CN107199838A - 通用型汽车胎温胎压监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明设计了一种基于无线传输的通用型汽车胎压胎温监测系统，包括传感器模块、接收模块和显示模块。传感器模块周期性的采集压力、温度、加速度、电池电压的模拟量，并将这些模拟量通过433.92Mhz的FSK调频方式上传给接收器，接收器接收数据并解析，并将解析后的数据通过串行口上传给显示器，显示器接收到接收器的传感器信息，通过判定传感器ID是否为本机所需的ID，筛选传感器信息，并将本机的传感器胎压、胎温显示出来。实现汽车轮胎故障预警功能，实现了对汽车轮胎的监测的实时性。

Description

通用型汽车胎温胎压监测系统

技术领域

本发明涉及汽车电气领域，具体的涉及一种轮胎检测装置。

背景技术

随着生活水平在不断提髙，社会技术不断的进步，汽车也逐渐的成为人们生活、工作中最重要的交通及运输工具。目前，我国机动车数量己经达到2.79亿辆，全国拥有机动车驾驶执照人员己经超过3.2亿人。汽车轮胎是确保汽车安全行驶的一个重要部件，其性能的优劣直接影响到汽车的驱动性、通过性、平顺行、稳定性、安全性和舒适性等。在汽车的高速行驶过程中,轮胎故障是所有驾驶者最为担心和最难预防的，也是突发性、恶性交通事故发生的重要原因之一。然而对载货的加长货车来说，轮胎事故造成的损害更是无法计量。据统计，在中国高速公路上发生的交通事故有46%是由轮胎发生故障引起的，而其中爆胎就占到轮胎故障导致事故总量的70%。显而易见，爆胎是道路交通事故的头号杀手，怎样减少交通事故，最大限度地减少由于轮胎爆胎而引发的交通事故，尤其是防范由此引发的群死群伤事故，已经成为各界共同关心的话题。

汽车轮胎压力监测系统 (TPMS) 就是在这种需求下应运而生的。TPMS首先是在美国提出，并制订了强制标准来推广其应用，从2007年9月开始总重量在4356Kg以下的新车必须配备 TPMS 系统。其他国家也相继推出了自己的标准，欧盟于 2012 年出台了TPMS 强制标准，韩国和日本的 TPMS强制标准在 2013 年推出。而我国在 2011 年 7 月 1 日也开始实施 TPMS 推荐性技术标准。由于国外推行 TPMS 系统较早，所以研发生产的 TPMS 系统也比较成熟，其主要的生产商也研发生产了自家的 TPMS 系统，如米其林集团公司、加拿大斯马轮胎设备公司、日本横滨公司和固特异轮胎橡胶公司等。而我国 TPMS 相关的内容最早在国家标准里面涉及到是在 2003 年 11 月 24 日发行的中华人民共和国的国家标准《机动车运行安全技术条件》中，在安全防护装置的条款中也增设了新的规定：“车长大于 6m 的长途客车和旅游客车、最大设计总质量大于12000 kg 的载货汽车和载货牵引车应安装轮胎压力报警装置”“有关部分机动车应安装轮胎压力报警装置的要求，自本标准发布之日起第 25 个月开始对新注册车实施”。这标志着我国也开始重视 TPMS 系统。

目前， 国内轮胎爆胎预警系统的相关产品已有推出，但大多技术性能不甚完善或系统简易，产品也没有形成一定的规，而且主要应用于小型汽车，随着车载电子产品和大型车辆的增多，传统的TPMS系统在采集压力、温度等传感信号时，将面临着传输距离远、干扰大、传输信号不可靠等问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明采的技术方案是：一种通用型汽车胎温胎压监测系统，包括传感器模块、接收器模块和显示器模块，所述的传感器模块和接收器模块间采用射频信号传输数据，所述的传感器模块包括:

（1）一个集加速度传感器、压力传感器、温度传感器、电压监测传感器、微处理器、RF发射器于一体的SP370芯片，

（2）一块容量为500mAh的宽温电池；

（3）所述的接收器模块，包括:一个以TDA5235为RF接收芯片的接收器；

（4）所述的显示器模块，包括：

（5）一个以5V供电的STC系列单片机为MCU的显示控制电路，

（6） 一个128*64LCD点阵液晶屏，

（7）一块以LM2596为主芯片的电源电路。

本发明的更优选方案为：所述的传感器模块，集传感器、MCU、RF发射模块于一体，体积小、集成度高、数据采集可靠性好。并且，SP370有多种工作模式，可以有效地降低功耗。所述的显示器模块电源电路，采用LM2596作为主芯片，可以支持5~30V输入，适用各种车型。

本发明的技术构思是：传感器模块包含的组件有集加速度传感器、压力传感器、温度传感器、电压监测传感器、微处理器、RF发射器于一体的SP370和容量为500mAh的宽温电池。SP370通过内部定时的机制，周期性的唤醒并采集传感器信息，并将采集到的数据模拟量通过433.92Mhz的FSK调频方式上传给接收器，SP370在没采集发送数据时处于休眠状态以节省电量。接收器模块包含的组件有以TDA5235为RF接收芯片的接收器。接收器采用FSK调频方式接收传感器的无线信号，并将胎压、胎温、加速度、电池电压这些模拟量按拟定的无线协议进行解析，并将解析完的数据通过串行口上传给显示器。显示器模块包含的组件有一个以5V供电的STC系列单片机为MCU的显示控制电路、 一个128*64LCD点阵液晶屏、一块以LM2596为主芯片的电源电路。显示器接收到接收器的传感器信息，通过判定传感器ID是否为本机所需的ID，筛选传感器信息，并将本机的传感器胎压、胎温显示出来，实现轮胎压力温度的实时监控。

本发明的技术优势在于:无需对现有车辆进行任何改造，安装调试方便快捷,基于SP370内部MCU定时及随机数延时相结合的复合定时算法，有效降低了不同传感器同时发送数据而造成的丢包、误包概率,具有抗干扰能力强，操作简单，价格低廉等特点，适用于各种车型，有较好的应用前景。

附图说明

图1是本发明整体工作模块示意图

图2是本发明传感器模块电路原理图

图3是本发明接收器模块电路原理图

图4是本发明显示器模块电路原理图

图5是轮胎定位配置软件流程图；

图6是随机延时软件流程图；

图7是接收判断软件流程图；

具体实施方式

参照图1，为了满足实时性的要求，由于汽车电磁干扰大，汽车元件多而复杂，信号传输容易受干扰与屏蔽。新的方案采用英飞凌SP370传感模块和TDA5235RF接收芯片设计了一种直接式汽车胎温胎压监测系统。SP370作为TPMS的数据采集发射模块，动态监测汽车各轮胎的参数，并把动态参数通过其自带的RF发射模块传输到位于汽车驾驶室内的RF接收模块上，实现汽车轮胎故障预警功能。传感器部分包括SP370芯片、RF天线、纽扣电池和调试接口。接收器部分包括RF天线和接收器。显示器部分包括MCU、LCD、键盘和蜂鸣器。传感器部分和接收器部分通过无线传输来实现数据传递，接收器将收到的传感器数据以串行通信的方式上传给显示器。显示器接收到接收器的传感器信息，通过判定传感器ID是否为本机所需的ID，筛选传感器信息，将本机的传感器胎压、胎温显示出来，并在数据异常时报警。

参照图2，是轮胎压力监测系统传感器模块的具体电路图，传感器发射模块安放在每个车轮的轮毂上，工作条件恶劣。要求测量模块具有宽温、抗干扰能力强、测量精度高、发射稳定性好、体积小等特点。所以选择英飞凌公司的传感器 SP370为主芯片。SP370是集加速度传感器、压力传感器、温度传感器、电压监测传感器、微处理器、RF发射器于一体的系统模块，有较高的集成度和测量精确度，用户只需配置外围电路和程序即可实现信号的采集发送。采用CR2450宽温电池进行供电，容量为500mAh，工作温度为-40—125℃，满足极端环境下的使用需求。RF发射器可以配置成ASK、FSK调制发射及低频唤醒功能。基于稳定性和可靠性选择频率433.92M的FSK发射模式，为了有效降低系统的功耗从而延长模块的使用寿命，在汽车静止的时，将测量模块设置为空闲模式，在汽车行驶时，通过低频唤醒功能将测量模块由休眠模式切换成测量模式。

参照图3，是轮胎压力监测系统接收器模块的具体电路图，接收器选用英飞凌公司的TDA5235，TDA5235 有数字数据处理能力强、接收灵敏度高等优点。 该芯片支持433.92MHz频段，支持FSK解码并自动提取出有效数据存入内部FIFO后产生中断，等待CPU提取信息。TDA5235与CPU的接口为SPI串行接口；必要时为了降低系统功耗，可将P_ON引脚拉低芯片进入待机模式；该芯片还具有自动唤醒功能。灵敏度达到-122dBm，从而使得传感器、接收器的空旷距离100米时接收成功率为100%。

参照图4，是轮胎压力监测系统显示器模块的具体电路图，显示器部分电路由显示控制电路、蜂鸣器电路、电源电路组成。MCU采用STC系列单片机，5V供电，加密方式可靠。显示器采用128*64LCD点阵液晶屏，可以同时显示8个轮胎的状态信息。蜂鸣器采用直流蜂鸣器，在报警时以声响提示。电源电路采用LM2596作为主芯片，可以支持5~30V输入，适用各种车型。显示器部分模块主要实现的功能包括胎压信息的处理、显示和报警。MCU对数据进行分析、处理，并将压力、温度信息显示在液晶显示屏上，并在模块监测到异常胎压、胎温时进行报警。

参照图5，是轮胎定位配置软件流程图，实际情况中，由于各个轮胎的工作条件和负荷不同，会导致汽车左右轮胎的磨损不均问题，为了延长轮胎的使用寿命，会定期适时地交换轮胎位置，这就导致原来存储在接收模块存储器中的位置信息与各轮胎对应关系失效，如果不更新信息，显示就会错位。目前为了解决轮胎换位时的重定位问题,主要采用了定编码形式、界面输入、低频唤醒、天线接收近发射场等四种定位技术。然而这四种技术在实际应用都存在使用不方便及抗干扰差的问题。本发明基于抗干扰和使用便捷性提出了一种在显示器界面中区分传感器轮胎定位方案。所谓区分传感器,即胎压监测模块在出厂时即设定好安装位置。比如对于四轮小轿车而言，000代表左前轮，001代表右前轮，010代表后左轮，011代表后右轮（大型车辆依次类推），这两位编码和传感器的唯一ID码作为数据的一部分发送给显示器部分，通过对显示器的MCU进行编程，实现编码的识别和循环选择。使用者在调换轮胎后，只需记住顺序即可，通过在LCD部分进行简单的操作就可实现轮胎的准确重新定位。

参考图6，是随机延时软件流程图，传感器sp370内置了定时器，由于传感器的唤醒周期相同，所以有存在不同传感器一直同时唤醒的可能。为了解决这一问题，在软件设计时，增加了随机延时的措施。即在传感器的定时器设置时以不规律的随机延时序列改变传感器的唤醒周期，并将该周期限定在0.2s内。既能规避了不同传感器一直同时唤醒的问题，又能保证传感器的唤醒周期不偏离实际需求。大大提高了传输的准确性。

参考图7，是接收判断软件流程图，由于干扰的存在接收到的数据包不可避免会有误包存在，如何对数据包进行准确的识别关系到整个系统的精确度。采用CRC检查能够剔除数据传输过程中的错误数据包，循环冗余检查（CRC）是一种数据传输检错功能，对数据进行多项式计算，并将得到的结果附在帧的后面，接收设备也执行类似的算法，以保证数据传输的正确性和完整性。每个数据包都包含序列号段，用来判断是否有丢包及重复数据包。数据包还包含SP370出厂带有的独一无二的ID号，来匹配轮胎的位置，以便于正确显示和消除其他汽车发射模块的干扰。

Claims (2)

1.通用型胎温胎压监测系统，其特征在于：包括传感器模块、接收器模块和 显示器模块，所述的传感器模块和 接收器模块间采用射频信号传输数据，所述的传感器模块包括：

一个集加速度传感器、压力传感器、温度传感器、电压监测传感器、微处理器、RF发射器于一体的SP370芯片，

一块容量为500mAh的宽温电池；

所述的接收器模块，包括: 一个以TDA5235为RF接收芯片的接收器；

所述的显示器模块，包括：

一个以5V供电的STC系列单片机为MCU的显示控制电路，

一个128*64LCD点阵液晶屏，

一块以LM2596为主芯片的电源电路。

2.根据权利要求1所述的通用型汽车胎温胎压监测系统，其特征在于：所述的传感器模块，集传感器、MCU、RF发射模块于一体，体积小、集成度高、数据采集可靠性好,并且，SP370有多种工作模式，可以有效地降低功耗。