一種汽車輪胎壓力和溫度無線監測系統的製作方法

2023-09-21 13:12:20

專利名稱：一種汽車輪胎壓力和溫度無線監測系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種監測系統，主要是抗電磁幹擾的無線監測系統，特別是礦用汽車 和大型貨運汽車輪胎壓力和溫度無線監測系統。
背景技術：
輪胎氣壓是影響汽車行駛性能和安全性能的重要指標，輪胎氣壓太高，會加快輪 胎的磨損，容易造成胎冠部位爆裂，同時因與地面摩擦力減小，還會影響制動性能；輪胎氣 壓過低或漏氣，與地面的摩擦力成倍增加，也會加速輪胎的磨損，同時增加油耗；由於輪胎 胎側是輪胎的薄弱部位，氣壓過低時，會不斷受到擠壓和拉伸，易造成疲勞失效，發生爆胎。 所以對輪胎氣壓進行實時監控是保證輪胎安全的重要手段。目前，輪胎壓力監測系統(TPMS，Tire Pressure Monitor System)主要分為兩種 類型一種為間接式(Wheel-Speed Based TPMS，簡稱WSB)，這種系統是通過汽車ABS系統 的輪速傳感器來比較輪胎之間的轉速差別，以達到監測胎壓的目的。該類型系統造價相對 較低，已經裝備了 ABS(每個輪胎裝備1個輪速傳感器)的汽車只需對軟體進行升級，主要 缺點是無法對兩個以上輪胎同時缺氣的狀況以及全速行駛時進行判斷，無法判定故障輪胎 的具體位置，不能實時反映輪胎壓力；另一種是直接式(Pressure-Sensor Based TPMS，簡 稱PSB)，這種系統是通過在每一個輪胎上安裝高靈敏度的傳感器，在行車或靜止的狀態下 實時監視輪胎的壓力、溫度等數據，並通過無線方式發射到接收器，在顯示器上顯示各種數 據變化。當輪胎氣壓太低或漏氣時，系統會自動報警。隨時測定每個輪胎內部的實際瞬壓， 容易確定故障輪胎，從功能和性能上均優於間接式TPMS，是現今普遍採用的技術方式。礦用汽車是用於冶金礦山、露天煤礦、水利電力建設工地等場所運送散裝物料的 設備，具有質量大、體積大、載重量大等特點。由於礦用汽車的輪胎非常巨大，如不及時掌握 其內部的氣壓和溫度信息，會造成設備損壞和人員傷亡，給國家和企業帶來不可彌補的損 失，因此礦用汽車的胎壓監測就顯得非常重要。現有檢測胎壓獲得的信號通常是採用無線 的方式進行傳輸，由於礦用汽車通常採用電機驅動，並且功率巨大，在其周圍存在著非常強 的電磁場，此時胎壓信號的傳輸就要特別處理。另外，礦車輪胎壓力是普通汽車的幾倍或十 幾倍，需要傳感器具有較高的防護等級，如何對傳感器進行包裝處理也是問題。現有的直接式輪胎壓力監測系統在用於礦用汽車或者其他大型貨運汽車時也存 在著明顯的不足，主要有以下幾個方面1)現有輪胎壓力監測系統測壓範圍比較低，無法直接用於礦用汽車或者其他大型 貨運汽車的胎壓監測。2)現有輪胎壓力監測系統安裝方式採用靠近氣門處安裝，所測的溫度不能準確反 映汽車輪胎內部的真實溫度，並且安裝方式複雜，成本高。3)現有輪胎壓力監測系統主要採用單車模式，沒有和其他車輛一起組成網絡，缺
乏統一管理。4)現有輪胎壓力監測系統在車輪由電動輪驅動，電磁幹擾大的環境中，信號傳輸穩定性差，誤碼率高，傳輸距離近，無法對汽車輪胎內的壓力和溫度進行有效的監測。綜上所述，由於現有的輪胎壓力監測系統存在著諸多不足，因此需要一種適用於 礦用汽車或者其他大型貨運汽車的胎壓監測系統，使其能準確的監測礦用汽車或者其他大 型貨運汽車的輪胎壓力和溫度，並能夠保證無線信號的穩定傳輸；此外，還需對眾多礦用汽 車或者其他大型貨運汽車進行統一管理，使之更能安全可靠的在複雜和惡劣的工作環境中 發揮更大的作用。

發明內容
本發明的目的是為了解決上述不足，而提供一種汽車輪胎壓力和溫度無線監測系 統。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現汽車輪胎壓力和溫度無線監測系統 包括發送端、接收端和中繼端；其中發送端包括傳感器、射頻發送模塊、控制器、天線和電源 模塊；中繼端包括天線、射頻接收模塊、信號放大模塊、控制器、射頻發送模塊和電源模塊； 接收端包括天線、射頻接收模塊、信號放大模塊、控制器、顯示裝置、報警裝置和電源模塊; 其特徵在於用定製補胎膠片將發送端固定安裝在輪胎內部，發送端位於定製補胎膠片與 輪胎內壁或輪圈之間，其中所述定製補胎膠片與輪胎內壁或輪圈之間通過補胎專用膠水粘 接固定；所述定製補胎膠片與普通補胎膠片相比，面積更大，厚度更厚，而且定製補胎膠片 具有供傳感器與輪胎內氣體接觸的氣孔。其中，系統中的接收端通過遠程發送模塊與控制中心聯絡，將工作現場的眾多汽 車組成網絡，接受控制中心的統一管理，如果駕駛員疏忽或接收端顯示裝置異常(低溫下 顯示屏易花屏)，駕駛員未在規定的時間內處理報警，此報警信號可在控制中心，以電腦顯 示屏全屏紅色閃爍和聲音報警提示有故障車輛，並提供車輛序號。其中，接收端的遠程發送模塊與控制中心的通信採用GPRS、HSCSD、WAP、EDGE、 Bluetooth、EPOC、TD-SCDMA, WCDMA, CDMA、CDMA2000、CDMA-EVDO、LTE 或 WIMAX 的方式。其中，所述傳感器包括溫度傳感器、壓力傳感器和電壓傳感器。其中，發送端和中繼端之間、接收端和中繼端之間以及發送端和接收端之間的無 線通信頻率是 315MHz、433MHz、868MHz、915MHz 或 2. 4GHz 頻段。其中，中繼端安裝在接收端和發送端傳輸的路線之間，並且中繼端可以安裝一個 或多個。其中，發送端的傳感器，採用高精度集成傳感器。其中，系統中各部分的控制器採用通用小封裝的微型處理器。其中，系統中各部分的控制器採用51系列、MSP430系列、AVR系列或Freescale系 列的8位或16位處理器。 其中，系統中的射頻採用小封裝集成晶片。其中，系統中發送端的天線採用微型天線，其他部分的天線採用小型天線或微型 天線。其中，系統中接收端的顯示裝置採用能夠同時顯示全部輪胎內壓力、溫度和各發 送端模塊供電電壓的IXD或LED。其中，系統中的報警裝置包括聲音警報和燈光警報。
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其中，所述的聲音警報採用喇叭，所述的燈光警報採用具有警示色和閃爍功能的 燈泡或LED。其中，系統中的發送端的器件採用抗高氣壓處理。其中，一個輪胎安裝一個^±發送端，一個汽車安裝一個接收端，一個汽車安裝 一個或多個中繼端，一輛汽車為一個小的無線傳感器網絡，系統中各個模塊通信引入無線 傳感器網絡通信機制，具有抗幹擾能力強，零數據丟失等優點。其中，接收端和中繼端之間還可以通過信號線連接。上述汽車輪胎壓力和溫度監測系統可以用於礦用汽車和大型貨運汽車。本發明的特徵及優點在於該系統能夠監測巨大型車輛輪胎的溫度和壓力，能夠滿 足一些特殊用途車輛輪胎的溫度和壓力的需求。本發明的另一特徵和優點在於該系統引入了中繼端，使無線傳輸距離更遠，傳輸 信號穩定，抗幹擾能力強，誤碼率低，能夠滿足一些車身特別長的汽車輪胎的溫度和壓力的 監測。本發明的再一特徵和優點在於該系統的接收端安裝在輪胎的內部，與輪胎內的氣 體充分接觸，更能準確的反映輪胎的實際溫度和壓力信息，並且安裝簡單方便，可靠性高。本發明的又一特徵和優點在於該系統帶有遠程發送模塊，將每個汽車的輪胎信息 能夠及時的發送到控制中心，控制中心可以對現場工作的汽車進行組網，通過及時了解網 內眾多汽車的工作情況，統一管理，使礦用汽車能夠在複雜、惡劣的工作環境中高效、有序 的工作。


圖1是本發明的總體安裝示意圖2是本發明的網絡控制圖3是本發明的接收端安裝圖4是本發明的系統工作圖5是本發明的發送端原理圖6是本發明的中繼端原理圖7是本發明的接收端原理圖8是本發明的發送端工作流程圖
圖9是本發明的接收端工作流程圖。
具體實施例方式本發明所述的汽車輪胎壓力和溫度無線監測系統如附圖所示，主要包括發送端1、 接收端2和中繼端3。其中發送端1包括溫度傳感器、壓力傳感器、電壓傳感器、控制器、射 頻發送模塊、天線和電源模塊；接收端2包括2根天線、射頻接收模塊、信號放大模塊、控制 器、顯示裝置、報警模塊、遠程發送模塊和電源模塊；中繼端3包括2根天線、射頻接收模塊、 信號放大模塊、控制器、射頻發送模塊和電源模塊。如圖1和圖4所示，本發明所述的汽車輪胎壓力和溫度無線監測系統包括發送端 1、接收端2和中繼端3。其中發送端1安裝在汽車的輪胎內，用於實時監測輪胎內部的氣壓、溫度和發送端電池的電量，並將採集的信號採用無線的方式準確的發送給中繼端3和接收 端2 ；接收端2安裝在駕駛室內，實時等待接收發送端1發送的數據，如果有數據傳來，將接 收到的數據通過顯示裝置顯示出來，駕駛員能夠通過顯示裝置及時了解輪胎的狀態，如果 傳來的汽車輪胎的數據超出了預先設定的限制，控制器便會啟功報警模塊報警，駕駛員能 夠及時採取相應措施，保證汽車的駕駛安全。如圖5所示，本發明所述的發送端1包括溫度傳感器、壓力傳感器、電壓傳感器、 控制器、射頻發送模塊、天線和電源模塊。溫度傳感器、壓力傳感器和電壓傳感器為檢測部 分，其作用主要是實時檢測輪胎內的溫度、壓力和電源模塊的電壓等信息，並將檢測結果傳 到控制器中；控制器是進行數據處理和控制的核心，它控制著射頻部分的啟動和信號發送； 射頻部分是無線發射部分，它的作用是將控制器傳來的數據通過無線的方式發送出去。如圖8所示，本發明所述的發送端1的工作流程為控制器啟動以後，進行初始化， 設定射頻的發射周期，一個周期內射頻部分發送一次數據，如果輪胎中有參數超過了設定 的限制立即發送數據，發送完後立即重新計數，開始一個新的周期；射頻發送的數據為輪胎 在該檢測周期內的數據信息，如果數據超出設定的限制，則發送超限的數據，發送數據的內 容包括汽車編號、輪胎編號、輪胎溫度、壓力、電源的電壓等信息。如圖3所示，本發明所述的發送端1的安裝方式是將發送端安裝在輪胎3的內部， 此種方式將檢測裝置直接與輪胎5的氣體接觸，更能準確的反映輪胎的實際情況，所測的 信息準確而且及時；發送端1的安裝方式具體是用定製補胎膠片1將發送端固定安裝在 輪胎內部，發送端丄位於定製補胎膠片i與輪胎內壁或輪圈之間，其中所述定製補胎膠片4 與輪胎內壁或輪圈之間通過補胎專用膠水粘接固定；所述定製補胎膠片i與普通補胎膠片 相比，面積更大，厚度更厚，而且具有供傳感器與輪胎內氣體接觸的氣孔。採用補胎膠片4 安裝的優點是方便安裝、成本低廉。發送端1採用的器件要採用能承受較大壓力的器件，關 鍵器件要採用抵抗大的壓力的封裝；安裝完發送端1的輪胎5要做一下動平衡。如圖6所示，本發明所述的中繼端3包括射頻接收模塊、信號放大模塊、控制器、射 頻發送模塊和電源模塊。中繼端3的作用是防止由於車身太長，導致的通信距離過大，發送 端1和接收端2之間通信信號不好，而增加了一個中間的信號放大和中轉環節；其工作流程 為射頻接收模塊接收發送端1發來的信號，通過信號放大裝置將信號放大後送到控制器 中，控制器將接收到的數據原樣的通過射頻模塊發送出去；如果信號太弱可以再增加幾個 中繼端3，使其最終能將信號準確，穩定的傳到接收端2。如圖7所示，本發明所述的接收端2包括2根天線、射頻接收模塊、控制器、顯示裝 置、報警模塊、遠程發送模塊和電源模塊。射頻接收模塊收到發送端1的數據後，將數據送 到控制器中，控制器的作用是數據處理，除此之外還對顯示裝置、報警模塊和遠端發送模塊 的進行控制；顯示裝置是人機界面窗口，可以採用IXD、LED等顯示工具；報警裝置是在輪胎 異常時提醒駕駛員要採取相應的措施，報警裝置可以採用聲音報警、警示燈報警等；遠程發 送模塊是本發明的特色之一，它能夠將分散的單個汽車的信息統一起來發送到控制中心， 控制中心及時了解該網絡內的汽車的安全情況，進行統一管理，該遠端發送模塊數據傳輸 方式採用GPRS以及新一代的無線通信方式，確保了數據的穩定性可靠性，並大大拓展了數 據的傳輸距離。如圖9所示，本發明所述的接收端2的工作流程為控制器啟動以後，進行初始化，開啟射頻接收模塊，隨時等待接收發送端發來的信息，當有信號進來時，射頻接收模塊就把 接收到的數據送到控制器中，控制器把接收到的數據進行處理，先判斷是否有數據超限，如 果有數據超限立即報警；然後將信息數據送到顯示裝置上顯示出來，顯示裝置上顯示的信 息包括輪胎編號、輪胎氣壓、輪胎內部溫度、發送端電源電壓；控制器同時將接收到的數據 送到遠程發送端，遠程發送模塊將接收到的數據進行處理，通過GPRS等無線通信方式將數 據傳到遠端的控制中心，GPRS傳輸的數據內容包括汽車編號、汽車各個輪胎的編號和胎內 信息等，遠程發送端也採用定時發送的策略，但當有輪胎的數據超過限制時，立即發送信息 給控制中心。如圖2所示，本發明所述的用於汽車的無線胎壓監測系統通過接收端2的遠程發 送模塊將數據發送到控制中心去，控制中心可以將眾多的汽車統一起來，組成網絡，建立安 全信息檔案，進行統一管理，更好的保證汽車的安全生產。本發明所述的汽車輪胎壓力和溫度無線監測系統，接收端1實時監測輪胎的內部 信息，定時發送採集信息和汽車輪胎的編號，如有異常不需等待定時周期到來，立即發送； 接收端2實時接收發送端1發送的數據並判斷是否需要報警，並將數據通過顯示裝置顯示 出來，遠程發送模塊將定期把汽車輪胎的溫度和壓力信息傳到控制中心去，如有異常則無 需等待定時周期，立即發送；中繼端3是信號的放大和中轉環節，其作用加大了接收端2和 發送端1之間的通信距離，保證了安裝在較大車輛上由於該監測系統通信距離不夠而產生 的數據丟失的現象，保證了通信的準確性和穩定性；發送端1的電源模塊採用大容量小體 積的電池，能夠滿足長時間持續的供電的要求，發送端1整體採用低功耗設計，硬體採用集 成度高的控制器和射頻器件，減少耗能器件，射頻工作頻率選擇在315MHz，433MHz，868MHz， 915MHz和2. 4G等頻段；發送端1軟體上採用低功耗的通訊協議，延長射頻的發送周期，採 集胎內信息時，儘量關閉其他模塊；接收端2供電模塊採用大容量的供電電源，安裝在駕駛 室內比較顯著的位置，便於駕駛員及時了解胎內的情況，顯示界面能夠顯示所有輪胎的內 部信息，遠程發送模塊採用GPRS以及新一代無線通信方式，保證了汽車信息能夠準確及時 的送到遠端的控制中心衝繼端3安裝在發送端1和接收端2之間，起著連接接收端2和發 送端1的橋梁作用。以上所述僅為本發明的優選並不用於限制本發明，顯然，本領域的技術人員可以 對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修 改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和 變型在內。
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權利要求
一種汽車輪胎壓力和溫度無線監測系統，系統包括發送端、接收端和中繼端；其中發送端包括傳感器、射頻發送模塊、控制器、天線和電源模塊；中繼端包括天線、射頻接收模塊、信號放大模塊、控制器、射頻發送模塊和電源模塊；接收端包括天線、射頻接收模塊、信號放大模塊、控制器、顯示裝置和報警裝置、電源模塊；其特徵在於用定製補胎膠片將發送端固定安裝在輪胎內部，發送端位於定製補胎膠片與輪胎內壁或輪圈之間，其中所述定製補胎膠片與輪胎內壁或輪圈之間通過補胎專用膠水粘接固定；所述定製補胎膠片與普通補胎膠片相比，面積更大，厚度更厚，而且定製補胎膠片具有供傳感器與輪胎內氣體接觸的氣孔。
2.根據權利要求1所述的汽車輪胎壓力和溫度無線監測系統，其特徵在於系統中的 接收端通過遠程發送模塊與控制中心聯絡，將工作現場的眾多汽車組成網絡，接受控制中 心的統一管理，如果駕駛員疏忽或接收端顯示裝置異常，駕駛員未在規定的時間內處理報 警，此報警信號可在控制中心，以電腦顯示屏全屏紅色閃爍和聲音報警提示有故障車輛，並 提供車輛序號。
3.根據權利要求2所述的汽車輪胎壓力和溫度無線監測系統，其特徵在於接收端的 遠程發送模塊與控制中心的通信採用GPRS、HSCSD、WAP、EDGE、Bluetooth、EPOC、TD-SCDMA、 WCDMA, CDMA、CDMA2000、CDMA-EVDO、LTE 或 WIMAX 的方式。
4.根據權利要求1所述的汽車輪胎壓力和溫度無線監測系統，其特徵在於所述傳感 器包括溫度傳感器、壓力傳感器和電壓傳感器。
5.根據權利要求1所述的汽車輪胎壓力和溫度無線監測系統，其特徵在於發送端 和中繼端之間、接收端和中繼端之間以及發送端和接收端之間的無線通信頻率是315MHz、 433MHz、868MHz、915MHz 或 2. 4GHz 頻段。
6.根據權利要求1所述的汽車輪胎壓力和溫度無線監測系統，其特徵在於中繼端安 裝在接收端和發送端傳輸的路線之間，並且中繼端可以安裝一個或多個。
7.根據權利要求1所述的汽車輪胎壓力和溫度無線監測系統，其特徵在於發送端的 傳感器，採用高精度集成傳感器。
8.根據權利要求1所述的汽車輪胎壓力和溫度無線監測系統，其特徵在於系統中各 部分的控制器採用通用小封裝的微型處理器。
9.根據權利要求8所述的汽車輪胎壓力和溫度無線監測系統，其特徵在於系統中各 部分的控制器採用51系列、MSP430系列、AVR系列或Freescale系列的8位或16位處理ο
10.根據權利要求1所述的汽車輪胎壓力和溫度無線監測系統，其特徵在於系統中的 射頻採用小封裝集成晶片。
11.根據權利要求1所述的汽車輪胎壓力和溫度無線監測系統，其特徵在於系統中發 送端的天線採用微型天線，其他部分的天線採用小型天線或微型天線。
12.根據權利要求1所述的汽車輪胎壓力和溫度無線監測系統，其特徵在於系統中接 收端的顯示裝置採用能夠同時顯示全部輪胎內壓力、溫度和各發送端模塊供電電壓的LCD 或 LED。
13.根據權利要求1所述的汽車輪胎壓力和溫度無線監測系統，其特徵在於系統中的 報警裝置包括聲音警報和燈光警報。
14.根據權利要求13所述的汽車輪胎壓力和溫度無線監測系統，其特徵在於所述的 聲音警報採用喇叭，所述的燈光警報採用具有警示色和閃爍功能的燈泡或LED。
15.根據權利要求1所述的汽車輪胎壓力和溫度無線監測系統，其特徵在於系統中的 發送端的器件採用抗高氣壓處理。
16.根據權利要求1所述的汽車輪胎壓力和溫度無線監測系統，其特徵在於一個輪胎 安裝一個或多個發送端，一個汽車安裝一個接收端，一個汽車安裝一個或多個中繼端，一輛 汽車為一個小的無線傳感器網絡。
17.根據權利要求1所述的汽車輪胎壓力和溫度無線監測系統，其特徵在於接收端和 中繼端之間通過信號線連接。
18.一種礦用汽車，其特徵在於其具有如權利要求1-17之一所述的汽車輪胎壓力和 溫度無線監測系統。
19.一種大型貨運汽車，其特徵在於其具有如權利要求1-17之一所述的汽車輪胎壓 力和溫度無線監測系統。
全文摘要
本發明涉及一種汽車輪胎壓力和溫度無線監測系統，系統包括發送端、接收端和中繼端；該系統通過發送端的傳感器模塊實時的監測輪胎的壓力、溫度和電源的電壓，通過無線的方式將這些信息發送到接收端，接收端將發送過來的數據顯示在顯示裝置上，如果所發送的數據異常，系統就會報警，提醒駕駛員採取相應的措施；該系統還可以將接收到的數據通過遠程發送模塊傳到遠端的控制中心，便於控制中心對汽車的統一調度和管理，該系統還帶有中繼端，提高了數據的傳輸距離。該發明的有益效果是能夠有效的監控礦用汽車等大型車輛輪胎內的溫度和壓力情況，使駕駛員及時掌控輪胎的安全信息，儘量避免由於輪胎壓力和溫度異常所造成的人員和財產損失。
文檔編號B60C23/20GK101985268SQ20101017364
公開日2011年3月16日 申請日期2010年5月17日 優先權日2010年5月17日
發明者崔彥嶺, 齊洪東 申請人:中電國科(北京)科技有限公司