基于CAN總線技術的胎壓監測系統設計

摘 要：文章提出了基于CAN總線技術的胎壓監測系統設計方案，實現了輪胎壓力和溫度變化信息的實時采集、以及通過CAN總線協議把數據傳輸到駕駛室的主控元件中并顯示在顯示屏上，以達到汽車駕駛員能夠在第一時間掌握汽車輪胎壓力和溫度的變化，并做出相應的反應，從而避免事故的發生。

關鍵詞：胎壓監測系統；CAN總線協議；事故

1 引言

隨著工業經濟的快速發展，汽車在社會上得到廣泛使用，方便和快捷的公路交通拉近了地域距離，改善了人們的生活方式。但是伴隨著汽車的大量使用，各種惡性的公路交通事故給人們的生命安全和社會經濟的發展帶來了嚴重的危害，已經引起人們的高度重視。在高速公路上或是高速行駛中，由輪胎故障引起的交通事故具有極大地殺傷力，并且是一項很難預防的隱患，給人們的生命帶來很大威脅。因而如何解決和防止輪胎爆胎，已成為全球的首要問題。為了防止和解決輪胎爆胎，輪胎壓力監測系統（TPMS）就這樣應運而生，并且作為汽車三大安全系統之一，與汽車安全氣囊、防抱死制動系統（ABS）一起被大眾認可并受到應有的重視。同時，在當前的汽車產業中，出于對安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統被開發了出來，而CAN總線協議可靠性高、性能極佳以及設計方法獨特，受到越來越多的重視，同時利用CAN總線技術的系統排查錯誤能力極強，數據傳輸快。因此針對當今的汽車運行安全問題，基于CAN總線技術在胎壓監測系統在應用中的設計，以及對于CAN總線通信協議技術如何提高汽車安全性能研究具有非常重要現實意義。

本論文將主要對CAN總線技術和胎壓監測系統進行分析、研究。然后采用檢測技術、無線通信技術、單片機技術、軟件編程以及CAN總線技術來設計總體的系統。通過基于CAN總線技術在胎壓監測系統中的應用設計，實現了對于汽車輪胎的氣壓和溫度的實時監測、顯示、處理以及報警的功能，滿足了基于CAN總線技術在胎壓監測系統中應用的設計的各項指標。

2 系統總體方案設計

本論文采用檢測技術、無線通信技術、單片機技術、軟件編程以及CAN總線技術來設計總體的系統。系統的硬件設計包括數據的采集、監測，無線發射、無線接收以及MCU數據的處理、CAN總線模塊、顯示以及報警模塊。其中系統的發射模塊包括數據的采集和數據的無線發送，接收模塊能夠校驗數據并通過MCU進行處理，并通過CAN總線模塊傳輸來實現實時的顯示結果，用來告知駕駛員的各個輪胎的工作情況，并且能夠實現報警的功能。系統的軟件設計是對于硬件電路中的各個模塊進行軟件的編程，包括數據的監測、采集，以及無線的發射與接收程序，以及數據處理、CAN模塊程序設計、顯示和報警的程序。通過基于CAN總線技術在胎壓監測系統中應用的設計，實現對于汽車輪胎的氣壓和溫度進行實時的監測、顯示、處理以及報警的功能，實現基于CAN總線技術在胎壓監測系統中應用的設計的各項指標。

3 系統硬件模塊設計

在本系統的硬件設計中，數據采集和無線發射模塊由傳感器數據采集模塊、MCU處理部分、信號發射模塊三部分組成；接受處理模塊由信號接收和校驗模塊、MCU處理部分組成；CAN總線模塊由CAN總線接口和LCD顯示和報警部分。輪胎里面的檢測和無線發射模塊的主控元件是MSP430單片機，在無線接收和CAN發射模塊采用的是AT89S52單片機，在CAN接收和數據顯示、報警模塊的主控元件采用AT89S52單片機，傳感器采用英飛凌科技的SP12T傳感器，無線收發模塊選用的是TI公司的CC1101高性能低功耗射頻收發芯片，CAN總線發射和接收模塊采用的是SJA1000獨立的CAN控制器和PCA82C250的CAN收發器。

4 系統軟件模塊設計

4.1 數據采集和無線發射模塊主程序設計

數據采集和無線發射模塊的程序設計主要是負責對SP12T傳感器的寫指令，讀輪胎壓力和輪胎溫度的數據，以及對無線發射CC1101模塊的初始化，并寫指令和數據，將讀到壓力和溫度數據無線發送出去。主控元件是MSP430。

4.2 無線接收和CAN發射模塊程序設計

無線接收和CAN發射模塊的程序設計主要是負責對無線發射CC1101模塊的初始化，并寫指令和讀數據，將無線接收CC1101模塊接收到的數據讀出來，并且對SJA1000和PCA82C250模塊進行初始化，并寫指令和寫數據，將無線接收的數據通過SJA1000和PCA82C250模塊發送到CAN總線上，與另一個模塊進行CAN通信。主控元件是AT89S52。

4.3 CAN接收和顯示報警模塊軟件設計

CAN接收和顯示報警模塊的程序設計主要是負責對SJA1000和PCA82C250模塊進行初始化，并寫指令和讀數據，將CAN總線上接收到的數據讀出來，并對LCD12864液晶屏進行初始化，寫指令和寫數據，將從CAN總線上接收的數據顯示在LCD12864液晶屏上，并且擁有報警程序部分，主要是當壓力和溫度的值高于或者低于正常值時，會提示報警，同時有按鍵控制程序部分，按鍵控制可以選擇顯示屏顯示所有輪胎的壓力和溫度值或者特定的輪胎壓力和溫度值。主控元件是AT89S52。

5 結束語

本次設計是基于CAN總線技術的胎壓監測系統設計，對CAN總線技術和胎壓監測系統技術進行了系統的分析與研究，并且利用無線通信技術、單片機技術、傳感器檢測技術和軟件編程實現了基于CAN總線技術的胎壓監測系統設計的各項指標。該設計在一定范圍內能夠有效的監測汽車輪胎的氣壓和溫度，并能讓司機第一時間了解胎壓的情況，在交通安全領域有一定的實用價值，并且價格低廉，有很好的發展前途。當然，本設計也存在一些不足之處，有待進一步的改進。首先，芯片溫度性能不夠好，系統的穩定性有待進一步提高；其次，數據缺乏全面的顯示方式，不能全面反映胎壓和輪胎溫度出現故障的過程；最后，該系統的智能性有待挖掘。

參考文獻

[1]劉小強，粟梅.基于CAN總線的數據采集處理系統的設計[J].儀表技術與傳器，2006（9）.

[2]烏腸寬明.CAN總線原理和應用系統設計[M].北京航空航天大學出版社，1996（11）.

[3]師曉敏，朱名日.基于CAN和CCI100的嵌入式遠程測控系統的設計[J].儀表技術與傳感器，2009（2）.