輪胎壓力檢測裝置的製作方法
2023-12-09 22:41:51 3
專利名稱：輪胎壓力檢測裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種輪胎壓力檢測裝置。
本實用新型的目的是採用如下技術方案予以實現的本實用新型包括數據採集和發射模塊、數據接收模塊及人機互動界面，其特徵在於數據採集和發射模塊安裝在汽車輪胎內，它向數據接收模塊傳輸數據是以無線射頻(RF)的方式進行的，方向是單向的，即單向由數據採集和發射模塊向數據接收模塊傳輸。
數據採集和發射模塊直接安裝在汽車輪胎內部，而且一一對應，數據接收模塊和人機互動界面部分安裝在車廂內，它們之間的數據傳輸是雙向的，是靠物理介質相連接的，即靠電纜線來傳輸數據的數據採集和發射模塊主要由以下幾個部分構成●數碼式壓力傳感器；
●四位微處理器；●無線射頻發射裝置；●電源部分；其中，數碼式壓力傳感器連接有四位微處理器及無線射頻發射裝置，電源部分為數碼式壓力傳感器、四位微處理器及無線射頻發射裝置供電。
在裝置中直接選擇自帶模數轉換器(ADC)的數碼式壓力傳感器，由美國的SENSONOR公司提供的SP**系列的數碼式壓力傳感器最佳。
SP**系列的數碼式壓力傳感器是SENSONOR公司專門為輪胎壓力檢測而設計生產的專用集成電路(ASIC)。它利用的是壓阻現象的原理，具有低功耗、應用靈活、性能可靠等優點。
選擇ATMEL公司的MARC4系列的四位微處理器。它們是ATMEL公司專門為IR和RF無線通訊遙控和相控而設計的高集成度的四位微處理器。它包含有ROM、RAM、串口、兩個8位的定時(計數)器、數據機、看門狗定時器、外部時鐘輸入等等。
選擇了TEMIC公司的U27**系列的射頻發射晶片。它們是TEMIC公司專門為低功耗無線射頻數據傳輸而設計生產的射頻發射晶片。它具有以下主要特徵●需擴展的外部電路簡單；●工作低功耗；●工作電壓範圍寬；●工作環境溫度範圍寬；
●可以為微處理器輸出XTO時鐘；數據接收模塊是輪胎壓力數據的接收裝置。它直接安裝在汽車車廂內部，數據接收模塊主要由以下幾個部分構成●四位微處理器；●無線射頻接收裝置；●電源部分；●其中，無線射頻接收裝置通過四位微處理器將信號傳遞至人機互動界面，電源部分為無線射頻接收裝置及四位微處理器供電。
在射頻發射裝置外部加撥動選擇開關。
數據採集和發射模塊直接安裝在汽車輪胎內部，而且一一對應，數據接收模塊和人機互動界面部分安裝在車廂內，它們之間的數據傳輸是雙向的，是靠物理介質相連接的，即靠電纜線來傳輸數據的數據採集和發射模塊主要由以下幾個部分構成●數碼式壓力傳感器；●四位微處理器；●無線射頻發射裝置；●電源部分；其中，數碼式壓力傳感器連接有四位微處理器及無線射頻發射裝置，電源部分為數碼式壓力傳感器、四位微處理器及無線射頻發射裝置供電。
在裝置中直接選擇自帶模數轉換器(ADC)的數碼式壓力傳感器，由美國的SENSONOR公司提供的SP**系列的數碼式壓力傳感器最佳。
SP**系列的數碼式壓力傳感器是SENSONOR公司專門為輪胎壓力檢測而設計生產的專用集成電路(ASIC)。它利用的是壓阻現象的原理，具有低功耗、應用靈活、性能可靠等優點。
選擇ATMEL公司的MARC4系列的四位微處理器。它們是ATMEL公司專門為IR和RF無線通訊遙控和相控而設計的高集成度的四位微處理器。它包含有ROM、RAM、串口、兩個8位的定時(計數)器、數據機、看門狗定時器、外部時鐘輸入等等。
選擇了TEMIC公司的U27**系列的射頻發射晶片。它們是TEMIC公司專門為低功耗無線射頻數據傳輸而設計生產的射頻發射晶片。它具有以下主要特徵●需擴展的外部電路簡單；●工作低功耗；●工作電壓範圍寬；●工作環境溫度範圍寬；●可以為微處理器輸出XTO時鐘；數據接收模塊是輪胎壓力數據的接收裝置。它直接安裝在汽車車廂內部，數據接收模塊主要由以下幾個部分構成●四位微處理器；●無線射頻接收裝置；●電源部分；●其中，無線射頻接收裝置通過四位微處理器將信號傳遞至人機互動界面，電源部分為無線射頻接收裝置及四位微處理器供電。
在射頻發射裝置外部加撥動選擇開關。
數據採集和發射模塊安裝在汽車輪胎內，它向數據接收模塊傳輸數據是以無線射頻(RF)的方式進行的，方向是單向的，只能由數據採集和發射模塊向數據接收模塊傳輸，而不能反向傳輸數據。安裝在各個汽車輪胎內的數據採集和發射模塊部分內置壓力傳感器數據接收模塊和人機互動界面部分安裝在車廂內，它們之間的數據傳輸是雙向的，是靠物理介質相連接的，即靠電纜線來傳輸數據的。數據接收模塊傳給人機互動界面部分的是輪胎壓力數據，其將顯示在人機互動界面的顯示器上，供駕駛人員讀閱。反過來，人機互動界面部分傳給數據接收模塊是人的指令，比如輪胎壓力的報警門限值的設定數據。
如上所述，本實用新型可以分成主要的三大部分數據採集和發射模塊部分、數據接收模塊部分、人機互動界面部分。不難看出，各個部分相應完成以下的功能數據採集和發射模塊部分實現以下功能●採集輪胎壓力數據；●將壓力數據以射頻方式發出；數據接收模塊部分實現以下功能●接收射頻數據；●對接收到的數據進行處理；●將壓力數據送到顯示器上顯示；●發出報警或正常的聲形並茂的指示信號；●接收和執行人從鍵盤輸入的指令；人機互動界面部分實現以下功能
●接收壓力數據並將其顯示；●顯示報警或正常的聲形並茂的狀態；●提供鍵盤輸入；本實用新型是「主動式」的依靠壓力傳感器和無線射頻傳輸數據方式來檢測的輪胎壓力的TPMS裝置。
裝置工作時，安裝在各個汽車輪胎內的數據採集和發射模塊部分的壓力傳感器將檢測到各個輪胎當前時間的氣體壓力，這些數據將會被數據採集和發射模塊內的微處理器處理與後再傳給本模塊內的無線射頻發射晶片，無線射頻發射晶片再將壓力數據調製後，以無線射頻信號發射給安裝在車廂內接收模塊。
數據接收模塊通過無線射頻接收晶片接收到無線射頻信號後，將其解調成微處理器可以識別的二進位代碼，即壓力數據。微處理器再將該數據送到人機互動部分的顯示器上顯示出來。若該數據沒有超出報警門限值，則微處理器指示相應的指示燈為綠色；若該數據超出報警門限值，則微處理器指示相應的指示燈為紅色，並驅動蜂鳴器鳴叫報警。
不同的汽車輪胎的運行壓力都不同，即使同一輪胎太不同的環境的下的運行壓力也是不同的。因此駕駛人員要根據環境和輪胎的不同而進行壓力報警門限值的設定。這時通過人機互動部分的鍵盤來實現的。
因數據採集和發射模塊的數據量不是很大，僅僅只需要進行讀取壓力傳感器的壓力數據和將數據傳給無線射頻發射晶片，以及控制無線射頻發射晶片開關等比較簡單的操作。此外，數據採集和發射模塊是直接安裝在輪胎內部的，只是靠鋰電池供電，更換電池是比較麻煩的事情。所以，我們要求數據採集和發射模塊各個部分的功耗都要相當低。
本實用新型選擇ATMEL公司的MARC4系列的四位微處理器。它們是ATMEL公司專門為IR和RF無線通訊遙控和相控而設計的高集成度的四位微處理器。它包含有ROM、RAM、串口、兩個8位的定時(計數)器、數據機、看門狗定時器、外部時鐘輸入等等。
無線射頻部分是至關重要的環節，我們選擇了TEMIC公司的U27**系列的射頻發射晶片。它們是TEMIC公司專門為低功耗無線射頻數據傳輸而設計生產的射頻發射晶片。它具有以下主要特徵●需擴展的外部電路簡單；●工作低功耗；●工作電壓範圍寬；●工作環境溫度範圍寬；●可以為微處理器輸出XTO時鐘；●可以工作在FSK和ASK兩種方式；●頻率解析度高；●自帶鎖相環(PLL)；●數據傳輸速度高；區分不同數據發射模塊也就是區分不同汽車輪胎，只有這樣，我們才能判斷當時傳過來的數據是由哪一個輪胎內的無線射頻發射裝置發出的。如果這一點解決不好的話整個裝置將只是毫無疑義的擺設。由此可見，不同數據發射模塊區分的重要性。對此我們提出以下解決方法1.採用不同的頻點。對於不同的數據採集和發射模塊，我們通過軟體或硬體的設定，使得它們具有互不相同的射頻發射頻率，對應的接收模塊只能接收對應頻率的射頻信號數據。這樣就區分出了不同的輪胎。
2.輪流發射。若不同的數據採集和發射模塊工作在同一頻點的話，我們可以通過規定時鐘基準使得不同的輪胎內的無線射頻發射裝置按照事先固定的順序來發射數據，接收模塊也按照同樣的順序來接收數據，這樣就區分出了不同的輪胎。
3.加識別碼。對於不同的數據採集和發射模塊在每次發射射頻信號數據時，都在數據中加上該模塊的唯一的一個識別碼。接收模塊接收到數據時，都事先要判斷識別碼是不是自己的，若是，則接收後面的數據；若不是，則繼續等待。這樣就區分出了不同的輪胎。
在具體的設計實施中，考慮到方法的可行性和設計出的設備工作的可靠性等方面的要求，我們可以將第二和第三種方法相結合來使用，即在同一頻點採用分時和加識別碼相結合的方法，具體實施如下
在分時方法上，可通過軟體設定，使得各個發射裝置具有不同的發射周期，而且要進行連續兩次發射，兩次間隔時間要遠小於發射周期。比如說，1、2、3、4號發射裝置的發射周期分別為60秒、70秒、80秒、90秒，兩次間隔時間為1秒，這就使得各個發射裝置的發射時刻基本相互錯開，射頻接收裝置就可以根據識別碼來辨別所接收到數據是由哪一個發射裝置發送過來的了。但有的時候，可能出現兩個或多個發射裝置同時發送數據的情況，這勢必產生相互幹擾，使數據發生錯誤，這樣射頻接收裝置在對所接收到的數據進行校驗時，必定會發現這種錯誤。於是，射頻接收裝置就將此次接收到的數據丟失，並等待接收由同一射頻發射裝置第二次發送過來數據。若兩次數據都發生錯誤的話，射頻接收裝置就跳過對這一射頻發送裝置數據的接收，進入對下一射頻發送裝置數據的接收的狀態。當然兩次數據都發生錯誤，這樣的事件發生概率是極低的。
在識別碼的編碼方法上可以採用隨機數作編碼的方法。就是各個發射裝置都有一個隨機數發生程序，在裝置復位或喚醒時，裝置都要調用該隨機數發生程序產生一個隨機數作為該射頻發送裝置的ID編碼。同時說明一點，各個射頻發送裝置的隨機數又是具有一定範圍的，比如說，1、2、3、4號射頻發送裝置的隨機數的範圍分別為0～100、101～200、201～300、301～400，射頻接收裝置就可以根據接收到的ID編碼的範圍來確認所接收到的數據來自於那一個發射裝置。
正常工作狀態下，接收裝置在接收到ID以後，就將其保存起來，以作下次識別數據的根據。下次接收到數據時，首先判斷ID是否相符，相符就作進一步處理，否則將其棄。這樣即使接收到ID在同一範圍內的不同發射裝置發出的數據時，也能準確選擇屬於本套裝置的數據。這樣就避免了「錯車問題」的發生，防止了距離的不同車輛相同編號輪胎內發射裝置的幹擾，避免接收到別的車的輪胎的壓力數據。
每當某一個射頻發射裝置復位或喚醒時，裝置都要調用隨機數發生程序產生一個隨機數作為該射頻發送裝置的ID編碼。而在接收裝置端，在對應的那個射頻發射裝置休眠期間，其沒有接收到對應的那個射頻發射裝置的數據已經超過一定次數(比如超過10次)，它就判定對應的那個射頻發射裝置已經休眠。當只要再次接收到ID在相應範圍內的數據並經校驗無誤時，就將其當作合法的數，並提取其中的ID作為新的ID，將原來的ID覆蓋掉，以後就用新的ID進行數據身份識別，即不同射頻發射裝置的識別。
在如何對射頻發射裝置的隨機數ID範圍和發射周期進行尋選擇設定方面，本實用新型採取了在射頻發射裝置外部加撥動選擇開關的方法。我們在射頻發射裝置的外部安裝上兩個兩檔撥動的雙波開關，兩者可以組成四種狀態(即00、01、10、11)，分別表示相應的一種射頻發射裝置的隨機數ID範圍和發射周期。這樣射頻發射裝置就可以做成通用的，在安裝時只需要對其進行最簡單的外部設定，這給維修和跟換帶來大大的方便。
前面我們也有提到，數據採集和發射模塊電源的提供問題是至關重要的，因為數據採集和發射模塊是安裝在汽車輪胎內部的，其電源的檢測和電源的更換將是一件很麻煩的事情，所以我們要求數據採集和發射模塊的電源一定要經久耐用，數據採集和發射模塊也一定要儘量工作在節電的狀態，儘量減少電能的消耗。
基於以上考慮，採用鋰電池供電的方法。我們可以採用高容量的單片鋰電池給數據採集和發射模塊供電，而且必要時可以採用冗餘型的方法，即同時用多片同類型的鋰電池給裝置供電，儘量延長供電周期。
由數據接收模塊的結構可以看出，此模塊將主要實現以下功能●接收輪胎壓力數據；●處理輪胎壓力數據；●接收人機互動界面模塊傳過來的指令；●將壓力數據傳送給人機互動界面；由數據採集和發送模塊中的無線射頻發射裝置發送過來的無線射頻信號被數據接收模塊接收以後送到微處理器，微處理器將射頻信號還原成壓力數據，再對其進行處理，依照該數據判定此時輪胎氣壓的狀態，並將此狀態送到人機互動界面進行顯示。汽車駕駛人員可以通過人機互動界面將指令和初始化設置值送到此模塊。
同數據採集和發送模塊一樣，在我們的這個輪胎壓力檢測裝置(TPMS)的數據接收模塊中，我們選擇微處理器時同樣要考慮以下兩個最主要的問題●數據量的問題；
●功耗的問題；鑑於以上的因素，決定將微處理器同樣選成ATMEL公司的MARC4系列的四位微處理器，它是ATMEL公司專門為IR和RF無線通訊遙控和相控而設計的高集成度的四位微處理器。它包含有ROM、RAM、串口、兩個8位的定時(計數)器、數據機、看門狗定時器、外部時鐘輸入等等。它們的ROM存儲器是8位的，容量是4K；而RAM存儲器4位的，容量是256。
如前所述，在輪胎壓力檢測裝置中，無線射頻部分是至關重要的環節，所以在接收發射晶片時，仍然主要考慮以下幾個問題●功耗的問題；●晶片的發射頻帶寬度；●工作可靠性的問題；在數據採集和發射模塊中選擇了U27**系列晶片作為射頻發射晶片，所以我們選擇相應的U37**系列的晶片做無線射頻接收晶片，它們是TEMIC公司專門為低功耗無線射頻傳輸裝置而設計的射頻接收晶片，其主要特徵如下●自帶PLL；●有兩種工作模式休眠(sleep)和激活(active)；●外圍擴展電路最小化；●高靈敏度；●低功耗；●4.5-5.5V電源；
●工作環境溫度-40℃-105℃；●ESD保護；●可同微處理器雙向傳輸數據；以下設計方案均以四個輪胎的車為例，其它型號的車的情況可以類推。
由於各輪胎壓力的信號數據是在駕駛室中在線顯示，為了便於司機使用和操作，交互界面的設計方案一定要本著簡捷、方便和操作性強的原則來設計。
在方案的功能設計中，要包括以下方面●各輪胎的壓力上限設置；●各輪胎的壓力下限設置；●各輪胎的壓力在線顯示；●各輪胎的壓力超限聲音和燈光報警；●報警時按任一鍵停止報警；●清除壓力報警提示；●查詢特定輪胎的壓力數據；輪胎壓力正常時候，狀態指示燈為綠色，報警蜂鳴器靜音。當某個輪胎壓力超過報警門限時，相應的狀態指示燈變成紅色，且不停閃爍，同時報警蜂鳴器發聲報警。報警時，駕駛人員可以按任意按鍵關閉報警蜂鳴器，但只要輪胎壓力是超過報警門限的，指示燈就一直為閃爍著的紅色。
顯示界面的外觀設計給出兩種形式
第一種形式就是將同一顯示器分成相等的四個區域，並將它們編好號，每個區域顯示對應的輪胎的壓力。
另一種形式就是整個顯示器不分區域，滾屏顯示，但每屏只顯示一個輪胎的壓力。
可以選擇以下不同類型的顯示器●字符型的顯示器；●段碼型的顯示器；●點陣型的顯示器；鍵盤的設計方案是本著愈簡單愈好的原則來設計，因為在大多數情況下，對鍵盤的操作都是在司機正在駕車的情況下進行的，所以我們綜合裝置的功能以及其可操作性，定義了四個鍵來完成裝置的整體操作。
操作流程如下A.開機顯示與不進行操作時顯示的是第一級界面默認界面(0)B.按「設置/確認」後顯示第二級界面設置1#輪胎界面(1)C.這時如果按「增加」或「減少」則在第二級界面中的各界面(界面1，2，3，4)中切換。
這時，如果按「返回」，則返回第一級界面。
選中這裡的任一界面後，再按「確認」後，就進入第三級界面設置壓力上限與下限，可以進行壓力報警的上下限設置。
D.進入第三級界面後，這時按「增加」或「減少」，就進行壓力上限的設置。或按「確認」健跳到同一界面的壓力下限設置。如果從第二級跳到第三級後沒有設置壓力上限值，按「確認」後，也會跳到同一界面的壓力下限設置。
E.設置完壓力下限數值後，如果按「確認」，則保存數值並返回第二級界面；如果按「返回」，則不保存數值並返回到第二級界面。
F.返回到第二級界面後，則又可以按照C步進行操作。
注設置壓力上限和設置壓力下限是同一界面不同的行。
數據接收模塊和人機互動界面部分安裝在車廂內，它們之間的數據傳輸是雙向的，是靠物理介質相連接的，即靠電纜線來傳輸數據的。數據接收模塊傳給人機互動界面部分的是輪胎壓力數據，其將顯示在人機互動界面的顯示器上，供駕駛人員讀閱。反過來，人機互動界面部分傳給數據接收模塊是人的指令，比如輪胎壓力的報警門限值的設定數據。
權利要求1.輪胎壓力檢測裝置，包括數據採集和發射模塊、數據接收模塊及人機互動界面，其特徵在於數據採集和發射模塊安裝在汽車輪胎內，它向數據接收模塊傳輸數據是以無線射頻(RF)的方式進行的，方向是單向的，即單向由數據採集和發射模塊向數據接收模塊傳輸，數據接收模塊和人機互動界面部分安裝在車廂內，它們之間的數據傳輸是雙向的，是靠物理介質相連接的，即靠電纜線來傳輸數據的。
2.根據權利要求1所述的輪胎壓力檢測裝置，其特徵在於數據採集和發射模塊主要由以下幾個部分構成●數碼式壓力傳感器；●四位微處理器；●無線射頻發射裝置；●電源部分；其中，數碼式壓力傳感器連接有四位微處理器及無線射頻發射裝置，電源部分為數碼式壓力傳感器、四位微處理器及無線射頻發射裝置供電，數據接收模塊是輪胎壓力數據的接收裝置，它直接安裝在汽車車廂內部，數據接收模塊由以下幾個部分構成●四位微處理器；●無線射頻接收裝置；●電源部分；●其中，無線射頻接收裝置通過四位微處理器將信號傳遞至人機互動界面，電源部分為無線射頻接收裝置及四位微處理器供電。
3.根據權利要求1所述的輪胎壓力檢測裝置，其特徵在於數據採集和發射模塊直接安裝在汽車輪胎內部，而且一一對應。
4.根據權利要求1或2或3所述的輪胎壓力檢測裝置，其特徵在於在裝置中直接選擇自帶模數轉換器(ADC)的數碼式壓力傳感器。
5.根據權利要求4所述的輪胎壓力檢測裝置，其特徵在於所述的數碼式壓力傳感器為SP**系列。
6.根據權利要求5所述的輪胎壓力檢測裝置，其特徵在於選擇ATMEL公司的MARC4系列的四位微處理器，該四位微處理器包含有ROM、RAM、串口、兩個8位的定時(計數)器、數據機、看門狗定時器及外部時鐘輸入。
7.根據權利要求6所述的輪胎壓力檢測裝置，其特徵在於在數據採集和發射模塊中選擇了U27**系列晶片作為射頻發射晶片，選擇相應的U37**系列的晶片做無線射頻接收晶片。
8.根據權利要求7所述的輪胎壓力檢測裝置，其特徵在於在射頻發射裝置外部加撥動選擇開關。
專利摘要本實用新型公開了一種輪胎壓力檢測裝置，包括數據採集和發射模塊、數據接收模塊及人機互動界面，其特徵在於數據採集和發射模塊安裝在汽車輪胎內，它向數據接收模塊傳輸數據是以無線射頻(RF)的方式進行的，方向是單向的，即單向由數據採集和發射模塊向數據接收模塊傳輸，數據接收模塊和人機互動界面部分安裝在車廂內，它們之間的數據傳輸是雙向的，是靠物理介質相連接的，即靠電纜線來傳輸數據的，數據採集和發射模塊主要由以下幾個部分構成數碼式壓力傳感器；四位微處理器；無線射頻發射裝置；電源部分；其中，數碼式壓力傳感器連接有四位微處理器及無線射頻發射裝置，電源部分為數碼式壓力傳感器、四位微處理器及無線射頻發射裝置供電。
文檔編號G01L17/00GK2599558SQ02249470
公開日2004年1月14日 申請日期2002年11月11日 優先權日2002年11月11日
發明者蔣曉華, 劉慶宇, 葉堅, 李永兵 申請人:歐比特(珠海)軟體工程有限公司