朱文武，朱必武

（長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安710061）

汽車胎壓采集模塊的設(shè)計(jì)與研究

朱文武，朱必武

（長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安710061）

現(xiàn)在由于輪胎引起的汽車事故是越來(lái)越多，特別是在夏天高溫的路面上高速行駛的汽車。因此，輪胎的安全性對(duì)于汽車的安全性至關(guān)重要。本文論述了通過(guò)基于無(wú)線通信模塊和壓力傳感器的汽車胎壓采集模塊的硬件和軟件的設(shè)計(jì)與研究，可以為我們的汽車用戶提供實(shí)時(shí)的胎壓數(shù)據(jù)。從而有效的防止因?yàn)檩喬ザ鴰?lái)的交通事故。

無(wú)線通信模塊；汽車胎壓采集模塊；壓力傳感器

CLC NO.:U463.8Document Code:AArticle ID:1671-7988(2015)06-76-02

引言

大家都知道車輛前進(jìn)動(dòng)力推進(jìn)點(diǎn)是我們的輪胎，同時(shí)也是車身保持平衡的著力點(diǎn)，因此，輪胎的安全性對(duì)于乘客的生命安全是非常重要的。目前對(duì)輪胎安全性監(jiān)測(cè)最有效的手段是通過(guò)輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（Tire Pressure Monitoring System，TPMS）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輪胎的氣壓，可以有效的預(yù)防和防止爆胎的發(fā)生。胎壓已經(jīng)是汽車數(shù)據(jù)中非常重要的數(shù)據(jù)。但是對(duì)于一些低配車型依然沒(méi)有配備此系統(tǒng)，特別是對(duì)輪胎安全性能要求較高的重型運(yùn)輸車輛。所以在我們把胎壓數(shù)據(jù)采集模塊安裝在我們的車輛的管理系統(tǒng)中，為我們的駕駛員實(shí)時(shí)提供胎壓信息并存儲(chǔ)，這樣就可以最大程度上防止交通事故的發(fā)生，同時(shí)如果我們的車輛出現(xiàn)爆胎，根我們可以根據(jù)儲(chǔ)存的胎壓數(shù)據(jù)來(lái)分析事故發(fā)生的原因等。

1、汽車胎壓模塊硬件設(shè)備

由于我們的壓力傳感器安裝在輪胎上，我們需要采用無(wú)線通信的方式。因此我們的無(wú)線通信模塊的穩(wěn)定性直接關(guān)系到我們采集到的胎壓數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。而無(wú)線通信的在汽車這個(gè)高電磁噪聲的環(huán)境下極易受到干擾。因此硬件設(shè)計(jì)中的無(wú)線參數(shù)的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，只有無(wú)線通信穩(wěn)定才能保證我們采集到數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

在我們的實(shí)際應(yīng)用中，胎壓傳感器始終處于發(fā)送狀態(tài)，而我們的終端始終是接收狀態(tài)，所以我們的胎壓監(jiān)測(cè)模塊一般選擇獨(dú)立的單發(fā)射和單接收芯片，這樣可以有利于我們的成本的節(jié)約和功耗的降低。綜合考慮各種因素，本文系統(tǒng)車載數(shù)據(jù)采集終端的胎壓監(jiān)測(cè)模塊所采用的433MHZ射頻發(fā)射芯片和接受芯片分別為:Micrel公司的發(fā)射芯片MICRF112和接收芯片MICRF211。芯片工作頻段為380MHZ～450MHZ。

采用這兩種芯片的優(yōu)點(diǎn)是:

低功耗，在433.92MHZ工作頻率連續(xù)以10kbps發(fā)送狀態(tài)下，電流只有6mA；

性能穩(wěn)定，具有良好的抗噪聲干擾能力；

使用簡(jiǎn)單，外圍器件的需要比較少。

并且數(shù)據(jù)線只需要一個(gè)引腳即可通信，對(duì)于本系統(tǒng)這種通信接口緊張的應(yīng)用環(huán)境是非常的有利。因?yàn)樘翰杉K一般安裝在汽車輪胎的氣門上，或者安裝在汽車輪胎內(nèi)部，他們都對(duì)產(chǎn)品工藝的要求非常高。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，胎壓采集模塊一般直接采用比較成熟的成品模塊。然后接收其采集的數(shù)據(jù)，以及數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用。這樣我們就可以減少系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)間，提高效率，同時(shí)把我們的重心放到系統(tǒng)功能的開(kāi)發(fā)上。所以我們的電路設(shè)計(jì)部分主要是設(shè)計(jì)與車載數(shù)據(jù)采集終端上的無(wú)線射頻接收端的實(shí)現(xiàn)上。MICRF211其實(shí)是一微波解碼芯片，它的作用是對(duì)433MHZ射頻信號(hào)的解調(diào)，然后輸出一個(gè)我們ECU能夠識(shí)別的二進(jìn)制數(shù)據(jù)位。相反，我們的發(fā)射芯片MICRF112是對(duì)信號(hào)的調(diào)制，把每一位輸出的二進(jìn)制數(shù)據(jù)位調(diào)制成經(jīng)過(guò)433MHZ電磁波發(fā)送的信號(hào)。因此，在使用中，我們可以將它們看做是一對(duì)串行通信電平轉(zhuǎn)換芯片，與MAX232在UART串口通信中的作用相類似:僅對(duì)二進(jìn)制數(shù)據(jù)位的表達(dá)方式進(jìn)行改變，而不其他的處理。MICRF211推薦的配置電路為圖1所示。MCU與MICRF211的連接只需要通過(guò)一根DATA數(shù)據(jù)線（圖1中第10引腳）相連，以1KHZ固定波特率接受數(shù)據(jù)。

2、汽車胎壓模塊軟件設(shè)計(jì)

通過(guò)硬件分析可以知道，MICRF211和MICRF112這一對(duì)接收發(fā)射芯片僅提供實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)換功能，對(duì)于供鏈路層功能不予提供，僅僅是提供實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)換功能。因此，為了獲得較高質(zhì)量的接收數(shù)據(jù)，對(duì)于胎壓傳感器發(fā)送模塊部分軟件程序的運(yùn)行模式，我們必需要有一個(gè)深刻的了解。它的工作模式的特性主要功能是對(duì)功耗降低，從而保證單個(gè)傳感器的電池壽命。

程序的關(guān)鍵設(shè)計(jì)點(diǎn)有:

1．在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下（空閑放置狀態(tài)，未安裝在輪胎上），我們的胎壓傳感器放置一段時(shí)間后，就會(huì)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。需要重新啟動(dòng)才能喚醒。

2．在輪胎上安裝時(shí)，如果輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)是通過(guò)加速度的方式檢測(cè)到的，此時(shí)汽車在運(yùn)行，那么就按照較短的時(shí)間間隔，即每3分鐘采樣胎壓狀況。與此相反，如果汽車在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，我們就按照沒(méi)十分鐘的時(shí)間間隔來(lái)采樣胎壓狀況。

通過(guò)對(duì)胎壓傳感器模塊發(fā)送信息規(guī)律的分析可以發(fā)現(xiàn)，胎壓信息的發(fā)送周期的波動(dòng)比較大，為了使車載數(shù)據(jù)終端能夠更好的進(jìn)行任務(wù)處理，使MCU發(fā)揮它的最大功效。在設(shè)計(jì)MICRF211通信的時(shí)候，我們使用中斷觸發(fā)的方式來(lái)觸發(fā)中斷。就是當(dāng)有數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候，通過(guò)MICRF211轉(zhuǎn)換成高低電平二進(jìn)制數(shù)據(jù)位到達(dá)MCU的時(shí)候，立即觸發(fā)中斷，從而使MCU對(duì)本次采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收。每次數(shù)據(jù)發(fā)送的中間并不影響MCU其他數(shù)據(jù)的采集和處理。傳感器在采集輪胎氣壓的同時(shí)，一般還會(huì)采集輪胎的溫度數(shù)據(jù)。然后將這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)送給MCU，MCU接收到胎壓傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)后，要與系統(tǒng)設(shè)置的閾值進(jìn)行對(duì)比。如果超出閾值，那么需要以蜂鳴器等形式及時(shí)向司機(jī)發(fā)出警報(bào)。之外，如同采集到的OBD數(shù)據(jù)一樣，需要將采集到的胎壓數(shù)據(jù)加入數(shù)據(jù)包實(shí)時(shí)上報(bào)服務(wù)器存儲(chǔ)、分析。胎壓檢測(cè)模塊如圖2所示，

3、結(jié)論

胎壓監(jiān)測(cè)對(duì)汽車安全至關(guān)重要，保證胎壓監(jiān)測(cè)的穩(wěn)定性則主要在于保證胎壓傳感器和接收器之間無(wú)線通信的穩(wěn)定性。本文詳細(xì)介紹了胎壓監(jiān)測(cè)模塊中無(wú)線通信相關(guān)的軟硬件設(shè)計(jì)。首先從無(wú)線通信參數(shù)角度，解釋了胎壓監(jiān)測(cè)模塊在通信頻段、天線等基本參數(shù)選擇上的原理。又從軟件邏輯角度，介紹了胎壓監(jiān)測(cè)模塊的工作模式特點(diǎn)。

[1] 何仁,胡青訓(xùn),薛翔.汽車輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展綜述[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué),2005,15(10):105-109.

[2] 魏檸檸. TPMS 汽車胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究和工程實(shí)現(xiàn)[D].浙江大學(xué),2006.

[3] MICRF211 data sheet[S].[2013-11-30].

[4] 張?jiān)? 吳中福, 李華.汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)應(yīng)用研究[J]. 壓電與聲光, 2006, 28(03):265-268.

The Vehicle Tire Pressure Acquisition Module Of Design And Research

Zhu Wenwu, Zhu Biwu

The more and more Traffic Accident is caused by tire now, especially in the summer,the high-speed cars are on the highway. Therefore, the safety of the tire is very important for the safety of the car. This paper discusses the based on wireless communication module and the pressure sensor of automobile tire pressure acquisition module of hardware and software design and research, it can provide our users with real-time tire pressure data,and prevent the traffic accident because of the tyre.

wireless communication module; automobile tire pressure acquisition module; pressure sensor

U463.8

A

1671-7988(2015)06-76-02

朱文武，就讀于長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院，研究方向?yàn)閯?dòng)力機(jī)械及工程。