一種基于胎壓監測的軟件設計

摘 要：本文一種閉環的胎壓力監測軟件系統程序，該設計由總體方案、系統軟件流程、傳感器軟件設計、監控終端軟件設計、性能分析。經實際測試表明：該系統監測的數據可靠，更新及時，軟件系統能有效的保持汽車收集信息的實時性及完整性，有很強的實用性。

關鍵詞：閉環控制系統;C語言;監控終端;胎壓傳感器

1 引言

1.1 系統總體方案

系統軟件流程上使用了狀態機的簡易實時系統控制，系統接收四輪傳感器信號、發送控制信息及顯示信息都采用了狀態機的軟件編寫方案，內容之間相互不沖突，主從接收發送器溝通流暢及時。狀態機的軟件編程可代替龐大的實時操作系統在軟硬件上的資源浪費。在硬件上沿用了普通實時胎壓監測系統，即四輪輪胎各放置一個胎壓傳感器，通過紐扣電池為傳感器供電，傳感器發送無線電信息至位于駕駛室常電供電的監控終端，或是放置于控制臺監控與顯示一體的監控終端，通過太陽能供電。

1.2 系統軟件流程

在該軟件設計系統中，關閉了傳感器的加速度觸發裝置，正常工作時只是由監視器主機進行高頻喚醒，以便節省功耗和簡化軟件。而加速度及振動觸發裝置設置于監視器主機上，在車輛啟動發動機后，觸發啟動。為了排除誤動作，增加了振動確認功能，確認啟動發動機后進行開機，主機初始化完成后即發送高頻喚醒信號，喚醒位于輪胎上的胎壓傳感器。在發動機啟動三秒后即可顯示輪胎胎壓及溫度值。傳感器接收喚醒信號后，即發送含有胎壓和溫度的訊息，訊息包含了從機碼傳送值及校驗碼等。當傳感器未接收到喚醒信號或喚醒失敗時，根據狀態機的處理機制，會在合適的時間再次發送點對點喚醒信號，如果依然未收到反饋信息，則認為傳感器無電或死機，當進入故障處理狀態時，監控主機則先嘗試軟件重啟傳感器，如果不成功則在顯示器上提示進行人工排故，車主拿監控主機靠近對應傳感器即可，監控主機會和傳感器進行低頻通訊，進一步自動處理故障。

1.3 傳感器軟件設計

四輪輪胎各放置了一個通過紐扣電池為傳感器供電的胎壓傳感器，通過發送無線電信息至監控終端，考慮到傳感器降低功耗以加強胎壓傳感器的使用壽命，所以考慮關閉加速度偵測功能以減少長時間的加速度偵測。

為了保障系統通信的可靠性，傳感器程序以準確有效發送氣壓信息、溫度信息為目的，在傳感器啟用開始時，程序上了做了初次開機的分支設計，在主機與傳感器進行低頻通訊后，完成了注冊信息，傳感器的發送時間，以及導入啟用時間。結束后設立標志位并且重新啟動。在車輛啟動發動機后，由監控主機振動感知啟動，并發送三幀高頻喚醒訊號，以保證傳感器接收到喚醒信號，在高頻喚醒時，因為可能有電磁干擾等不可控因素，或者是其他設備的無線信號與該喚醒信號相仿，在喚醒訊號中加入啟用時間客戶碼等多位的校驗機制，以保證傳感器僅被與之匹配的監控主機喚醒。

傳感器被喚醒后，即在質數倍的延時時間后，發送兩幀數據訊號，經過另一質數倍的延時時間，另一傳感器發送兩幀數據;以此循環往復，采用質數倍發送可減少胎壓傳感器間的信號沖突。傳感器發送完畢則選擇休眠以節省功耗。該系統也保留了低頻喚醒功能，即通過監控終端與傳感器的近距離接觸傳輸數據，主要傳輸的數據是傳感器的系統設置，比如定時的時間，啟動時間，ID地址編碼等信息。

1.4 監控終端軟件設計

如果輪胎實時氣壓和溫度不在標準輪胎氣壓的范圍，則監控終端產生報警來提示駕駛人員采取必要的預防措施。胎壓傳感器監測的胎溫胎壓實時數據，傳送到汽車儀表盤進行實時數據顯示。

為了實現監控終端可以穩定可靠的傳輸數據，在軟件程序上不卡機死機，盡可能的規避數據傳輸失敗，該設計在監控終端上選用了狀態機的方案，簡化了實時操作系統的繁雜，程序清晰了然，不需要復雜計算過程，只是按部就班執行狀態信息，根據狀態信息進行下一步的程序軌跡。狀態機的程序結構將軟件程序分為若干個狀態值：觸發啟動后的驗證狀態、發送傳感器高頻啟動訊號狀態、接收傳感器訊號狀態、接收傳感器訊號異常狀態、低頻喚醒處理狀態。觸發啟動后的驗證狀態意在規避誤啟動或選擇是否啟動，最終確認結果設立完成標志位，程序進入下一狀態的甄別;發送傳感器高頻啟動訊號狀態意在計算時間，在正確的時間點上發送高頻啟動信號，在該設計中的傳感器空閑時間設計為休眠，所以在處理完數據或接受完傳感器信息，需要在正確的時間里發送再次啟動的信號;接收傳感器訊號狀態意在在一定的時間里接收傳感器訊號，如果長時間未接收完全或者是接收不到，則設立相應的狀態位進入另一狀態;接收傳感器訊號異常狀態是在在與傳感器通訊失敗后進行的處理程序;低頻喚醒處理狀態意在初次開機或車主處理故障時使用;程序在幾個狀態間不斷的變動，減少了實時程序的復雜度。

在低頻喚醒功能中，監控終端的狀態機處理機制進入低頻喚醒處理狀態，通過對單一的傳感器低頻通訊，完成對傳感器ID的匹配、動態設置、定時時間設置、啟用時間等設置，在數據傳輸上采用了4個字節的地址，1個壓力或溫度字節，省去了位置字節，采用一個字節的校驗值;采用短碼，一則減少發送接收時間，另外減輕程序計算量。

2 結束語

該胎壓傳感器軟件設計的思路最初來源于電腦監視器軟件程序，將電腦顯示訊號實時完整的呈現在屏幕上是電腦監視器軟件程序的最終目的，兼顧一些亮度調節等基本功能，基于該軟件程序應用狀態機程序結構的穩定可靠，應用于類似的胎壓傳感器實時系統中，初步運行中性能正常可靠。

參考文獻：

[1]史蒂芬·普拉達.C Primer Plus[M].人民郵電出版社.

[2]喬恩·本特利.編程珠璣[M].人民郵電出版社.

[3]馮永忠.汽車輪胎壓力監測系統[M].機械工業出版社.

項目名稱：本文系2018年度廣西高校中青年教師基礎能力提升的立項項目（項目編號：2018KY1032）。

作者簡介：林松（1981-），男，廣西浦北人，本科，講師/工程師，主要研究方向：汽車職業教育、汽車結構原理與維修。