黃明柱，肖歡，周疆豪，胡致銓，陳佳麗，李海龍

武漢科技大學(xué)鋼鐵冶金及資源利用省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

基于無線藍(lán)牙技術(shù)的胎壓監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)

黃明柱，肖歡，周疆豪，胡致銓，陳佳麗，李海龍

武漢科技大學(xué)鋼鐵冶金及資源利用省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

本設(shè)計(jì)提供一種基于無線藍(lán)牙通信技術(shù)的胎壓監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，包括壓電式壓力傳感器、信號(hào)收集模塊、預(yù)設(shè)置模塊、信號(hào)分析模塊、信號(hào)發(fā)送模塊、車載報(bào)警器、車載顯示器。其中信號(hào)在各模塊之間采用無線藍(lán)牙傳輸技術(shù)進(jìn)行傳送。傳感器用于測(cè)定輪胎內(nèi)部的氣壓且內(nèi)置藍(lán)牙設(shè)備，置于輪轂中；預(yù)設(shè)置模塊用于設(shè)置胎壓標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)氣壓一旦超標(biāo)，系統(tǒng)便會(huì)發(fā)出警報(bào)；車載報(bào)警器用于報(bào)警；車載顯示器用于顯示當(dāng)前胎壓值；其它模塊用于信號(hào)的發(fā)送、收集、分析與計(jì)算，集成于信號(hào)處理器，其內(nèi)部也設(shè)有藍(lán)牙設(shè)備。本系統(tǒng)在汽車的行駛過程中能時(shí)刻監(jiān)測(cè)胎壓異常情況，氣壓一旦異常就會(huì)報(bào)警，減少因輪胎氣壓變化而產(chǎn)生的交通事故，保障駕駛員的生命財(cái)產(chǎn)安全。

胎壓監(jiān)測(cè)；無線藍(lán)牙技術(shù)；GSM網(wǎng)絡(luò)；傳感器

引言

在汽車行駛過程中，因輪胎而引起的事故值得人們關(guān)注，這在很大程度上是因?yàn)闅鈮鹤兓穑虼颂罕O(jiān)測(cè)是重要的研究課題之一。研究胎壓主要通過壓力傳感器監(jiān)測(cè)，將氣壓大小發(fā)送給信號(hào)處理器，通過其對(duì)比分析作出判斷，提示司機(jī)胎壓是否超標(biāo)。

1　研究背景

現(xiàn)有的胎壓監(jiān)測(cè)技術(shù)中，一般采用壓力傳感器監(jiān)測(cè)壓力，通過普通信號(hào)的傳輸，將壓力信號(hào)反饋給單片機(jī)結(jié)構(gòu)或集成電路結(jié)構(gòu)的中央處理器，最后實(shí)現(xiàn)報(bào)警。監(jiān)測(cè)方式分為直接式和間接式。例如基于延遲線型聲表面波的TPMS技術(shù)，其抗干擾能力強(qiáng)，但信號(hào)傳遞速度會(huì)受到壓電晶體的壓電性、介電性、彈性常數(shù)等因素的影響，導(dǎo)致信號(hào)傳遞延遲或不穩(wěn)定［1］；再如基于STC89C52單片機(jī)的TPMS，其信號(hào)處理過程非常優(yōu)異，但其使用的是輪速傳感器監(jiān)測(cè)胎壓，即間接方式，由于影響胎壓的因素很多，因此僅僅憑借輪速來測(cè)定胎壓容易導(dǎo)致監(jiān)測(cè)不準(zhǔn)等問題［2］。

另外，在信號(hào)傳輸方面，一般采用無線傳輸技術(shù)。例如基于CAN總線技術(shù)的TPMS、基于ARM技術(shù)的TPMS、基于C8051F單片機(jī)的無電池式TPMS等，其通過傳感器監(jiān)測(cè)并以無線網(wǎng)絡(luò)的方式傳輸信號(hào)，省去了冗雜的布線，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享與傳遞［3］［4］［5］。但普通無線傳輸也有其缺點(diǎn)，即不夠智能化而且信號(hào)抗干擾能力不強(qiáng)，容易導(dǎo)致監(jiān)測(cè)不準(zhǔn)等問題，而一些智能胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)又存在著制造難度高和成本高等弊端［6］。

因此，一種通過直接式的無源壓力傳感器來監(jiān)測(cè)胎壓，再通過一種抗干擾能力強(qiáng)且適用于近距離的信號(hào)傳輸方式將信號(hào)傳遞給信號(hào)處理器，并進(jìn)行分析判斷的胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)亟待研究。

2　發(fā)明內(nèi)容

本設(shè)計(jì)的目的是讓駕駛員時(shí)刻掌握行駛過程中輪胎的氣壓值，主要由壓電式壓力傳感器、信號(hào)收集模塊、預(yù)設(shè)置模塊、信號(hào)分析模塊、信號(hào)發(fā)送模塊、車載報(bào)警器、車載顯示器組成。所述的壓電式壓力傳感器安置在汽車的每個(gè)輪胎中，用于測(cè)定輪胎中的氣壓值；所述的信號(hào)收集模塊用于接收壓電式壓力傳感器測(cè)定的氣壓值；所述的信號(hào)分析模塊用于分析發(fā)送過來的氣壓值信號(hào)，并判別氣壓值是否超過預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，其第一輸入端與信號(hào)收集模塊的輸出端相連；所述的預(yù)設(shè)置模塊用于預(yù)先設(shè)定輪胎的安全氣壓值范圍，其輸出端與信號(hào)分析模塊的第二輸入端相連；所述的信號(hào)發(fā)送模塊用于傳輸輪胎中的氣壓值；所述的車載顯示器用于顯示輪胎中的氣壓值；所述的車載報(bào)警器用于報(bào)警提示。

3　研究的有益效果

系統(tǒng)在汽車的行駛過程中能時(shí)刻監(jiān)測(cè)胎壓異常情況，氣壓一旦異常就會(huì)報(bào)警，避免因輪胎氣壓變化而產(chǎn)生的交通事故，保障我們的生命財(cái)產(chǎn)安全。

4　具體實(shí)施方式

在附圖所示的實(shí)例中，所述壓電式壓力傳感器的關(guān)鍵在于壓電材料，其能夠?qū)⑺艿膲毫D(zhuǎn)換為隨壓力變化的電壓信號(hào)，再通過其內(nèi)部的放大器放大并通過其內(nèi)置的藍(lán)牙設(shè)備傳輸信號(hào)，用于測(cè)定輪胎中的氣壓值；所述的信號(hào)收集、分析和發(fā)送模塊集成于信號(hào)處理器，用于收發(fā)信號(hào)以及分析與計(jì)算信號(hào)值并作比較，并把結(jié)果輸出給顯示器，如果當(dāng)前值超標(biāo)，信號(hào)處理器還會(huì)發(fā)送警命令讓報(bào)警器報(bào)警；所述的預(yù)設(shè)置模塊用于預(yù)先設(shè)定輪胎的安全氣壓值，其輸出端與信號(hào)處理器相連；所述的車載顯示器用于顯示輪胎中的氣壓值，其輸入端與信號(hào)處理器相連；所述的車載報(bào)警器用于報(bào)警提示。

圖1　胎壓監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

使用本系統(tǒng)前，需通過預(yù)設(shè)值模塊設(shè)置輪胎氣壓的標(biāo)準(zhǔn)值范圍，用于信號(hào)處理器對(duì)比判別汽車行駛過程中輪胎氣壓是否處在安全的范圍內(nèi)。

5　結(jié)論與展望

現(xiàn)有技術(shù)一般采用普通無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號(hào)傳輸，將本設(shè)計(jì)與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用藍(lán)牙技術(shù)、GSM網(wǎng)絡(luò)以及無源壓電式壓力傳感器，比現(xiàn)有的TPMS信號(hào)傳輸更穩(wěn)定、更準(zhǔn)確、更靈敏且性能更可靠。

另外，本系統(tǒng)所包含每一個(gè)零部件都可以根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)制造出來，只需要將其中的電子零部件通過適當(dāng)?shù)慕M合封裝便可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的生產(chǎn)。

此胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在傳感器上有一定的先進(jìn)性，能有效、及時(shí)并穩(wěn)定的測(cè)定信號(hào)并將其以藍(lán)牙信號(hào)方式發(fā)送出去，但其內(nèi)部的藍(lán)牙設(shè)備也需要電池，因此會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)在使用過程中要及時(shí)更換電池，從而帶來極大的麻煩。因此本系統(tǒng)在消除藍(lán)牙設(shè)備電池并通過其他方式為其供電方面還有待研究。

［1］徐文超.基于延遲線型聲表面波傳感器的無緣胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究［D］碩士.2012.

［2］袁偉光，佟亞洲，孫潤驊，等.基于STC89C52單片機(jī)的胎壓監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.科技傳播，2013（20）：200-201.

［3］張耀平.基于CAN總線技術(shù)的胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（20）：58.

［4］林超，雷勇.基于ARM及無線傳感器的轎車胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2011（2）：283-285.

［5］黎步銀，唐燕.基于C8051F單片機(jī)的無電池式胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［J］.儀表技術(shù)與傳感器，2013（10）：61-64.

［6］蘆世雄.基于MPXY8300的智能胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.電子產(chǎn)品世界，2014（8）：52-54.

2015湖北省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)201510488020。

黃明柱（1994-）男，本科生。