CN108674101A - 一种轮胎健康与地形监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种轮胎健康与地形监测系统，包括轮胎形变采集模块、轮胎形变处理模块、胎压自动调整模块和数据显示及报警模块。所述轮胎形变采集模块由多个高形变电阻应变式传感器组成。所述轮胎形变处理模块包括微控制器、存储装置、无线通信装置和电源。数据显示及报警模块实时地显示四个轮胎的状态并在气压过高或欠压时发出报警。胎压自动调整模块可调整胎压至合适的胎压值；根据不同的路况调整各个轮胎的胎压使四个轮胎能够保持平衡。本发明除了能够全面实时地监测胎压，在胎压超出正常范围时进行报警并实现胎压的自动调整，还可根据一定时期的监测数据生成相应的预警信息，并在汽车轮胎受损时估计受损的大致位置，便于维修人员的修复工作。
Description
技术领域
本发明涉及传感器应用领域，具体涉及一种轮胎健康与地形监测系统。
背景技术
近年来，随着我国经济的迅速发展，人民群众的收入水平不断提高以及汽车价格的不断降低，我国城市汽车拥有量不断增加。但是随着私有车保持快增长的同时，交通事故也已经成为严重威胁人类生命安全的重要因素，其中轮胎健康与否以及地形路况严重影响行车安全，因此轮胎健康与地形监测系统应运而生。
现有的智能轮胎是将传感器以内置或外置的方式安装在轮胎的气门嘴上，对轮胎气压进行实时监控，并在轮胎气压超出正常范围时进行报警。其缺点在于传感器在拆装和充气时易被破坏，不能自动调整胎压，且由于缺乏数据存储结构难以根据历史监测数据生成预警信息，同时难以估计轮胎受到磨损的大致位置。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种轮胎健康与地形监测系统。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种轮胎健康与地形监测系统，包括轮胎形变采集模块、轮胎形变处理模块、胎压自动调整模块和数据显示及报警模块；轮胎形变采集模块、胎压自动调整模块和数据显示及报警模块均与轮胎形变处理模块连接；其中轮胎形变采集模块、轮胎形变处理模块和胎压自动调整模块设置在汽车的轮胎内部。
在使用上述轮胎健康与地形监测系统时，轮胎形变采集模块实时地将测得的轮胎形变数据发送给轮胎形变处理模块进行数据分析和处理(其处理过程为：将车胎形变信号转换为电压信号，当电压信号超出所设定的正常阈值范围，则认为轮胎的气压过高或欠压)，将处理后的数据发送给数据显示及报警模块，数据显示及报警模块可以实时地显示汽车各个轮胎的状态；当气压过高或欠压时发出报警同时向轮胎形变处理模块发送信号，通过轮胎形变处理模块控制胎压自动调整模块自动调整胎压至合适的胎压值；同时，还可以根据不同的路况自动调整各个轮胎的胎压使汽车各个轮胎能够保持平衡；数据显示及报警模块还能显示轮胎过去一段时间的历史状态，从而根据一定时间的监测数据生成相应的预警信息并估计轮胎的受损状况。
进一步地，所述的轮胎形变采集模块由多个高形变电阻应变式传感器组成；所述的高形变电阻应变式传感器由高形变电阻应变片和感应电路连接而成；多个高形变电阻应变式传感器分别集成或直接粘贴于轮胎内壁上且输出端分别与轮胎形变处理模块连接。
进一步地，所述高形变电阻应变片选择共聚酯硅酮材料，并在其中添加镍纳米链(Nickel Nanostrands)和镀镍碳纤维(Nickel Coated Carbon Fiber)，该高形变电阻应变片的电阻率随所受的形变增大而减小。由硅酮-镍纳米复合材料构成的应变片感测的形变范围较大，同时能够保持良好的导电性和灵敏性，并且成本较低。
进一步地，所述的感应电路可以为分压电路或者惠斯登电桥；感应电路将高形变电阻应变片的阻值变化转换成轮胎形变处理模块能测量的电压变化。
进一步地，所述的轮胎形变处理模块包括微控制器，以及与微控制器连接的存储装置、无线通信装置和电源；高形变电阻应变式传感器的输出端与微控制器的引脚连接。
进一步地，所述的微控制器为Arduino、RFduino或者simblee；所述的存储装置为快闪存储器(如SD卡或者记忆棒等)或者随机存取存储器；所述的无线通信装置为蓝牙、Wi-Fi模块、2G、3G、4G通信、ZigBee或者GPRS；所述的电源装置为碱性电池或者纽扣电池。
进一步地，所述的胎压自动调整模块由连接的气压空气阀与空气泵组成。
进一步地，所述的数据显示及报警模块为智能终端，该智能终端为智能手机、平板电脑、智能手表等，或带有无线通信装置功能的车载导航仪。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明采用了一种灵敏度高，稳定性好且成本低廉的高形变电阻应变式传感器，通过车胎的形变来实时监测胎压，在胎压超出正常范围时进行报警并实现自动调整胎压，而且可根据一定时期的监测数据生成相应的预警信息，在汽车轮胎受损时估计受损的大致位置，便于维修人员的修复工作。
附图说明
图1是本发明的立体示意图；
图2是本发明实施例的结构示意图；
图3是本发明实施例中轮胎形变采集模块的一个高形变电阻应变式传感器与微控制器的连接示意图；
图4是本发明实施例中轮胎形变处理模块的连接示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
图中：1为轮胎；2为轮胎形变采集模块；3为数据显示及报警模块；4为轮胎形变处理模块；5是胎压自动调整模块；6为高形变电阻应变式传感器；7为高形变电阻应变片；8为分压电阻。
如图1-3所示，本发明实施例提供一种轮胎健康与地形监测系统，包括数据显示及报警模块3和设置在轮胎1内部的轮胎形变采集模块2、轮胎形变处理模块4及胎压自动调整模块5。
轮胎形变采集模块由多个高形变电阻应变式传感器组成。轮胎形变处理模块包括微控制器、存储装置、无线通信装置和电源。数据显示及报警模块实时地显示四个轮胎的状态并在气压过高或欠压时发出报警。胎压自动调整模块可调整胎压至合适的胎压值；根据不同的路况调整各个轮胎的胎压使四个轮胎能够保持平衡。
在使用时，汽车的四个轮胎内部均设置了一个轮胎形变采集模块2、一个轮胎形变处理模块4和一个胎压自动调整模块5。本实施例中所述的轮胎形变采集模块2由六个高形变电阻应变式传感器6组成，其中的三个高形变电阻应变式传感器6集成在轮胎一侧的内壁上，另三个集成在轮胎另一侧的内壁上。轮胎形变处理模块4包括微控制器和分别与微控制器相连接的存储装置、无线通信装置和电源。轮胎形变采集模块2中的六个高形变电阻应变式传感器6均实时地将测得的轮胎形变数据发送给轮胎形变处理模块4的微控制器进行数据分析和处理，微控制器将处理后的数据通过无线通信装置发送给数据显示及报警模块3，数据显示及报警模块3可以实时地显示四个轮胎的状态；在气压过高或欠压时发出报警同时向轮胎形变处理模块4发送信号，通过轮胎形变处理模块4控制胎压自动调整模块5自动调整胎压至合适的胎压值；同时，根据不同的路况自动调整各个轮胎的胎压使四个轮胎能够保持平衡；显示轮胎过去一段时间的历史状态，从而根据一定时间的监测数据生成相应的预警信息并且估计轮胎的受损状况。
轮胎形变采集模块2由六个高形变电阻应变式传感器6组成，其中的三个高形变电阻应变式传感器6集成在轮胎一侧的内壁上，另三个集成在轮胎另一侧的内壁上且输出端分别与轮胎形变处理模块4中微控制器的不同输入引脚相连。传感器工作在轮胎内部稳定的封闭空间，能准确灵敏地监测轮胎的气压，而且这种安装方式可以避免因为拆装和充气而导致传感器损坏的现象发生。高形变电阻应变式传感器6由高形变电阻应变片7和分压电阻8串联而成。
在本实施例中，高形变电阻应变片7选择共聚酯硅酮材料，并在其中添加镍纳米链(Nickel Nanostrands)和镀镍碳纤维(Nickel Coated Carbon Fiber)，该电阻应变片的电阻率随所受的形变增大而减小。由硅酮-镍纳米复合材料构成的电阻应变片感测的形变范围较大，同时能够保持良好的导电性和灵敏性，并且成本较低。
感应电路选用分压电阻。具体地，本实施例中的高形变应变片7和分压电阻8串联，并且分压电阻8的阻值和高形变应变片7在稳定状态下的阻值相等。
轮胎形变处理模块具体包括微控制器，以及与微控制器连接的存储装置、无线通信装置和电源；微控制器通过Arduino Uno实现，由碱性电源供电，为轮胎形变采集模块提供5V的输入电压。Arduino Uno的每个A/D转换器(即A0-A5六个模拟输入端口)的分辨率为10位(即读取的模拟值介于0-1023之间)，所以能够将传感器采集到的胎压数据转换成电压分配值。具体地，本实例中的Arduino Uno的A0、A1和A2三个输入端口能够获得介于0-1023之间的接收值，取三个胎压数据的平均值作为综合胎压数据。
存储装置选用尺寸最小的Micro SD卡，这类存储卡可以自由插入和取出，使用起来十分方便。无线通信装置选用HC-06蓝牙装置。所述蓝牙体积小巧，传输距离能够达到10米，增加了本发明的便携性和可靠性。
本实施例中的微控制器为无线通信装置提供3.3V的工作电压，可以将六个高形变电阻应变式传感器6实时测得的轮胎形变数据取平均值作为综合胎压数据并通过无线通信装置发送给数据显示及报警模块3。同时，本实施例还可以将来自轮胎形变采集模块2中的六个传感器6监测到的六个轮胎形变数据存储在存储装置中，根据一定时期内的监测数据分析轮胎气压长时间的状态，如果轮胎存在隐患则及时向驾驶者进行预警，提醒驾驶者应及时到汽车维修店对轮胎进行检查。维修店的维修人员可根据储存了一定时期的监测数据估计轮胎可能受到损伤的大致位置，帮助其发现轮胎的问题所在。
特别地，微控制器还可以选择RFduino,此款微控制器更加小巧，并且自带存储装置模块。
本实施例所述的数据显示及报警模块3为智能手机，也可以是其他智能终端，如平板电脑，智能手表等或带有存储装置功能的车载导航仪。本智能手机3用于显示轮胎数据、报警信息及预警信息。智能手机3在接收到实时的数据后，会判断胎压是否超过所设定的正常范围。当胎压超过正常范围时，智能手机3立即向轮胎形变处理模块4发送信号，通过轮胎形变处理模块4控制胎压自动调整模块5自动调整胎压至合适的胎压值；同时，根据不同的路况自动调整各个轮胎的胎压使四个轮胎能够保持平衡；或者向驾驶者发出报警信息，提醒驾驶者采取相应的措施，例如减速并立即开往附近的汽车维修店进行维修，以保证行车安全。
特别地，驾驶者可以根据路况、天气等实际情况在智能手机3中修改设定胎压的正常范围，避免误报、漏报等情况发生。
本实施例中的智能手机3还可根据一定时期的胎压监测数据分析轮胎气压长时间的状态从而对轮胎存在的隐患进行预警，例如某个轮胎显示在当前时刻之前的胎压在逐渐缓慢地下降，说明该轮胎可能已经被扎破，存在较大的隐患，应及时向驾驶者进行预警，提醒驾驶者采取相应措施。
本实施例中的智能手机3可显示轮胎中六个输入端口的胎压数据在一定时期内的变化从而在汽车轮胎受损时估计受损的大致位置，便于维修人员的修复工作。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种轮胎健康与地形监测系统，其特征在于，包括轮胎形变采集模块、轮胎形变处理模块、胎压自动调整模块和数据显示及报警模块；轮胎形变采集模块、胎压自动调整模块和数据显示及报警模块均与轮胎形变处理模块连接；其中轮胎形变采集模块、轮胎形变处理模块和胎压自动调整模块设置在汽车的轮胎内部。
2.根据权利要求1所述的轮胎健康与地形监测系统，其特征在于，所述的轮胎形变采集模块由多个高形变电阻应变式传感器组成；所述的高形变电阻应变式传感器由高形变电阻应变片和感应电路连接而成；多个高形变电阻应变式传感器分别集成或直接粘贴于轮胎内壁上且输出端分别与轮胎形变处理模块连接。
3.根据权利要求2所述的轮胎健康与地形监测系统，其特征在于：所述高形变电阻应变片选择共聚酯硅酮材料，并在其中添加镍纳米链(Nickel Nanostrands)和镀镍碳纤维(Nickel Coated Carbon Fiber)，该高形变电阻应变片的电阻率随所受的形变增大而减小。
4.根据权利要求2所述的轮胎健康与地形监测系统，其特征在于，所述的感应电路可以为分压电路或者惠斯登电桥；感应电路将高形变电阻应变片的阻值变化转换成轮胎形变处理模块能测量的电压变化。
5.根据权利要求1所述的轮胎健康与地形监测系统，其特征在于，所述的轮胎形变处理模块包括微控制器，以及与微控制器连接的存储装置、无线通信装置和电源；高形变电阻应变式传感器的输出端与微控制器的引脚连接。
6.根据权利要求5所述的轮胎健康与地形监测系统，其特征在于，所述的微控制器为Arduino、RFduino或者simblee；所述的存储装置为快闪存储器或者随机存取存储器；所述的无线通信装置为蓝牙、Wi-Fi模块、2G、3G、4G通信、ZigBee或者GPRS；所述的电源装置为碱性电池或者纽扣电池。
7.根据权利要求1所述的轮胎健康与地形监测系统，其特征在于，所述的胎压自动调整模块由连接的气压空气阀与空气泵组成。
8.根据权利要求1所述的轮胎健康与地形监测系统，其特征在于，所述的数据显示及报警模块为智能终端，该智能终端为智能手机、平板电脑、智能手表等，或带有无线通信装置功能的车载导航仪。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181019 |