CN2821727Y - 一种智能汽车轮胎压力监视系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能汽车轮胎压力监视系统，包括有发射装置和可接收来自发射装置发射信号的接收装置；发射装置包括有与汽车轮胎数目相对应个数的，并分别安装在每个轮胎内的n个检测模块；接收装置包括有一个安装在汽车驾驶室的面板上的接收模块；采取的技术措施包括：检测模块由射频发射芯片、发射微处理器、压力传感器、温度传感器、电源管理单元5个部分配接组成；接收模块由射频接收芯片、接收微处理器、报警单元、显示单元及CAN总线接口5个部分配接组成。其电路结构简单、可靠性高、成本低的，实现利用传感器、RF技术保障汽车行驶安全。

Description

一种智能汽车轮胎压力监视系统

技术领域

本实用新型涉及汽车电子、无线通信技术领域，尤其是涉及一种利用传感器、RF技术保障汽车行驶安全的智能汽车轮胎压力监视系统。

技术背景

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，也是突发性交通事故发生的重要原因。据统计，在中国高速公路上发生的交通事故有70％是由于爆胎引起的，而在美国这一比例则高达80％。怎样防止爆胎已成为安全驾驶的一个重要课题。据国家橡胶轮胎质量监督中心的专家分析，保持标准的车胎气压行驶和及时发现车胎漏气是防止爆胎的关键。而TPMS——车轮胎压力监视系统毫无疑问将是理想的工具。TPMS是“Tire Pressure Monitoring System”的英文缩写形式，主要用于在汽车行驶时实时地对轮胎气压进行自动监测，对轮胎漏气和过高、过低气压进行报警，以保障行车安全。目前，TPMS主要分为两种类型，一种是Wheel-Speed Based TPMS(简称：WSB TPMS，或称为间接式TPMS)，要求使用车辆防抱死制动系统(ABS)来确定轮胎压力变化的系统。ABS通过车速传感器来确定车轮是否抱死，从而决定是否启动防抱死系统。对于在4个轮子上都装有车轮速度传感器的系统来说，此类软件的升级可以用于监测车速的变化，轮胎压力变低也会导致车速发生变化。当轮胎压力降低时，车辆的重量会使轮胎直径变小，这反过来会导致车速发生变化。经过正确计算，这种车速变化可用于触发警报系统来向司机发出警告。

另一种是Pressure-Sensor Based TPMS(简称：PSB TPMS，或称为直接式TPMS)，这种系统是利用安装在每一个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及监视，当轮胎气压太低或有渗漏时，系统会自动报警。报告认为PSBTPMS从功能和性能上均优于WSB TPMS。

目前直接式TPMS技术又分为主动式和被动式两种，主动式系统是将压力传感器安装在每个轮圈上，而车子既有的各种遥控开关装置，包括RKE(Remote Key Entry)、Passive Entry、Passive Start System中的射频组件可作为胎压量测的接收器，进而整合为一完整的胎压监控系统。主动式技术的优点是，它是一成熟的技术，开发出来的模块可适用于各厂牌的轮胎，但唯一的缺点，其感应模块需要电池供电，因此有使用寿命的问题。

至于被动式技术，虽然此技术不用电池供电，但是它需要将转发器整合至轮胎中，这牵涉到各轮胎制造商需建立一共通的标准才有可能。因此，虽然目前西门子与米其林正在开发此一技术，但尚没有成熟的产品出现。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术现状，提供一种电路结构简单、可靠性高、成本低的，可利用传感器、RF技术保障汽车行驶安全的智能汽车轮胎压力监视系统。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种智能汽车轮胎压力监视系统，包括有发射装置和可接收来自发射装置发射信号的接收装置；发射装置包括有与汽车轮胎数目相对应个数的，并分别安装在每个轮胎内的n个检测模块；接收装置包括有一个安装在汽车驾驶室的面板上的接收模块；采取的技术措施包括：检测模块由射频发射芯片、发射微处理器、压力传感器、温度传感器、电源管理单元5个部分配接组成；接收模块由射频接收芯片、接收微处理器、报警单元、显示单元及CAN总线接口5个部分配接组成。

为优化上述技术方案，具体的技术措施还包括：

电源管理单元由锂电池供电，并在电源管理单元中设有振动开关；该振动开关具有在汽车行驶到预设速度打开并通知检测模块中的发射微处理器工作。

压力传感器具有由发射微处理器控制的四种工作模式；分别为空闲模式、检测压力模式、检测温度模式、读出模式。

发射微处理器设置压力传感器工作在空闲模式，射频发送芯片为STOP模式；压力传感器在空闲模式具有每3秒通过触发中断唤醒发射微处理器；发射微处理器具有将压力传感器的工作模式依次改为检测温度、检测压力和读出，射频发送芯片调整为SEND模式，射频发送芯片具有读取温度和压力数值的发送编码。

射频接收芯片具有由接收微处理器配置的控制寄存器，该控制寄存器工作在430MHz至440MHz的FSK模式；射频接收芯片具有接收检测模块发送的MANCHESTER编码。

FSK模式的数据传输的速率是9600波特率，且数据通过CAN总线存储，并结合汽车的电子稳定系统和电子制动力分配系统进行智能处理。

压力传感器、温度传感器包含有作为中心元件的发射芯片IC1，发射芯片IC1具有的引脚S1和S0端为控制输入端，控制待机、测量温度、测量压力、测量输出四种模式；引脚DATA和CLK端为数据和时钟输入端，用作读取温度、压力数据的比较输入；引脚OUT端为比较输出端，用作读出数据，并具有输出周期的脉冲触发发射单片机CPU；引脚RST端为压力传感器的复位输出端；

发射微处理器包括复合发射单片机CPU，射频发射芯片包括RF电路发射芯片IC2，发射单片机CPU周期性的对发射芯片IC1触发唤醒，读取温度和压力，把数据送至发射芯片IC2通过FSK调制到434MHz的射频上发射出去。

射频接收芯片为一个单片机FSK的接收芯片IC1，其内部包含PLL电路和超外差接收电路，接收到的信号通过SPI总线发给构成接收单片机CPU的接收芯片IC3，接收单片机CPU经SPI总线将配置信息写入接收芯片IC1；接收单片机CPU的接收芯片IC3对接收到的数据进行初步处理，通过RS232接口发送给显示单元；编码的射频数据，以TTL电平的串行数据由MOSI口输出，并在SCLK口上同步输出时钟信号；接收微处理器通过时钟信号来读取射频数据。

显示单元是处理压力传感器信号并显示和报警；接收芯片IC1接收的信号通过RS232接口送给接收芯片IC2；显示单元的显示采用LCD显示电路，其中接收芯片IC4是LCD显示驱动芯片，CPU和作为显示驱动芯片的接收芯片IC4通过CAN总线传输数据。

与现有技术相比，本实用新型采用的检测模块由射频发射芯片、发射微处理器、压力传感器、温度传感器、电源管理单元5个部分配接组成；接收模块由射频接收芯片、接收微处理器、报警单元、显示单元及CAN总线接口5个部分配接组成。

本实用新型有以下三个方面的创新和优点：一是用振动开关配合软件的节能控制方案，延长传感器使用寿命：当车辆启动时，振动开关自动的工作，唤醒检测模块，启动检测和发射功能，在运行的过程中，如果轮胎压力、温度正常，检测模块降低检测和发射频率。由于振动开关不需增加另外的能耗，所以可以大大的延长系统的使用寿命；

二是前的TPMS系统对于检测到的汽车轮胎压力和温度值一般只是进行了显示，在系统出现异常时进行报警，没法进行数据的存储以便查询，本系统将通过外扩的CAN总线接口将轮胎的各项数据传送到汽车中央控制系统，由中央控制系统根据要求对这些数据进行存储，在需要时通过CAN提取数据并进行显示，便于事故的分析处理；

三是目前的TPMS系统在检测到汽车轮胎压力和温度异常时只是通过液晶模块进行显示，提醒驾驶者的注意，没有自动保护的功能。在本系统中，在中央控制系统得到轮胎异常的参数报警后，一方面进行显示报警，另一方面启动汽车的自动保护功能，通知汽车的电子稳定系统ESP和电子制动力分配系统EBD，防止汽车因轮胎故障而出现跑偏、翻车等事故，同时也通过汽车后灯向后面行驶的车辆进行报警，以减少交通事故的发生。因此方便了使用者操作，实用性很强。

附图说明

图1是本实用新型实施例的构成方框图；

图2是图1中检测模块工作流程图；

图3是图1中接收模块程序流程图；

图4是图1中检测模块电路设计图；

图5是图1中接收模块电路设计图。

具体实施例

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细描述。

图1至图5所示，本实用新型采用的为直接式、主动式技术。

其装置的整体框图如图1所示，系统由n个检测模块，本实施例为4个，根据汽车轮胎数目确定，每个轮胎配一个，和一个接收模块组成。检测模块主要是由射频发射芯片、微处理器、压力传感器、温度传感器、电源及其管理模块组成；接收模块主要由射频接收芯片、微处理器、报警单元、显示单元、CAN总线接口等5个部分组成。

检测模块具体工作流程如图2。其安装在轮胎内，由3V锂电池供电，在电源管理部分加入了振动开关。振动开关在汽车行驶到一定速度后打开，通知检测模块中的微处理器工作，这样可以有效降低检测模块的功耗，从而延长检测模块的使用寿命。一般轮胎压力传感器有四种工作模式分别为：空闲、检测压力、检测温度、读出。其工作状态由检测模块的微处理器控制，上电复位后微处理器设置传感器工作在空闲模式，射频发送芯片为STOP模式。压力传感器在空闲模式下每3秒通过触发中断唤醒微处理器。微处理器被唤醒后，将传感器的工作模式依次改为检测温度、检测压力和读出，调整射频发送芯片为SEND模式，通知射频发送芯片将读取的温度和压力数值用MANCHESTER编码方式发送。发射完成后再重新让压力传感器进入空闲模式，同时射频发送芯片进入STOP模式。这样的工作模式是为了降低功耗，延长检测模块的使用寿命。同时微处理可根据轮胎压力、温度的突变来改变数据更新的速度，更及时地告知驾驶员轮胎压力、温度的突然变化。

接收模块具体工作流程如图3，其安装在汽车驾驶室的面板上，通过指示灯闪烁、发出警告声和液晶显示来告知驾驶员车辆各轮胎当前的压力及温度状况是否异常。接收模块的软件主体是一个循环接收处理数据的循环，定时器溢出中断将打断非完整数据的接收过程，并将相关数据状态初始化后重新回到此循环中。射频接收芯片在开始接收之前，需要由射频接收芯片及微处理器对射频接收芯片的控制寄存器进行配置，使其工作在434MHz、FSK模式下。此过程中微处理器是主机，射频接收芯片是从机，可通过微处理器的SPI模块功能实现。完成配置后，设置射频接收芯片为主机，微处理器为从机。射频接收芯片在接收到压力监测模块发送的MANCHESTER编码的射频数据后，将其转化成TTL电平的串行数据从MOSI口输出，并在SCLK口上同步输出时钟。这样微处理器就可以通过时钟信号来准确地读取射频数据。

FSK模式下数据传输的速率是9600波特率。为了能剔除错误信号，在读取数据每一位时，都开启定时器溢出中断来确保滤去不完整的数据，并且开始等待下一次的数据桢。在每一个数据桢接收完毕后，微控制器都要计算校验和，与接收到的校验和相比较，从而判断此次数据桢是否正确。同时数据将通过CAN总线，进行存储。并结合车辆的电子稳定系统ESP和电子制动力分配系统EBD进行智能处理。具体程序流程如图3所示。

如图4所示，图1中检测模块电路设计图；IC1是汽车轮胎专用的温度压力传感器，可以检测温度、压力，同时内部还有电源管理功能。PIN1(S1)和PIN8(S0)是控制输入，决定工作模式，有四种模式：待机、测量温度、测量压力、测量输出。PIN6(DATA)和PIN7(CLK)是数据和时钟输入，在读取温度、压力数据时需要把比较数据输入，比较输出从PIN4(OUT)输出，这样就可以读出数据。PIN4在待机时会输出周期的脉冲，唤醒CPU。PIN5(RST)是传感器的复位输出，大约一小时输出一个低脉冲，复位CPU。这样，可以周期性的唤醒CPU，间隔一小时还会复位CPU，彻底杜绝CPU死机的现象。

IC2是一个复合了CPU和RF电路的芯片，CPU周期性的被IC1唤醒，读取温度和压力，并根据实际情况，把数据通过FSK调制到433.92MHz的射频上发射出去。

如图5所示，为接收模块电路设计图；

IC1是一个单片FSK接收芯片，内部包含PLL电路和超外差接收电路，接收到的信号通过SPI总线发给CPU，同时，CPU也通过SPI总线将配置信息写入IC1。

IC3是CPU，对接收到的数据进行初步处理，通过RS232接口发送给显示模块。

显示模块功能是处理传感器信号并显示和报警。接收模块来的信号通过RS232接口送给IC2，IC2是飞利浦的一款单片机，功能先进。采用LCD显示电路，IC4是飞利浦的LCD显示驱动芯片。CPU和显示芯片通过12C总线传输数据。

本方案的TPMS有以下三个方面的创新和优点：

一是用振动开关配合软件的节能控制方案，延长传感器使用寿命：当车辆启动时，振动开关自动的工作，唤醒检测模块，启动检测和发射功能，在运行的过程中，如果轮胎压力、温度正常，检测模块降低检测和发射频率。由于振动开关不需增加另外的能耗，所以可以大大的延长系统的使用寿命；

二是前的TPMS系统对于检测到的汽车轮胎压力和温度值一般只是进行了显示，在系统出现异常时进行报警，没法进行数据的存储以便查询，本系统将通过外扩的CAN总线接口将轮胎的各项数据传送到汽车中央控制系统，由中央控制系统根据要求对这些数据进行存储，在需要时通过CAN提取数据并进行显示，便于事故的分析处理；

三是目前的TPMS系统在检测到汽车轮胎压力和温度异常时只是通过液晶模块进行显示，提醒驾驶者的注意，没有自动保护的功能。在本系统中，在中央控制系统得到轮胎异常的参数报警后，一方面进行显示报警，另一方面启动汽车的自动保护功能，通知汽车的电子稳定系统ESP和电子制动力分配系统EBD，防止汽车因轮胎故障而出现跑偏、翻车等事故，同时也通过汽车后灯向后面行驶的车辆进行报警，以减少交通事故的发生。

虽然本实用新型已通过参考优选的实施例进行了图示和描述，但是，本专业普通技术人员应当了解，在权利要求书的范围内，可作形式和细节上的各种各样变化。

Claims (10)

1、一种智能汽车轮胎压力监视系统，包括有发射装置和可接收来自发射装置发射信号的接收装置；所述的发射装置包括有与汽车轮胎数目相对应个数的，并分别安装在每个轮胎内的n个检测模块；所述的接收装置包括有一个安装在汽车驾驶室的面板上的接收模块；其特征是：所述的检测模块由射频发射芯片、发射微处理器、压力传感器、温度传感器、电源管理单元5个部分配接组成；所述的接收模块由射频接收芯片、接收微处理器、报警单元、显示单元及CAN总线接口5个部分配接组成。

2、根据权利要求1所述的一种智能汽车轮胎压力监视系统，其特征是：所述的电源管理单元由锂电池供电，并在电源管理单元中设有振动开关；该振动开关具有在汽车行驶到预设速度打开并通知检测模块中的发射微处理器工作。

3、根据权利要求1所述的一种智能汽车轮胎压力监视系统，其特征是：所述的压力传感器具有由所述的发射微处理器控制的四种工作模式；分别为空闲模式、检测压力模式、检测温度模式、读出模式。

4、根据权利要求2所述的一种智能汽车轮胎压力监视系统，其特征是：所述的压力传感器具有由所述的发射微处理器控制的四种工作模式；分别为空闲模式、检测压力模式、检测温度模式、读出模式。

5、根据权利要求1至4任一权利要求所述的一种智能汽车轮胎压力监视系统，其特征是：所述的发射微处理器设置压力传感器工作在空闲模式，射频发送芯片为STOP模式；压力传感器在空闲模式具有每3秒通过触发中断唤醒发射微处理器；发射微处理器具有将压力传感器的工作模式依次改为检测温度、检测压力和读出，射频发送芯片调整为SEND模式，射频发送芯片具有读取温度和压力数值的发送编码。

6、根据权利要求5所述的一种智能汽车轮胎压力监视系统，其特征是：所述射频接收芯片具有由接收微处理器配置的控制寄存器，该控制寄存器工作在430MHz至440MHz的FSK模式；射频接收芯片具有接收检测模块发送的MANCHESTER编码。

7、根据权利要求6所述的一种智能汽车轮胎压力监视系统，其特征是：所述的FSK模式的数据传输的速率是9600波特率，且数据通过所述的CAN总线存储，并结合汽车的电子稳定系统和电子制动力分配系统进行智能处理。

8、根据权利要求1所述的一种智能汽车轮胎压力监视系统，其特征是：所述的压力传感器、温度传感器包含有作为中心元件的发射芯片IC1，所述的发射芯片IC1具有的引脚S1和S0端为控制输入端，控制待机、测量温度、测量压力、测量输出四种模式；引脚DATA和CLK端为数据和时钟输入端，用作读取温度、压力数据的比较输入；引脚OUT端为比较输出端，用作读出数据，并具有输出周期的脉冲触发发射单片机CPU；引脚RST端为压力传感器的复位输出端；

所述的发射微处理器包括复合发射单片机CPU，所述的射频发射芯片包括RF电路发射芯片IC2，所述的发射单片机CPU周期性的对发射芯片IC1触发唤醒，读取温度和压力，把数据送至所述的发射芯片IC2通过FSK调制到434MHz的射频上发射出去。

9、根据权利要求8所述的一种智能汽车轮胎压力监视系统，其特征是：所述的射频接收芯片为一个单片机FSK的接收芯片IC1，其内部包含PLL电路和超外差接收电路，接收到的信号通过SPI总线发给构成接收单片机CPU的接收芯片IC3，接收单片机CPU经SPI总线将配置信息写入所述的接收芯片IC1；所述的接收单片机CPU的接收芯片IC3对接收到的数据进行初步处理，通过RS232接口发送给显示单元；所述的编码的射频数据，以TTL电平的串行数据由MOSI口输出，并在SCLK口上同步输出时钟信号；接收微处理器通过时钟信号来读取射频数据。

10、根据权利要求1所述的一种智能汽车轮胎压力监视系统，其特征是：所述的显示单元是处理压力传感器信号并显示和报警；所述的接收芯片IC1接收的信号通过RS232接口送给接收芯片IC2；所述的显示单元的显示采用LCD显示电路，其中接收芯片IC4是LCD显示驱动芯片，CPU和作为显示驱动芯片的接收芯片IC4通过CAN总线传输数据。

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