述的基于磁敏式的间接型汽车轮胎状态监测系统，其特征在于：上述多路霍尔传感器与从控制单元之间连接有卡尔曼滤波器。