黑龙江工程学院本科生毕业设计本科学生毕业设计基于单片机的汽车轮胎胎压监测系统的设计与实现 系部名称： 汽车与交通工程学院 专业班级： 车辆工程07-8班 学生姓名： 指导教师： 职 称： 副教授 黑 龙 江 工 程 学 院二一一年六月摘 要随着社会经济和科学技术的发展，公路交通已经成为关系国民经济命脉和社会、经济发展的重大系统，但随之而来的交通事故给人的生命安全和经济发展造成了重大损失。爆胎是引起交通事故的主要原因，保持标准的车胎气压行驶是防止爆胎的关键，胎压检测系统(TPMS)是由此应运而生的一项汽车安全防范系统。胎压检测系统主要用于汽车行驶过程中对汽车胎压与温度的实时检测，当出现异常状态时进行报警，从而保障驾乘者的行车安全。本课题研究的目的是开发一种用于机动车辆上的无线胎压检测系统。本文提出了一种基于无线技术的胎压检测系统方案，给出了系统总体结构框图，阐述了系统硬件电路和各模块软件的设计方法。硬件设计综合运用了检测技术、单片机技术及无线通信技术，其中发射模块能实时检测、处理轮胎的压力和温度参数，并运用无线方式将处理后的数据传输到接收模块；接收模块能校验数据并显示结果，用以告知驾驶员各个轮胎的情况。软件设计包括发射模块和接收模块两部分，具体为发射模块和接收模块的初始化、数据测量及处理，发射及接收程序。关键词：胎压检测系统；无线通信技术；传感器；射频收发；C语言ABSTRACTWith the socioeconomic and science and technology development，road traffic has become the major system of the national economy and the social，economic development，however,traffic accidents following resulted in significant losses about the lives and safety of people and economic developmentPuncture is the main cause of traffic accidents，keep driving in standards tire pressure is the key to prevent puncture，Tire pressure detection system(TPMS)which bom as a car security systemTire pressure monitoring system is mainly used for real-time tire pressure and temperature monitoring in the process of driving to protect the occupants of the driving safety when the abnormal state of alarmThe purpose of this research is to develop a wireless RF transmission tire pressure monitoring system which used in motor vehicleThis paper proposed a wireless technology based on the fire pressure monitoring systems programs，gave the overall system design block diagram and explain the system hardware circuit design and software design of the modulesHardware circuit mainly uses sensor detection technology,single-chip technology and wireless communication technology,transmitter module can detect，deal with the tire pressure and temperature parameters realtime，and transmitted data processed to the receiver module use the way of wirelessReceiver module cail calibration data and display the result to inform the driver of the situation of all tiresSoftware design contains transmitter module and receiver module，specific for transmitter module and receiver module initialization，data measurement and processing，send and receive proceduresKey words：tire pressure monitoring system，wireless communication technologysensor,anti-jamming，RF transceiver，C languageIII目 录摘 要IIABSTRACTIII第1章 绪 论11.1选题的背景11.2 课题的目的及意义31.3 课题主要工作4第2章 系统整体方案设计52.1 系统设计要求52.2 系统设计方案52.2.2 发射模块62.2.2 接收模块62.3 元器件选择62.4 关键技术研究72.4.1 频率选择72.4.2 信号编码方式72.4.3 轮胎定位技术82.5 本章小结8第3章 发射模块的设计93.1传感器单元的硬件电路设计93.1.1 DS18B20工作方式93.1.2 ADC0809工作方式103.1.3 DS18B20温度检测程序133.2发射单元的硬件电路设计163.2.1 发射单元控制电路163.2.2 发射单元发射电路183.3发射模块的软件设计183.3.1 编程工具选用183.3.2编程语言及开发软件的选用183.3.3通信协议193.3.4软件设计203.4 本章小结25第4章 接收模块的设计264.1接收模块的硬件电路设计264.1.1射频接收单元的硬件电路设计264.1.2射频接收单元工作方式284.1.3显示报警单元电路设计344.1.4蜂鸣器报警单元电路设计344.1.5电源单元设计354.2接收模块的软件设计354.3 本章小结39第5章 系统测试405.1 概述405.2 信号实时传输显示测试405.3 温度超过预警值报警测试415.4 模拟压力超过预警值报警测试425.5 模拟压力和温度超过预警值报警测试425.6 本章小结43结 论44参考文献45致 谢46第1章 绪 论1.1选题的背景本世纪初，由于凡世通(Firestone)轮胎的质量问题，造成了超过100人死亡和400人受伤，此事引起了业界和美国政府的高度关注，普利斯通、凡世通公司被迫收回650万只轮胎。据美国汽车工程师学会最近的调查，美国每年有26万交通事故是由于轮胎压力低或渗漏造成的，此外，每年75的轮胎故障是出于轮胎渗漏或充气不足引起的。由于每年造成巨大的经济损失，美国政府要求汽车制造商加速发展胎压检测系统(Tire Pressure Monitoring System，简称TPMS)，以减少轮胎事故的发生。近年来汽车电子产品得到了飞速发展，并已经形成了独立的汽车电子产业。汽车轮胎压力监视系统是一项集先进传感器技术、无线通讯技术、信息处理实时测控技术、嵌入式系统应用技术等于一体的高新技术汽车电子产品。TPMS实时的对汽车轮胎气压进行自动监测，对轮胎漏气，低气压，气压过高及温度过高等轮胎状况进行预警，以保障汽车行驶安全。目前TPMS主要有两种实现方式：直接TPMS和间接TPMS。间接TPMS是与车辆的防抱死系统(ABS)一起使用的。ABS采用车轮转速传感器测量每个车轮的转速。当一个轮胎的气压减小时，滚动半径就减小，而车轮的旋转速度就相应地加快。指示灯会提示司机，有一个轮胎处于低压状态。但是，间接TPMS有一定的局限性。第一是指示灯无法指出是哪个轮胎处于低压状态。第二，当同一车轴或同一侧的两个轮胎都处于低压状态时，它无法检测出究竟是哪个轮胎充气不足。第三，如果所有四个轮胎都处于低压状态，该系统不会发现这一故障。另外，气压不足时轮胎直径的减少和气压的降低非常微小。对于薄胎来说，69kPa的压降只会使轮胎直径减小1 m m 。这种压降不符合美国的最终判定规则所规定的25%原则，采用间接方法进行检测在很大程度上依赖于轮胎和负载因子。直接TPMS采用固定在每个车轮中的压力传感器直接测量每个轮胎的气压。然后，这些传感器会通过发送器将胎压数据发送到中央接收器进行分析，分析结果将被传送至安装在车内的显示器上。显示器的类型和当今大多数车辆上装配的简单的胎压指示器不同，它可以显示每个轮胎的实际气压，甚至还包括备用轮胎的气压。因此，直接TPMS可以连接至显示器，告诉司机哪个轮胎充气不足。由于直接TPMS可直接测量每个轮胎的气压，因此当任何一个或几个轮胎处于低压状态时，它们都会被检测出来，当车辆的所有四个轮胎都处于低压状态时也可以检测到。直接TPMS也可检测到较小的压降。有些系统甚至可以检测到7 kPa的压降。国外对于TPMS系统的研究起步较早，20世纪70年代末欧洲的一些发达国家就开始对轮胎气压监测系统进行研究。英国Lucas公司早在1981年就推出了驾驶室设置接受器和每个车轮均有传感器的装置模型。随后，CRK公司和Marketing公司也相继开发出了自己的产品，基本结构是由传感器、信号发生器和接收器三部分组成，传感器安装在轮辋上，直接检测轮胎的内压。德国Doduco公司研制的Primac系统，可以同时监测轮胎的压力和温度。德国Wabeo公司和Bosch公司在1989年推出了利用ABS(制动防抱死系统)传感器监测轮胎压力的新装置。wabCO系统由一个32通道的控制阀和一个与轮胎气门嘴相接的气缸组成，当轮胎气压变化时，气缸活塞使ABS传感器信号发生变化，与ABS共用一个电子控制单元。Bosch公司的汽车轮胎压力监测系统由装在轮辋上的压力传感器、带有显示器的电子部件和高频收发机三部分组成，与ABS一起工作，已经开始成批量的装载汽车上。英国SP公司研制的DWS系统(漏气报警系统)，可以把轮胎压力降低的信号通知驾驶员，系统利用ABS传感器测量轮胎的滚动半径，通过计算程序监测轮胎气压。国外因立法较早，其开发生产的TPMS已经相当成熟，能够经受57万公里的使用测试。主要生产商有加拿大斯马轮