CN106335329A - 一种轮胎安全检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮胎安全检测系统，属于汽车安全系统领域。所述轮胎安全检测系统包括：无线网络传感器节点和网络协调器；所述无线网络传感器节点包括副微型控制器、多种传感器、射频发射器，所述传感器与所述副微型控制器连接，所述副微型控制器与所述射频发射器连接；所述网络协调器包括主微型控制器、总线接口模块、语音输出模块、液晶显示模块、射频接收器，所述总线接口模块、所述语音输出模块、所述液晶显示模块分别与所述主微型控制器连接，所述主微型控制器与所述射频接收器连接。本系统采用无线通讯技术，大大降低了系统的成本和功耗，实现了实时监测轮胎内部状态和异常报警的功能。

Description

一种轮胎安全检测系统

技术领域

本发明涉及汽车安全系统领域，特别涉及一种轮胎安全检测系统。

背景技术

在汽车行驶期间，对轮胎的压力变化进行随时监测，是汽车安全系统必备的功能。

目前，轮胎压力监测系统(TPMS—Tire Pressure Monitoring System)分为直接系统和间接系统。间接系统是利用ABS来确定轮胎的压力变化，系统校准复杂。直接系统是在每个轮胎内使用压力、温度传感器，并安装无线发射器，将压力、温度等信息从轮胎内部发送到中央接收模块上。直接系统虽然成本稍高，但可以随时测定每个轮胎内部的实际温度和瞬压，确定故障，并实时发出报警，有效避免了爆胎事故的发生，相比之下，直接系统无论从功能和性能上均优于间接系统，目前市场主流是直接系统，下述TPMS指代直接系统。

然而，现有的TPMS具有成本高、功耗高、性能低的缺点，有待改善。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种轮胎安全检测系统。所述技术方案如下：

一种轮胎安全检测系统，包括：无线网络传感器节点和网络协调器；

所述无线网络传感器节点包括副微型控制器、多种传感器、射频发射器，所述多种传感器与所述副微型控制器连接，所述副微型控制器与所述射频发射器连接；

所述网络协调器包括主微型控制器、总线接口模块、语音输出模块、液晶显示模块、射频接收器，所述总线接口模块、所述语音输出模块、所述液晶显示模块分别与所述主微型控制器连接，所述主微型控制器与所述射频接收器连接；

所述射频发射器通过无线网络传输方式与所述射频接收器连接。

可选地，所述多种传感器包括压力传感器、温度传感器、加速度传感器、电源传感器，所述压力传感器、所述温度传感器、所述加速度传感器、所述电源传感器分别与所述副微型控制器连接。

可选地，所述总线接口模块包括CAN总线接口、RS232总线接口，所述CAN总线接口和所述RS232总线接口分别与所述主微型控制器连接。

可选地，所述副微型控制器和所述主微型控制器都采用CC2430芯片。

可选地，所述无线网络传感器节点为ZigBee传感器节点。

可选地，所述无线网络传输方式为ZigBee无线通信技术。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

利用无线通讯的低功率、低复杂度、组网灵活的特点，满足了轮胎安全监测系统的需求，实现了实时监测轮胎内部状态和异常报警的功能，较好地解决了系统低功耗、高可靠性的问题，市场前景十分广阔。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种轮胎安全检测系统示意图；

图2是本发明实施例提供的ZigBee网络示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种轮胎安全检测系统，参见图1，包括：无线网络传感器节点11和网络协调器12。

无线网络传感器节点11包括副微型控制器112、多种传感器、射频发射器111，多种传感器分别与副微型控制器112连接，副微型控制器112与射频发射器111连接。

网络协调器包括主微型控制器122、总线接口模块、语音输出模块125、液晶显示模块126、射频接收器121，总线接口模块、语音输出模块125、液晶显示模块126分别与主微型控制器122连接，主微型控制器122与射频接收器121连接。

射频发射器111通过无线网络传输方式与射频接收器121连接。

具体地，副微型控制器112对传感器检测到的信号进行处理；射频发射器111在微型控制器的控制下，将处理后的信号以频移键控(FSK)方式，用2.4GHz正弦波调制成射频信号，发送给射频接收器121。射频接收器121将接收来的射频信号解调为数字信号，然后传送给主微型控制器122；主微型控制器122对收到的信号进行判断分析，并传送到相应的输出模块。

在本实施例中，多种传感器包括压力传感器113、温度传感器114、加速度传感器115、电源传感器116，压力传感器113、温度传感器114、加速度传感器115、电源传感器116分别与副微型控制器112连接。

具体地，压力传感器113进行轮胎压力检测，温度传感器114进行胎内温度检测，加速度传感器115进行加速度检测，电源传感器116进行电源检测，上述传感器将检测到的信号发送给副微型控制器112。

在本实施例中，总线接口模块包括CAN总线接口123和RS232总线接口124，CAN总线接口123和RS232总线接口124分别与主微型控制器122连接。

具体地，CAN总线作为汽车电子控制系统的国际化标准总线，增加CAN总线接口123能够将本系统更方便的整合原汽车控制系统中。

具体地，RS232总线接口124能够与微机进行双向通信，利用PC读取微控制器内部的数据，或者对微控制器的工作参数进行设定。

在本实施例中，副微型控制器112和主微型控制器122都采用CC2430芯片。

具体地，CC2430芯片采用QLP-48封装，尺寸仅有7mm×7mm，具有极高的接收灵敏度和抗干扰性能，电流消耗小，当微控制器内核运行在32MHz时，RX为27mA，TX为25mA，在休眠模式下，电流消耗只有0.9μA，外部中断或者实时时钟能唤醒系统；在待机模式下，电流消耗小于0.6μA，外部中断能唤醒系统。CC2430从休眠模式转换到主动模式的超短时间的特性，特别适合那些要求电池寿命非常长的应用。

在本实施例中，所述无线网络传感器节点11为ZigBee传感器节点。

在本实施例中，无线网络传输方式为ZigBee无线通信技术。

具体地，参见图2，四轮汽车ZigBee无线网络由左前胎ZigBee传感器节点11a、右前胎ZigBee传感器节点11b、左后胎ZigBee传感器节点11c、右后胎ZigBee传感器节点11d和网络协调器12组成。上述传感器节点以数据帧的形式发送数据，数据帧的格式如表1所列。

表1 数据帧格式

前导位	同步码	轮胎ID	压力值	温度值	状态位	CRC校验	停止位
								2	16	32	8	8	8	16	2

a、同步码：为16-bit数据，只有该值与接收滤波器中滤波值相同时，接收器才会认为该帧为有效数据，进行接收。

b、设备标识(轮胎ID)：这里选择ID长度为32位。在接收数据的时候，首先要检查ID，如果发现ID不符，就放弃收到的数据帧；当接收机发现ID已匹配上，则接收。

c、压力值：压力数据占8位，代表测量的轮胎压力值，SP12测量压力的范围100—800kpa，精度可达2.734kpa。此数据由接收机的MUC监控，如果超过给定的阀值就要立即发出警报。

d、温度值：温度数据占8位，代表被测量的轮胎温度值，SP12的测温范围0—85℃，精度可达0.33℃。

e、状态位：指示轮胎模块的各种故障信息，比如传感器断线，电池电压不足。

f、CRC校验和：为使系统稳定可靠地通信，加入了一种改进的CRC校验。

具体地，由CRC原理可知道，用软件实现CRC校验的算法可分为两类：一种是根据CRC校验的原理实现的基本算法，通过大量的移位、比较和异或操作实现模2算法来计算CRC码，运算时间较长，实时性较差：另一种是基于字节查表法实现的CRC快速算法，其思路是先离线构造一个单字节信息的余式编码表。单字节信息有8个二进制码元，按0～255顺序计算CRC码，以表格形式存储。计算整个数据帧的CRC码时，依次按字节查表进行递推运算，这种方法的运算速度较快，但需要512个字节的存储空间，对TPMS来说，占用太多的存储空间。因此需要改进优化这种CRC校验算法，尽量减少其占用的资源。

下面给出一种改进的CRC校验算法-基于半字节的快速查表法。

首先，将单字节M分解成高半字节M_h和低半字节M₁，即

M(x)＝x⁴M_h(x)+M₁(x)

M(x)＝m₇x⁷+m₆x⁶+…+m₁x+m₀

经过运算得出，

M_h(x)＝m₇x³+m₆x²+m₅x+m₄

M₁(x)＝m₃x³+m₂x²+m₁x+m₀ (1)

根据CRC算法中模2除法的规律，推导出，

$\begin{array}{c}\frac{x^{16}M\left(x\right)}{G\left(x\right)}=\frac{x^{16}\[x^4{M}_h\left(x\right)+M_1\left(x\right)\]}{G\left(x\right)}\\ =\frac{x^{16}\[x^4{M}_h\left(x\right)\]}{G\left(x\right)}+\frac{x^{16}{M}_1\left(x\right)}{G\left(x\right)}\end{array}---\left(2\right)$

$\frac{x^{16}\[x^4{M}_h\left(x\right)\]}{G\left(x\right)}=\frac{m_7{x}^{23}+m_6{x}^{22}+m_5{x}^{21}+m_4{x}^{20}}{x^{16}+x^{12}+x^5+1}---\left(3\right)$

由式(2)(3)经长除法余式运算得出，

$\mathrm{Re}\[\frac{x^{16}\[x^4{M}_h\left(x\right)\]}{G\left(X\right)}\]=\mathrm{Re}\[\frac{x^{16}{M}_h\left(x\right)}{G\left(x\right)}\]+x^4\mathrm{Re}\[\frac{x^{16}{M}_h\left(x\right)}{G\left(x\right)}\]---\left(4\right)$

$\mathrm{Re}\[\frac{x^{16}M\left(x\right)}{G\left(x\right)}\]=\mathrm{Re}\[\frac{x^{16}{M}_h\left(x\right)}{G\left(x\right)}\]+x^4\mathrm{Re}\[\frac{x^{16}{M}_h\left(x\right)}{G\left(x\right)}\]+\mathrm{Re}\[\frac{x^{16}{M}_1\left(x\right)}{G\left(x\right)}\]---\left(5\right)$

由式(4)(5)得，通过查余数编码表获得高半字节M_h(x)和低半字节M₁(x)的CRC码，然后将M_h(x)的CRC码左移4位后的CRC码，同M_h(x)、M₁(x)的CRC码异或即可求出M(x)的CRC码，再结合多字节数据序列校验码的算法，推导出整个数据帧的CRC码(图1所示)。由于M_h(x)、M₁(x)都是4位二进制数，取值范围为0～15，因此对应的CRC余式编码表按照0～0FH顺序计算，只需16个单元，即32个字节，与原来所需的512字节空间相比，大大减少了所占用的存储单元。

综上所述，本发明实施例利用无线通讯技术的低功率、低复杂度、组网灵活的特点，满足了轮胎安全监测系统的需求，实现了实时监测轮胎内部状态和异常报警的功能，较好地解决了系统低功耗、高可靠性的问题，市场前景十分广阔。

还需要说明的是，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种轮胎安全检测系统，其特征在于，所述轮胎安全检测系统包括：无线网络传感器节点和网络协调器；

所述无线网络传感器节点包括副微型控制器、多种传感器、射频发射器，所述多种传感器与所述副微型控制器连接，所述副微型控制器与所述射频发射器连接；

所述网络协调器包括主微型控制器、总线接口模块、语音输出模块、液晶显示模块、射频接收器，所述总线接口模块、所述语音输出模块、所述液晶显示模块分别与所述主微型控制器连接，所述主微型控制器与所述射频接收器连接；

所述射频发射器通过无线网络传输方式与所述射频接收器连接。

2.根据权利要求1所述的一种轮胎安全检测系统，其特征在于，所述多种传感器包括压力传感器、温度传感器、加速度传感器、电源传感器，所述压力传感器、所述温度传感器、所述加速度传感器、所述电源传感器分别与所述副微型控制器连接。

3.根据权利要求1所述的一种轮胎安全检测系统，其特征在于，所述总线接口模块包括CAN总线接口、RS232总线接口，所述CAN总线接口和所述RS232总线接口分别与所述主微型控制器连接。

4.根据权利要求1所述的一种轮胎安全检测系统，其特征在于，所述副微型控制器和所述主微型控制器都采用CC2430芯片。

5.根据权利要求1所述的一种轮胎安全检测系统，其特征在于，所述无线网络传感器节点为ZigBee传感器节点。

6.根据权利要求1所述的一种轮胎安全检测系统，其特征在于，所述无线网络传输方式为ZigBee无线通信技术。