通用型汽車胎溫胎壓監測系統的製作方法

2023-06-15 04:22:11

本發明涉及汽車電氣領域，具體的涉及一種輪胎檢測裝置。

背景技術：

隨著生活水平在不斷提髙，社會技術不斷的進步，汽車也逐漸的成為人們生活、工作中最重要的交通及運輸工具。目前，我國機動車數量己經達到2.79億輛，全國擁有機動車駕駛執照人員己經超過3.2億人。汽車輪胎是確保汽車安全行駛的一個重要部件，其性能的優劣直接影響到汽車的驅動性、通過性、平順行、穩定性、安全性和舒適性等。在汽車的高速行駛過程中,輪胎故障是所有駕駛者最為擔心和最難預防的，也是突發性、惡性交通事故發生的重要原因之一。然而對載貨的加長貨車來說，輪胎事故造成的損害更是無法計量。據統計，在中國高速公路上發生的交通事故有46%是由輪胎發生故障引起的，而其中爆胎就佔到輪胎故障導致事故總量的70%。顯而易見，爆胎是道路交通事故的頭號殺手，怎樣減少交通事故，最大限度地減少由於輪胎爆胎而引發的交通事故，尤其是防範由此引發的群死群傷事故，已經成為各界共同關心的話題。

汽車輪胎壓力監測系統(tpms)就是在這種需求下應運而生的。tpms首先是在美國提出，並制訂了強制標準來推廣其應用，從2007年9月開始總重量在4356kg以下的新車必須配備tpms系統。其他國家也相繼推出了自己的標準，歐盟於2012年出臺了tpms強制標準，韓國和日本的tpms強制標準在2013年推出。而我國在2011年7月1日也開始實施tpms推薦性技術標準。由於國外推行tpms系統較早，所以研發生產的tpms系統也比較成熟，其主要的生產商也研發生產了自家的tpms系統，如米其林集團公司、加拿大斯馬輪胎設備公司、日本橫濱公司和固特異輪胎橡膠公司等。而我國tpms相關的內容最早在國家標準裡面涉及到是在2003年11月24日發行的中華人民共和國的國家標準《機動車運行安全技術條件》中，在安全防護裝置的條款中也增設了新的規定：「車長大於6m的長途客車和旅遊客車、最大設計總質量大於12000kg的載貨汽車和載貨牽引車應安裝輪胎壓力報警裝置」「有關部分機動車應安裝輪胎壓力報警裝置的要求，自本標準發布之日起第25個月開始對新註冊車實施」。這標誌著我國也開始重視tpms系統。

目前，國內輪胎爆胎預警系統的相關產品已有推出，但大多技術性能不甚完善或系統簡易，產品也沒有形成一定的規，而且主要應用於小型汽車，隨著車載電子產品和大型車輛的增多，傳統的tpms系統在採集壓力、溫度等傳感信號時，將面臨著傳輸距離遠、幹擾大、傳輸信號不可靠等問題。

技術實現要素：

為解決上述問題，本發明採的技術方案是：一種通用型汽車胎溫胎壓監測系統，包括傳感器模塊、接收器模塊和顯示器模塊，所述的傳感器模塊和接收器模塊間採用射頻信號傳輸數據，所述的傳感器模塊包括:

（1）一個集加速度傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、電壓監測傳感器、微處理器、rf發射器於一體的sp370晶片，

（2）一塊容量為500mah的寬溫電池；

（3）所述的接收器模塊，包括:一個以tda5235為rf接收晶片的接收器；

（4）所述的顯示器模塊，包括：

（5）一個以5v供電的stc系列單片機為mcu的顯示控制電路，

（6）一個128*64lcd點陣液晶屏，

（7）一塊以lm2596為主晶片的電源電路。

本發明的更優選方案為：所述的傳感器模塊，集傳感器、mcu、rf發射模塊於一體，體積小、集成度高、數據採集可靠性好。並且，sp370有多種工作模式，可以有效地降低功耗。所述的顯示器模塊電源電路，採用lm2596作為主晶片，可以支持5~30v輸入，適用各種車型。

本發明的技術構思是：傳感器模塊包含的組件有集加速度傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、電壓監測傳感器、微處理器、rf發射器於一體的sp370和容量為500mah的寬溫電池。sp370通過內部定時的機制，周期性的喚醒並採集傳感器信息，並將採集到的數據模擬量通過433.92mhz的fsk調頻方式上傳給接收器，sp370在沒採集發送數據時處於休眠狀態以節省電量。接收器模塊包含的組件有以tda5235為rf接收晶片的接收器。接收器採用fsk調頻方式接收傳感器的無線信號，並將胎壓、胎溫、加速度、電池電壓這些模擬量按擬定的無線協議進行解析，並將解析完的數據通過串行口上傳給顯示器。顯示器模塊包含的組件有一個以5v供電的stc系列單片機為mcu的顯示控制電路、一個128*64lcd點陣液晶屏、一塊以lm2596為主晶片的電源電路。顯示器接收到接收器的傳感器信息，通過判定傳感器id是否為本機所需的id，篩選傳感器信息，並將本機的傳感器胎壓、胎溫顯示出來，實現輪胎壓力溫度的實時監控。

本發明的技術優勢在於:無需對現有車輛進行任何改造，安裝調試方便快捷,基於sp370內部mcu定時及隨機數延時相結合的複合定時算法，有效降低了不同傳感器同時發送數據而造成的丟包、誤包概率,具有抗幹擾能力強，操作簡單，價格低廉等特點，適用於各種車型，有較好的應用前景。

附圖說明

圖1是本發明整體工作模塊示意圖

圖2是本發明傳感器模塊電路原理圖

圖3是本發明接收器模塊電路原理圖

圖4是本發明顯示器模塊電路原理圖

圖5是輪胎定位配置軟體流程圖；

圖6是隨機延時軟體流程圖；

圖7是接收判斷軟體流程圖；

具體實施方式

參照圖1，為了滿足實時性的要求，由於汽車電磁幹擾大，汽車元件多而複雜，信號傳輸容易受幹擾與屏蔽。新的方案採用英飛凌sp370傳感模塊和tda5235rf接收晶片設計了一種直接式汽車胎溫胎壓監測系統。sp370作為tpms的數據採集發射模塊，動態監測汽車各輪胎的參數，並把動態參數通過其自帶的rf發射模塊傳輸到位於汽車駕駛室內的rf接收模塊上，實現汽車輪胎故障預警功能。傳感器部分包括sp370晶片、rf天線、紐扣電池和調試接口。接收器部分包括rf天線和接收器。顯示器部分包括mcu、lcd、鍵盤和蜂鳴器。傳感器部分和接收器部分通過無線傳輸來實現數據傳遞，接收器將收到的傳感器數據以串行通信的方式上傳給顯示器。顯示器接收到接收器的傳感器信息，通過判定傳感器id是否為本機所需的id，篩選傳感器信息，將本機的傳感器胎壓、胎溫顯示出來，並在數據異常時報警。

參照圖2，是輪胎壓力監測系統傳感器模塊的具體電路圖，傳感器發射模塊安放在每個車輪的輪轂上，工作條件惡劣。要求測量模塊具有寬溫、抗幹擾能力強、測量精度高、發射穩定性好、體積小等特點。所以選擇英飛凌公司的傳感器sp370為主晶片。sp370是集加速度傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、電壓監測傳感器、微處理器、rf發射器於一體的系統模塊，有較高的集成度和測量精確度，用戶只需配置外圍電路和程序即可實現信號的採集發送。採用cr2450寬溫電池進行供電，容量為500mah，工作溫度為-40—125℃，滿足極端環境下的使用需求。rf發射器可以配置成ask、fsk調製發射及低頻喚醒功能。基於穩定性和可靠性選擇頻率433.92m的fsk發射模式，為了有效降低系統的功耗從而延長模塊的使用壽命，在汽車靜止的時，將測量模塊設置為空閒模式，在汽車行駛時，通過低頻喚醒功能將測量模塊由休眠模式切換成測量模式。

參照圖3，是輪胎壓力監測系統接收器模塊的具體電路圖，接收器選用英飛凌公司的tda5235，tda5235有數字數據處理能力強、接收靈敏度高等優點。該晶片支持433.92mhz頻段，支持fsk解碼並自動提取出有效數據存入內部fifo後產生中斷，等待cpu提取信息。tda5235與cpu的接口為spi串行接口；必要時為了降低系統功耗，可將p_on引腳拉低晶片進入待機模式；該晶片還具有自動喚醒功能。靈敏度達到-122dbm，從而使得傳感器、接收器的空曠距離100米時接收成功率為100%。

參照圖4，是輪胎壓力監測系統顯示器模塊的具體電路圖，顯示器部分電路由顯示控制電路、蜂鳴器電路、電源電路組成。mcu採用stc系列單片機，5v供電，加密方式可靠。顯示器採用128*64lcd點陣液晶屏，可以同時顯示8個輪胎的狀態信息。蜂鳴器採用直流蜂鳴器，在報警時以聲響提示。電源電路採用lm2596作為主晶片，可以支持5~30v輸入，適用各種車型。顯示器部分模塊主要實現的功能包括胎壓信息的處理、顯示和報警。mcu對數據進行分析、處理，並將壓力、溫度信息顯示在液晶顯示屏上，並在模塊監測到異常胎壓、胎溫時進行報警。

參照圖5，是輪胎定位配置軟體流程圖，實際情況中，由於各個輪胎的工作條件和負荷不同，會導致汽車左右輪胎的磨損不均問題，為了延長輪胎的使用壽命，會定期適時地交換輪胎位置，這就導致原來存儲在接收模塊存儲器中的位置信息與各輪胎對應關係失效，如果不更新信息，顯示就會錯位。目前為了解決輪胎換位時的重定位問題,主要採用了定編碼形式、界面輸入、低頻喚醒、天線接收近發射場等四種定位技術。然而這四種技術在實際應用都存在使用不方便及抗幹擾差的問題。本發明基於抗幹擾和使用便捷性提出了一種在顯示器界面中區分傳感器輪胎定位方案。所謂區分傳感器,即胎壓監測模塊在出廠時即設定好安裝位置。比如對於四輪小轎車而言，000代表左前輪，001代表右前輪，010代表後左輪，011代表後右輪（大型車輛依次類推），這兩位編碼和傳感器的唯一id碼作為數據的一部分發送給顯示器部分，通過對顯示器的mcu進行編程，實現編碼的識別和循環選擇。使用者在調換輪胎後，只需記住順序即可，通過在lcd部分進行簡單的操作就可實現輪胎的準確重新定位。

參考圖6，是隨機延時軟體流程圖，傳感器sp370內置了定時器，由於傳感器的喚醒周期相同，所以有存在不同傳感器一直同時喚醒的可能。為了解決這一問題，在軟體設計時，增加了隨機延時的措施。即在傳感器的定時器設置時以不規律的隨機延時序列改變傳感器的喚醒周期，並將該周期限定在0.2s內。既能規避了不同傳感器一直同時喚醒的問題，又能保證傳感器的喚醒周期不偏離實際需求。大大提高了傳輸的準確性。

參考圖7，是接收判斷軟體流程圖，由於幹擾的存在接收到的數據包不可避免會有誤包存在，如何對數據包進行準確的識別關係到整個系統的精確度。採用crc檢查能夠剔除數據傳輸過程中的錯誤數據包，循環冗餘檢查（crc）是一種數據傳輸檢錯功能，對數據進行多項式計算，並將得到的結果附在幀的後面，接收設備也執行類似的算法，以保證數據傳輸的正確性和完整性。每個數據包都包含序列號段，用來判斷是否有丟包及重複數據包。數據包還包含sp370出廠帶有的獨一無二的id號，來匹配輪胎的位置，以便於正確顯示和消除其他汽車發射模塊的幹擾。