基于无线通信轮胎压力监测系统设计样本.doc

本科学生毕业设计

基于无线通信轮胎压力 监测系统设计

院系名称：
专业班级：
学生姓名：
指引教师： 李静
职 称： 讲师

黑 龙 江 工 程 学 院
二○一二年六月

The Graduation Design for Bachelor's
Design Of Tire Pressure Monitoring System Based on Wireless Communication

Candidate：
Specialty：Measurement-Control Technology
and Instrumentation
Class：
Supervisor：Lecturer. Li Jing

Heilongjiang Institute of Technology
-06·Harbin

摘 要

轮胎压力监测系统(Tire Pressure Monitoring System，TPMS)是车辆安全行驶重要保障之一，在汽车电子技术高速发展和对汽车安全性能规定更高前提下，对TPMS系统研究和设计具备广泛应用前景，并能带来良好经济效益和社会效益。本设计进一步分析了TPMS技术研究现状和发展趋势，并对比了间接式TPMS和直接有源式TPMS优缺陷。选取直接有源式TPMS作为本设计研究目的，运用嵌入轮胎中温度传感器和压力传感器检测轮胎压力、温度以及供电电池电压等参数，然后通过模数转换器转换之后再通过无线射频方式发射到安装在驾驶室监视器上。监视器实时显示各轮胎参数，在浮现异常时及时发出有关告警信息。
设计针对直接有源式TPMS技术实现重要难点问题，涉及系统预警精确性和可靠性、检测传感器模块低功耗性能等，开展了如下工作：
1) 对RF发射某些进行详细设计，涉及发射天线匹配网络、无线通信合同以及RF发射管理机制等；
2) 提出改进基于多传感器融合技术预警算法，有效提高系统预警对的性，避免告警信号漏报和误报；
3）分析TPMS应用电磁环境，在电磁兼容性设计层面上，阐述了系统软硬件设计方案；
4) 在选取极低功耗检测传感器等器件基本上，选取更适合应用环境锂亚供电电池，并采用良好电源管理机制；
研究表白，所设计直接有源式TPMS系统有效地提高了检测精度和预警精确率。

核心词：轮胎压力监测系统；无线通信；温度传感器；压力传感器；预警

Abstract

TPMS is one of the most important safeguards for vehicle to safely drive．With the high speed development of the Auto Electronic Technology and people’s more demands for safety，it would be of widely application foreground to research and design the TPMS，and meanwhile，it would also bring more social benefits and economical benefits．
The paper have deeply analysed the development status and direction of TPMS and compared the difference between Indirect TPMS and Direct TPMS．The paper choose Direct TPMS as research object，Direct TPMS uses the sensors to measure the pressure and temperature of the Tires and transmits them to the monitor which is installed in the driving platform by radio frequency modulation．The monitor displays all kinds of preferences of the tires in time and，when the preferences is abnormal，the alarms will works automatically and display related information．
The system’s alarm exactly，reliability and promoting the battery life are the technical difficulties or the key point for Direct TPMS．Regarding these points，several aspects are studied：
(1)Studying and Designing the RF Transmit detailedly，including the Matching Network for Antenna，the wireless communication protocol and the management of RF transmission．
(2)After insuring the accurate probability of wireless transmission，the paper researches and advances the arithmetic based on Sensor Fusion in order to avoid the TPMS giving wrong alarm．
(3)Analyse the application electromagnetism environment of TPMS and design the hardware and software concretely by considering the performance of EMC．
(4)Besides choosing the lowest power consumption IC，in design，chooses the Li／SOCl2batteryasthepower supply and uses a more effective manage method to reduce the system’s power consumption．
By test，after taking these methods listed on the front，can effectively improve precision and veracity of the system，and at last，the design carried out the
anticipative target．

Key words：TPMS；Wireless Communications；Temperature Sensor；Pressure Sensor；Warning

目 录

摘要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
第1章 引言 1
1.1 课题背景 1
1.2 课题研究目和意义 2
1.2.1 课题研究目 2
1.2.2 课题研究意义 3
1.3 课题研究现状 4
1.3.1 TPMS国外研究现状 4
1.3.2 TPMS国内研究现状 4
1.3.3 TPMS发展趋势 6
1.4 本设计研究内容 6
第2章 方案论证 8
2.1 系统设计规定 8
2.1.1 系统工作环境简介 8
2.1.2 系统实现功能简介 8
2.1.3 系统工作原理框图 8
2.2 系统方案设计 9
2.2.1 TPMS系统间接式 9
2.2.2 TPMS系统直接式 10
2.2.3 TPMS系统直接式与间接式比较 10
2.3 本章小结 10
第3章 系统硬件设计 11
3.1 系统工作原理 11
3.2 模块分析 11
3.3 TPMS系统主机模块 11
3.3.1 TPMS系统主机某些工作原理 11
3.3.2 TPMS系统主机某些构造框图 12
3.3.3关于单片机PIC16F877中央解决器选取 12
3.3.4显示/报警电路设计 14
3.3.5 键盘输入电路设计 16
3.4 TPMS系统从机模块 17
3.4.1 TPMS系统从机模块工作原理 17
3.4.2. TPMS系统从机模块构造框图 17
3.4.3 无线通信模块设计 18
3.4.4 传感器模块设计 21
3.4.5 电源管理模块设计 23
3.4.6 从机电路整体设计 23
3.5 本章小结 24
第4章 系统软件设计 25
4.1 TPMS主机系统软件设计 25
4.1.1显示/报警电路程序设计 25
4.1.2 喇叭报警程序设计 26
4.1.3 LCD显示程序设计 27
4.1.4 单片机程序设计 29
4.2 TPMS从机系统软件设计 30
4.2.1数据传播合同 30
4.2.2 RF通信软件设计 30
4.2.3无线收发器配备 33
4.2.4片内SPI寄存器配备 34
4.2.5 SPI指令 34
4.2.6 数据采集模块软件设计 34
4.3 本章小结 39
结束语 40
参照文献 41
道谢 43
附录 A 硬件系统电路图 44
附录 B 程序代码 46

第1章 引 言

1.1 课题背景
随着汽车普遍，当前每家每户外出都离不开汽车。随着汽车曾多，交通事故也逐渐增多，人们讨论问题不在是每家经济状况，而是汽车安全驾驶问题。TPMS是汽车轮胎压力检测系统中心。轮胎压力直接影响汽车行驶安全。
轮胎压力监测系统（Tire Pressure Monitoring System，简称TPMS）作用是在汽车行驶过程中对轮胎气压和温度进行实时自动监测，并对轮胎漏气、气压过低和气压过高状况进行报警，以保证行车安全。
TPMS系统为汽车行业做出来诸多贡献，以便司机监测汽车减少了诸多交通事故发生。安装汽车压力检测系统可以有效防止汽车轮胎爆胎，在汽车缺气行驶时可以及时发出缺气信号，避免汽车在缺气状态下行驶导致轮胎损坏或者是导致交通事故。如果汽车在轮胎缺气状态下还在行驶那么耗油量将会大大增长。安装TPMS好处诸多，例如，安装了TPMS之后可以使车辆把持在最佳操控性能，避免车辆元件部件非正常磨损。
TPMS系统发展与如下几种技术发展密切有关：（1）胎压传感器组件技术。轮胎温度/压力参数监测是TPMS系统设计核心，不但要保证参数测量精度、速度等指标满足系统需求，还要保证传感器在测量和待机过程中消耗电流较小以满足系统供电需求。此外，传感器工作在轮胎中，环境状况十分恶劣，因而传感器还应满足在温度、潮湿、震动等环境十分恶劣条件下长时间工作规定；（2）汽车电子技术。汽车电子技术发展为汽车TPMS系统实现提供了十分有利条件，其中涉及元器件和整车环境等方面。随着汽车工业当代化进程加快，新技术、新工艺、新材料在汽车工业中得到广泛应用。由于汽车制造业和电子制造业是当今世界两大支柱产业，且电子制造正处在蓬勃发展黄金时期，它可以给涉及汽车制造业在内其他产业提供全方位和多层次技术支持；（3）微机电技术。微机电系统是指集微机型机构、微型传感器、微型执行器、微型驱动器、信号解决系统、电子控制电路以及接口和通讯器件等于一体几何尺寸极小微型机电一体化产品。微机电技术发展为汽车TPMS系统实现提供了必要条件，如TPMS系统中核心核心器件--嵌入式微型传感器就得益于微机电技术发展才干得以实现。微机电产品尺寸、体积、质量以及惯性均十分微小，而其谐振频率高、响应速度快、性能稳定、能耗极低，有助于进行大批量、低成本生产。此外，由于容易集成和复合，可以做成微传感器阵列和微执行器系统，甚至做成可将微传感器、微执行器、微解决器和微控制器集成在一块芯片上复杂微机电系统，使之具备信号解决、程序控制等多项功能。这些长处和特色决定了微机电技术可在提高汽车行驶安全性能方面大有作为，也昭示了汽车安全行驶保障技术及其装置发展方向与应用途径。
随着TPMS核心技术——压力、温度传感器技术和其她重要技术发展，TPMS系统到了迅速发展，但是在当前TPMS系统中，由于没有可以突破构造设计中瓶颈，依然存在如下问题：
（1）轮胎从机模块安装在轮毂上，可靠性较低，车辆扒胎维护十分困难。
（2）轮胎从机模块安装在轮毂上，径向加速度产生离心力将影响胎压测量精度。
（3）轮胎从机模块安装在轮毂上，检测系统只能使用一次性锂电池供电，车辆长期高速行驶下电源故障率较高，维护十分困难。
（4）车后左右轮胎从机模块旋转过程至于车载主机进行无线通讯时可靠性低，抗干扰性差。
由于以上各种因素，虽然车辆轮胎压力监测系统在防止因轮胎胎压和温度异常引起交通事故方面具备十分重要作用，但是当前并没有像ABS、安全气囊等安全保护办法同样得到广泛应用。
1.2 课题研究目和意义
1.2.1 课题研究目
本设计以无线通信系统对轮胎压力监测为题目进行一系列研究，通过压力传感器和温度传感器相结合来设计一种轮胎压力检测系统，用来防止爆胎引起危险，保证行车安全同步也可以使轮胎使用寿命延长。
随着社会发展，如今咱们无论是经济上还是科学技术上均有了很大进步，人们生活水平均有了很大提高，人们对于舒服生活也就规定越来越高，对于家居或者是外出规定在以便、快捷、安全等方面规定也越来越关注。特别是外出方面，人们对汽车安全系统特别关怀和关注，规定也越来越高。如今，人们生活、学习、经济以及社会经济发展、国民经济命脉等重任都与公路交通有着紧密联系。随着人们生活水平提高，汽车也就走进了千家万户，由此，人们最关怀问题也就是汽车以便、轻巧、舒服、安全等问题。特别是汽车安全系统是人们最为关注问题。汽车增多也代表着交通事故增多，交通事故发生不但导致了每家每户很大损失，同步也是社会损失。交通事故造最重要因素有两个，一种是由于诸多人为事故，有人开车技术不好或者是在迷糊、饮酒、瞌睡状态下驾车，导致交通事故发生；另一种是由于汽车爆胎，导致人员伤亡已经社会损失。据记录，在国内高速公路上，由爆胎引起交通事故占事故总数70 %，在美国，这一比例更高达 80 % 。如今如何防止爆胎已成为安全驾驶一种重要课题,防止爆胎核心就在于要保持原则压力和温度，通过无线通信压力传感器对汽车轮胎进行检测，使人们在轮胎浮现危机时候可以及时懂得并且及时防止或者是补救，避免伤亡和损失。汽车轮胎压力监测系统 ( tire pressure monitoring system，TPMS)就是用于在汽车行驶时实时地对轮胎气压进行自动监测，对轮胎漏气和低气压进行报警，以保障行车安全。正由于TPMS对于汽车安全性上至关重要，因此在1996年时候，美国就颁布了实行关于TPMS法规了。在国内初，上海大众开始了TPMS研发筹划，并开始了制定工作，但是国内当前还没有正式实行TPMS。
1.2.2 课题研究意义
轮胎压力监测系统可以带来明显社会效益和经济效益。
轮胎压力监测系统社会效益涉及两方面：
（1）大大减少因交通事故引起人身伤亡和经济损失。轮胎安全对汽车安全行驶影响极大，在轮胎浮现故障或异常时通过轮胎压力监测系统--TPMS及时地对驾驶员进行预警，可以提高轮胎安全性能，进而可以有效地减少汽车行驶，特别是高速行驶时发生交通事故也许性。
（2）减少因丢弃报废轮胎和尾气排放引起环保问题。据世界卫生组织最新记录成果，当前全世界每天有超过500万条废轮胎被丢弃。由于废旧轮胎回收和解决上困难，当前全球已有数以亿万计轮胎等待解决，成为了环保一大顽疾。此外，机动车尾气排放是当前都市空气污染重要来源之一，如何提高燃油经济性，减少尾气污染，是人们密切关注问题。实验证明，轮胎压力和汽车燃油经济性有着密切关系。行驶相似距离，轮胎压力过低时将要消耗更多燃油，同步也排放出更多尾气。通过使用轮胎压力监测系统及时发现轮胎气压异常，就可以有效解决因轮胎压力异常引起轮胎过度磨损和燃油过度消耗问题。
轮胎压力监测系统蕴含着巨大经济效益。当前，世界汽车市场正在稳步扩大，这种状况在中华人民共和国更加明显，由于随着中华人民共和国经济增长和汽车整体价格下降，将会有越来越多中华人民共和国消费者具备购买汽车能力和愿望。另一方面，随着因轮胎压力问题引起交通事故在所有交通事故中所占比例增长，越来越多厂家开始注重轮胎压力监测问题，当前已有国家出台法律规定规定在汽车中配备轮胎压力监测系统。可以预见，在不久将来，轮胎压力监测系统将会和ABS、安全气囊同样成为汽车原则配备。巨大需求将会产生巨大市场，许多与轮胎压力监测系统有关公司将会浮现，创造巨大经济效益。
1.3 课题研究现状
1.3.1 TPMS国外研究现状
对轮胎爆胎进行预警是保障汽车安全行驶核心所在，已成为汽车行业研究热点问题。此外，国外强制法令出台，也增进了TPMS有关技术迅速发展，在这方面，美国、日本、德国、法国、英国在近几年都获得了突破性进展，形成了性能和功能完善轮胎压力监测系统产品，并达到了一定规模。近年发布世界新车资料来看，林肯大陆、奔驰、宝马、奥迪、大众等中高档车均安装了轮胎压力监测装置，用于监测汽车行驶过程中轮胎气压，车内主控机板显示模块实时显示轮胎气压状态。针对直接有源式TPMS，国外某些半导体厂商以自身芯片为核心提供TPMS解决方案，例如Infineon、GE、Freescale等。在检测传感器方面，随着TPMS产品市场对IC高整合度和高可靠性规定，当前应用比较成熟有将测量传感器与微控制单元(Micro Controller Unit，MCU)合二为一智能传感器，诸如飞思卡尔等某些厂家还在近来成功推出集检测传感器、MCU、无线射频发射(Radio Freqency，RF)芯片于一体智能检测传感器模块。此外，米其林集团、固特异轮胎橡胶公司已开发出在轮胎制造时成形工序中，将压力、温度监测和信号发射装置埋入轮胎胎壁内，让它在轮胎整个寿命期间(普通为l～7年)发挥作用，而作为信号接受装置则做成如手机样手握式解码读出器，可以便驾驶者出车时插装在车上，下车后随身携带。
1.3.2 TPMS国内研究现状
据中华人民共和国汽车工业协会有关市场调查表白，国内轮胎爆胎预警系统有关产品已有推出，但大多技术性能不甚完善或系统简易，产品也没有形成一定规模，存在如下缺陷：
（1）系统工作寿命短；
（2）系统在低温或高温环境下稳定性不够；
（3）工作可靠性较差；
（4）检测精度不够。而性能可靠、功能完善、技术成熟并且形成规模产品均是某些国外知名公司(如美国李尔、西门子VDO、英国施奈德、德国贝鲁)品牌产品，但价格较为昂贵。
此外，TPMS系统中轮胎检测传感器核心器件研制和生产跟国外相比差距还很大，当前重要是由国外某些公司诸如Freescale、英飞凌等提高供，研制出性能可靠、功能完善并且价格能为当前多数国内消费者所接受轮胎爆胎预警技术产品很有必要。此外，国内有关研究机构正在加快无源TPMS研究，力求拥有自己知识产权，据报道，近来由吉利公司推出爆胎监测与安全控制系统(Blow．Out Monitoring and Brake System，BMBS)已经超越了美国“TPMS”原则，它采用是人工智能积极介入技术，在轮胎突发爆胎时自动接管车辆，代替驾驶员实行行车制动，从而达到减少或者化解爆胎风险目，与此同步，对于没有安装ABS车辆，BMBS系统在遭遇爆胎后将自动实行“持续点制动”模仿ABS功能，使车轮不会发生抱死滑移现象，有效保证了行车制动安全性。
TPMS经历了由初期机械式、纳米材料式和磁敏检测法，逐渐过渡到间接式TPMS和直接有源式TPMS，而间接式TPMS虽然成本低(运用车载ABS即可实现)，但是由于精度低、不能实时显示胎压等缺陷正逐渐被裁减，直接轮胎压力监测系统才是当前市场上汽车产品谋求安装保证轮胎安全性重要发展方向。同步轮胎爆胎预警装置系统作为一项新技术，可觉得整车提供轮胎压力和温度等状态信息，必将成为汽车整车控制系统单元一某些，同步，它对汽车电子信息共享研究也具备重要意义。TPMS传感器模块技术将向发射模块高度集成化、无线无源方向发展，将来应用方向还将包括运用运动机械能自供电四合一模块，届时，胎压监测发射系统只有一种模块和一种天线构成，开发人员二次设计将变得十分简便，产品安全性、可靠性、稳定性也会有进一步提高。此外，融合射频辨认(Radio Freqency Identification，RFID)技术进行智能轮胎研究也是发展趋势，例如美国固特异轮胎橡胶公司和西门子VDO汽车配件公司合伙，成功研发出一种钮扣电池般大小带RFID卡传感器。该传感器除了可以感知轮胎内气压、．胎体温度变化并发射反映这种变化信号外，还具备标记轮胎功能，也就是说，它既可用于轮胎气压监测，还可以用于轮胎历程可追溯性记录，此外，西门子VDO智能轮胎系统使用压电元件来代替电池，通过轮胎旋转为系统供能。国内上海交通大学也开始基于声表波(Surface Acoustic Wave简称SAW)技术TPMS开发研究，这种能同步测量轮胎内压力、温度和发射数据SAW传感器，不但可实现智能轮胎信息无源测量和无线发送，并且将拥有中华人民共和国人自主知识产权。基于声表面波技术轮胎传感器还处在实验阶段。其重要长处是传感器某些不需要电池供电(无源TPMS)，并且质量较小，当前国际上已经开发出实验传感器样品只有59左右，同步可在高温等恶劣环境下工作。此外，TPMS系统与汽车整车控制系统电控单元整合，即通过车身数据总线CAN总线或者LIN总线并入车载控制网络中，也是一种发展趋势。
1.3.3 TPMS发展趋势
汽车轮胎压力监视系统是驾车者、乘车人生命安全保障预警系统，将是一种具备极强生命力主题。因而，TPMS将成为汽车安全保障系统之一。而TPMS发射模块将向高度集成化、单一化、无线化和无源化方向发展。随着TPMS产品市场对IC高整合度和高可靠性规定，在将来几年内将会开发出包括RF发射芯片三合一模块，包括运用运动机械能自供电四合一模块，届时胎压遥测模块只由一种模块和一种天线构成，客户二次设计变得十分简便。TPMS系统发展进一步发展有也许会是智能轮胎。
保持原则车胎气压行驶和及时发现车胎漏气是防止爆胎核心。而TPMS汽车胎压监测系统毫无疑问将是抱负工具。美国、欧洲已先后立法，规定在此后几年内实现汽车所有安装TPMS，因而，对TPMS需要量与日俱增，美国人工每小时起码7.5元美金，差不多是中华人民共和国工人日工资，面对量大产品需要减少生产成本，TPMS生产正在转向中华人民共和国。此后几年内中华人民共和国必将成为TPMS生产大国。人生命是最可贵，因而，为与世界先进国家同步，国内关于汽车安装TPMS这样生命安全保障预警系统法规迟早也会出台。因而，当前咱们国内己有数百家设计公司、生产厂家开始开发、设计、生产TPMS。当前，TPMS重要分为两种类型：一种是间接式TPMS，它通过汽车ABS轮速传感器来比较轮胎之间转速差别，以达到监测胎压目，其缺陷是无法对两个以上轮胎同步缺气状况和速度超过100公里/小时状况进行判断。另一种是直接式TPMS，它运用安装在每一种轮胎里以锂亚电池为电源压力传感器来直接测量轮胎气压，并通过无线电频率调制发射到安装在驾驶台监视器上。监视器随时显示各轮胎气压、温度，驾驶者可以直观地理解各个轮胎气压状况，当轮胎气压太低、渗漏、太高、或温度太高时，系统就会自动报警。直接式TPMS从功能和性能上均优于间接式TPMS。中华人民共和国TPMS前装和后装市场己经启动，预见前装市场（汽车生产厂家原装）将比后装市场（汽车购买后安装）跑得更快，TPMS产品技术TPMS系统重要有二个某些构成：安装在汽车轮胎里发射模块和安装在汽车驾驶台上中央监视器。
此后几年内中华人民共和国必将成为TPMS生产大国。除此之外中华人民共和国正在成为全球最大新兴汽车市场，中华人民共和国汽车需求量和保有量浮现了加速增长趋势。汽车安全产品将成为中华人民共和国生机勃勃新兴市场热点。
本设计中凡是没有明确阐明，所提到TPMS均是指直接式TPMS。
1.4 本设计研究内容
本设计是对汽车轮胎压力进行无线通信检测，在汽车轮胎里面安装压力传感器和温度传感器用来测量轮胎压力以及温度。当汽车轮胎压力过大时，将会产生压力过大信号通过无线通信系统传播到显示屏上，是司机可以迅速发现汽车轮胎缺气或者是其她容易浮现交通事故现象。直接式TPMS系统重要由主机模块和从机模块构成。本课题重要研究直接式TPMS系统主机模块和从机模块，其中，主机模块涉及设计数据解决单元、显示/报警电路、RF射频电路三大某些内容。从机模块涉及无线通信微解决器模块、轮胎压力/温度检测模块、电源管理模块。在整体研究了TPMS系统基本上，重点阐述主机和从机模块构造特点和设计根据、各模块设计过程，以及各个元件连接方式。
本设计比较全面简介了TMPS系统概念，体现了本课题意义；对TPMS系统整体构造和安装方式进行研究，并且阐明当前TPMS系统构造和安装方式，对本系统和当前TPMS系统作比较，阐述本TPMS系统优势；在主机模块中，提出主机模块总体设计方案，该设计方案不但使主机模块完善具备了TPMS主机模块功能，且具备较强扩展性能；详细阐述TPMS主机系统数据解决单元设计，阐述数据解决单元内各模块设计办法和过程；阐述系统软件设计，对数据解决单元进行编程，完毕规定作用；在从机系统中，研究了通过置于轮毅轴心测量模块获取轮胎压力和温度数据，并通过射频发射模块将此信息发送给无线网桥再传播到到驾驶室内，在液晶显示屏上显示各轮胎当前状况，使驾驶员可以直观地掌握各轮胎信息。当某个轮胎压力过高或过低、温度过高或变化过快时，向驾驶员发出声光报警；此外，系统还应对电源电量局限性和轮胎漏气等状况进行监测，以保证系统可靠运营和行车安全。
绪论某些对基于无线通信轮胎压力监测系统国内外发展状况等内容作简要简介。
第二章对本设计进行了整体法案设计。对整体设计方案进行对比论证，并对比选用出其她所需元器件。
第三章依照项目系统需求，选取了解决器和传感器芯片。并依照芯片外置电路规定完毕了系统电路原理图设计，制作了无线通信轮胎压力监测系统硬件平台。
第四章简介了系统软件设计。研究系统软件环境及特点，重要简介了系统软件设计，涉及软件设计流程、任务模块划分及实现。
第五章结束语对本设计工作进行了总结，对背面工作提出了建议和展望。

第2章 方案论证

汽车轮胎压力检测系统重要用于汽车行使时实行对轮胎压力、温度进行自动监测，对各种异常状况(如轮胎漏气、过低或过高气压、过高温度)进行预警以保障行车安全。普通涉及轮胎检测某些、无线数据传播某些、数据解决以及显示警告某些。本设计重要简介TPMS原理和详细方案以及系统是如何工作。
2.1 系统设计规定
2.1.1 系统工作环境简介
本课题研究系统是新型积极直接式轮胎压力监测系统。直接式胎压、温度预警系统为了实时测得胎压和胎温，检测传感器须安装在汽车轮胎内部，工作在密闭环境中。对有内胎轮胎，传感器模块安装在内胎外面垫胎上或嵌入垫胎中；对无内胎轮胎(当前大某些为此类)，传感器模块可固定在轮毂上。此外，签于轮胎旋转状态，检测数据只能采用无线传播方式。
2.1.2 系统实现功能简介
胎压、温度预警系统重要用于实时监测汽车轮胎工作状态，对轮胎压力异常及时予以提示，并结合轮胎温度对也许浮现爆胎事故进行预警，加强汽车高速行驶行车安全。系统在汽车行驶状态下通过置于轮胎内部传感器模块实时测量轮胎压力和温度，通过信号解决器将解决过信号再由A/D转换电路发送给微控制器MCU然后微控制器MCU直接将接受到信号发送到安装在驾驶室内系统主机，并通过主机液晶显示屏(显示各轮胎当前状况，让驾驶员直观理解各轮胎实时状态，浮现异常涉及轮胎漏气、异常升温、传感器模块电源局限性等)则发出报警信号。此外，在汽车轮胎使用过程中，轮胎胎面会逐渐被磨耗。但由于各车轮受力不同，轮胎在路面滑动量不同，以及受拱型路面影响，使汽车先后轮、左右轮磨损速度不同。有轮胎磨损重，有磨损轻，甚至还会浮现轮胎单边磨损不均匀。为了延长轮胎使用寿命，定期对轮胎进行换位，这是汽车轮胎保养有效办法。轮胎维护换位可以提高轮胎行驶里程、平衡胎体疲劳强度和磨损。因而，研制系统必要具备轮胎换位后重新定位功能。
2.1.3 系统工作原理框图
系统原理框图如图2.1所示。

温度传感器
压力传感器
信号解决电 路
A/D转
换
电
路

M
C
U
发送模块
电源电路
接受模块
M
C
U
报警电路
显示电路
电源电路

图2.1 系统工作原理框图
2.2 系统方案设计
胎压监测系统（TPMS）是汽车电子系统中非常重要一种某些，它重要功能是监控汽车轮胎压力异常状况并及时告知驾车人，安装胎压监测系统可以有效地避免由于轮胎压力过低引起交通事故。
TPMS系统，依照其获取轮胎压力和温度办法分类，可分为两大类：第一类是间接式，第二类是直接式。系统可以使用间接式或者是直接式来完毕，因而提出了直接式和间接式两种方案。
2.2.1 TPMS系统间接式
TPMS系统间接式，又称为WSB，这种系统工作原理是通过汽车ABS系统轮速传感器对轮胎之间轮速进行比较以达到对轮胎压力监测。ABS系统检测重要是根据轮速传感器来检测车轮有无抱死，然后系统决定与否启动防抱死系统，如果轮胎压力减少，车辆重量就会导致轮胎直径变小，从而导致测速发生变化以至于发生了交通事故。在ABS系统是如果发生轮胎压力减小时候可以触发报警系统，使司机提高警惕然后解决汽车轮胎压力问题。上海通用别克轿车安装即是这种间接式TPMS，即当汽车行驶时，轮胎气压监测系统接受4个车轮转速传感器车轮转速信号，进行综合分析，当某一种轮胎气压太高或局限性时，轮胎直径就会变大或变小，车轮转速也发生相应变化。监视系统将车轮转速变化状况同预设原则值比较，即可判断出轮胎气压过高或过低。该类型系统重要缺陷是无法对速度超过100公里／时状况进行判断。同步，由间接式判断轮胎缺气原理可知，当多于两个轮胎同步低压或高压时，系统将无法正常工作。
2.2.2 TPMS系统直接式
TPMS系统直接式，又称PSB，通过在每一种轮胎里都安装一种压力传感器，可以直接测试汽车轮胎气压，然后再运用无线发射器将轮胎压力内部信息发射到中央接受器系统，然后再通过无线通信系统对轮胎内部压力数据进行显示，如果轮胎压力过低或者是轮胎漏气，系统就会自动报警，使司机可以在发生爆胎之前制止事故发生，由于直接式轮胎压力检测系统传感器必要装于高速行驶轮胎之中，因而需要通过无线通信技术实现压力监测。直接有源式TPMS依照轮胎模块有无电池供电又可以分为积极式和被动式，积极式TPMS有电池供电，而被动式TPMS，则用一种中央收发器代替直接有源式TPMS中中央接受器，安装在轮胎中转发器(Transponder)代替发射器，接受来自中央收发器信号，同步使用这个信号能量来发射一种反馈信号到中央收发器。被动式TPMS虽然不需要电池供电，但也涉及到模块取能问题，在当前没有更好解决方案，或者将来运用车轮机械能转换成电能运用也是一种办法。
2.2.3 TPMS系统直接式与间接式比较
TPMS直接式与间接式比较如表2.1所示。
表2.1 TPMS直接式与间接式比较

直接式TPMS
间接式TPMS
测量方式
直接测量
间接测量
物理参数
压力、温度
不同轮胎旋转半径
核心硬件构成
传感器、中央解决器
ABS系统、中央解决器
压力测量精度
±0.1Pa
30%
温度测量精度
±2℃
无
成本
需要附加成本，较高
基于ABS系统，较低
由上表可知，直接式TPMS系统相对于间接式TPMS系统具备更好测量精度。因此本设计采用是TPMS直接式系统。
2.3 本章小结
本章重要简介了TPMS系统是如何工作，分析和提出了TPMS系统性能规定，并在此基本上进行了系统方案论证和设计，进行了器件比较和选型，选取使用直接式来完毕系统任务。

第3章 系统硬件设计

3.1 系统工作原理
TPMS是在轮胎内部安装一种内置传感器，其中传感器中涉及可以感应气压电桥,电桥是电子气压感应装置，此装置可以将汽车压力产生信号转换成电信号然后又通过无线通信装置将信号发射出来，从而司机可以及时发现汽车压力状况。
基于无线通信汽车轮胎气压电子实时监测系统，其重要理论基本是无线通信技术、传感器技术和数字电路解决技术。系统一共分为两个某些，一种某些是系统主机模块，另一某些是系统从机模块。
3.2 模块分析
监测系统针对实际使用汽车轮胎实行轮胎胎气压电子实时监测。依照功能划分以及安装位置不同，设计由TPMS系统主机模块和TPMS系统从机模块两个模块来简介。
3.3 TPMS系统主机模块
随着TPMS系统迅速发展，当前满足市场需求TPMS系统主机模块应具备如下特点：（1）具备LCD显示界面，可以在各种环境下清晰显示各个轮胎压力和温度信息；（2）具备用于人机通信键盘，重要用于驾乘人员查看轮胎压力/温度状况和设立系统原则参数；（3） 具备声音警报装置，在轮胎气压或温度处在非正常范畴，或是轮胎气压变化速度不久（例如轮胎漏气）时，提供不同警报提示驾乘人员注意，是驾驶者可以做出相应办法，从而避免事故发生；（4） 系统可靠性高，使用和维护以便。
3.3.1 TPMS系统主机某些工作原理
TPMS系统主机硬件设计涉及中央解决器选取、人机接口电路设计、声光报警电路设计。中央解决器选取是设计核心。
本章重要内容是阐述数据解决单元等四个模块功能设计、器件选取、中央解决器模块与其她三个模块互连以及控制方式等。
在整个TPMS系统主机模块构成中，数据解决单元重要作用是：
（1）以循环方式串行采样各个轮胎压力/温度信息数据；
（2) 判断轮胎压力温度与否处在正常状态；
（3) LCD显示屏可以自动/手动显示相应轮胎压力温度值；
（4) 轮胎压力故障时蜂鸣器提示浮现压力异常或温度异常。
3.3.2 TPMS系统主机某些构造框图
TPMS主机系统构造框图如图3.1所示。

图3.1 TPMS主机系统构造框图
如框图看出，本TPMS中主机模块由数据解决单元、报警模块、显示模块、射频收发模块构成。RF电路有两个天线，分别与前两轮和后两轮从机模块中RF芯片进行无线通信，及时把数据送入数据解决模块。数据解决单元依照接受到数据判断轮胎参数与否正常，如果发现异常，则及时发出相应报警。
（1）数据解决单元
中央解决器对从机发射数据进行分析，如果发现轮胎压力或温度值超过所规定值时则通过报警系统进行报警。
（2）RF射