基于嵌入式技術的高原輪胎壓力檢測報警系統

【摘要】本文主要介紹了輪胎壓力檢測報警系統的主要用途，以及車輛出入高原時輪胎壓力變化造成的潛在安全隱患，結合高原地區氣候現狀和當地居民與外地游客駕車出入西藏地區時的實際需要，設計了一種基于嵌入式技術的高原輪胎壓力檢測報警系統。

【關鍵詞】嵌入式技術;TPMS;無線通信

Abstract：This paper mainly introduced the use of tire pressure detection and alarm system，and the tire pressure changes caused by vehicle access the plateau potential safety，hazards，combined with the plateau climate situation and local residents and tourists driving out of practical need in Tibet，designed a plateau tire pressure detection and alarm system based on embedded technology.

Key words：embedded technology;TPMS;wireless communication

引言

隨著西藏旅游事業的蓬勃發展，越來越多的游客對西藏這片純凈，神秘的沃土所著迷，同時更是吸引了一批又一批自己駕車暢游西藏的驢友。當然，也就少不了自駕游的重要交通工具——汽車。俗話說，千里之行始于足下，輪胎，作為汽車行駛所必需的四只腳，車輛的重要部件之一，其重要性不言而喻。支撐著車體重量，傳遞側向力，牽引力和制動力導向，提高駕乘安全性和舒適度等都需要有性能良好的輪胎做基礎。輪胎壓力檢測系統的提出源于本世紀初期的普利司通輪胎事件。汽車因胎壓長期處于非標準的情況下行駛而造成的車輛人員損毀傷亡事故頻發，由此引起各界對汽車輪胎壓力標準化之于汽車行駛安全的關注。輪胎故障是汽車在高速行駛中，所有駕駛者都擔心的并且最難預防的造成突發性交通事故發生的重要原因之一 ，所以“基于嵌入式技術的高原輪胎壓力檢測報警系統”有必要作為一個重要且迫切的課題來研究。據國家橡膠輪胎質量監督中心的專家分析，保持行駛中輪胎壓力的標準化，及時發現輪胎壓力的異常是防止汽車輪胎爆胎的關鍵。然而一般情況，標準胎壓值都會被車廠標注在車門內側或者油箱蓋附近，但是我們很多車主往往都忽視了這點，大多數車主只是采用目視法來觀察車胎壓力是否正常，而實際上這種方法是非常不可靠的。

1.輪胎壓力報警系統總體方案設計

隨著電子技術的不斷發展，使得汽車電器化的程度越來越高，本設計實現了基于嵌入式的高原輪胎壓力報警系統，主要研究內容如下：

1）采用模塊化的指導思想設計并實現了一套基于高原的輪胎壓力報警系統，并對各模塊分別進行元器件的選型，電路設計，軟件編程調試，提高了系統的開發效率。

2）設計了胎內監測模塊（氣壓傳感器模塊），無線傳輸模塊，無線接收模塊，中央處理器，LCD顯示器（藏漢雙語顯示），并對軟件進行模塊劃分和設計，系統的中央處理器接收到數據經處理后通過LCD模塊顯示出輪胎的壓力信息。當系統出現輪胎信息異常時，蜂鳴器報警，使系統達到實時監測輪胎胎壓的目的。

具體框圖如圖1、圖2所示。

3）搭建了一套輪胎壓力監測報警系統的樣機，并對汽車胎壓監測系統進行了高壓，低壓，漏氣狀態等的性能測試。結果表明：所研制的系統能有效監測汽車輪胎的壓力變化，整個系統運行良好，符合《汽車輪胎氣壓監測系統（TPMS）》標準要求。

2.汽車輪胎壓力報警系統的硬件及軟件實現

2.1 汽車在平原經高原行駛過程中，輪胎氣壓始終不變，但從平原向高原爬坡過程中，海拔持續升高，輪胎外部氣壓會隨著海拔的升高而降低，從而使輪胎內部氣壓與外部氣壓產生氣壓差值，導致輪胎脹氣，給行駛帶來不安全因素。在輪胎夾層中安裝帶有氣壓傳感器的無線傳輸模塊，當輪胎內部氣壓超過預先設定的安全氣壓數值時，控壓閥門自動開啟，并向無線接收模塊發送信號，經無線接收模塊的中央處理器處理數據后，LCD顯示當前警報氣壓值，此時蜂鳴器報警。

控壓閥門的流程圖圖3所示。

圖1 胎壓監視模塊

圖2 車載顯示模塊

圖3 控壓閥門的流程圖

2.2 胎內監視模塊硬件包括氣壓傳感器，胎內微處理芯片（單片機），射頻發射接收器，數據采集接口，胎內監測模塊電源，無線通信協議。

2.3 胎內監測模塊軟件包括主程序，測量子程序，發射子程序，系統硬件的抗干擾設計。

3.可改進的方面

3.1 電源

目前的TPMS胎內監測模塊主要還是采用紐扣電池這一供電方式，然而紐扣電池的容量有限，因而目前的發展方向是實現胎內監測模塊的低功耗，增大電池容量，延長電池使用壽命。現階段主要通過選用低功耗的芯片，性能高電池，喚醒技術和一些算法來實現系統的低功耗。實現低功耗的研究發展過程中，先考慮到車輛不是一直在公路上行駛的，所以并不需要讓胎內監測系統一直處于開啟狀態，盡量使系統大多數時間處于斷電或者睡眠狀態來節省能耗，已達到延長電池壽命的目的。

3.2 輪胎監測模塊定位

汽車輪胎壓力監測系統中的輪胎定位是指中央控制系統模塊對所接收到的信號進行識別，判斷和分析所接收到的信號是否為本汽車的胎內監測模塊所發出的信號，同時確定為那個輪胎所發出的過程。同時，汽車在行駛一段時間后，可能有些因素，例如調換新的輪胎，或者因為汽車四個輪胎受到的荷載不同導致四個輪胎的磨損程度不同，從而導致輪胎需要置換，而輪胎的置換導致安裝在輪胎上的監測模塊也隨之換位，從而導致以前的一一對應關系被打破，這就要求對輪胎監測模塊進行重新的位置定位。

因此，定位功能是本作品必須具備的功能，但由于本作品只是初步建立了一個胎壓報警系統的雛形，以后會繼續改進。目前，國內外主要有界面輸入式，低頻喚醒式，外置編碼儲存器式，天線接收近發射場式等技術實現監測模塊的定位。

4.結論與展望

輪胎壓力報警系統對高原安全行駛汽車有著極其重要的意義。輪胎壓力報警系統是一個非常重要且有意義的事前預警系統的安全保障系統。但由于所有的實驗都是在人工模擬的環境下進行的，在實際應用中還會遇到許多的問題，特別是胎內監測模塊，安裝在輪胎內部，環境惡劣，復雜，其可靠性等方面仍然需要不斷提升，需要進一步升入改進與提升。

參考文獻

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作者簡介：劉珊珊（1992—），女，現就讀于西藏大學工學院，研究方向：交通運輸規劃與管理。