基于嵌入式技术的高原轮胎压力检测报警系统

【摘要】本文主要介绍了轮胎压力检测报警系统的主要用途，以及车辆出入高原时轮胎压力变化造成的潜在安全隐患，结合高原地区气候现状和当地居民与外地游客驾车出入西藏地区时的实际需要，设计了一种基于嵌入式技术的高原轮胎压力检测报警系统。

【关键词】嵌入式技术;TPMS;无线通信

Abstract：This paper mainly introduced the use of tire pressure detection and alarm system，and the tire pressure changes caused by vehicle access the plateau potential safety，hazards，combined with the plateau climate situation and local residents and tourists driving out of practical need in Tibet，designed a plateau tire pressure detection and alarm system based on embedded technology.

Key words：embedded technology;TPMS;wireless communication

引言

随着西藏旅游事业的蓬勃发展，越来越多的游客对西藏这片纯净，神秘的沃土所着迷，同时更是吸引了一批又一批自己驾车畅游西藏的驴友。当然，也就少不了自驾游的重要交通工具——汽车。俗话说，千里之行始于足下，轮胎，作为汽车行驶所必需的四只脚，车辆的重要部件之一，其重要性不言而喻。支撑着车体重量，传递侧向力，牵引力和制动力导向，提高驾乘安全性和舒适度等都需要有性能良好的轮胎做基础。轮胎压力检测系统的提出源于本世纪初期的普利司通轮胎事件。汽车因胎压长期处于非标准的情况下行驶而造成的车辆人员损毁伤亡事故频发，由此引起各界对汽车轮胎压力标准化之于汽车行驶安全的关注。轮胎故障是汽车在高速行驶中，所有驾驶者都担心的并且最难预防的造成突发性交通事故发生的重要原因之一 ，所以“基于嵌入式技术的高原轮胎压力检测报警系统”有必要作为一个重要且迫切的课题来研究。据国家橡胶轮胎质量监督中心的专家分析，保持行驶中轮胎压力的标准化，及时发现轮胎压力的异常是防止汽车轮胎爆胎的关键。然而一般情况，标准胎压值都会被车厂标注在车门内侧或者油箱盖附近，但是我们很多车主往往都忽视了这点，大多数车主只是采用目视法来观察车胎压力是否正常，而实际上这种方法是非常不可靠的。

1.轮胎压力报警系统总体方案设计

随着电子技术的不断发展，使得汽车电器化的程度越来越高，本设计实现了基于嵌入式的高原轮胎压力报警系统，主要研究内容如下：

1）采用模块化的指导思想设计并实现了一套基于高原的轮胎压力报警系统，并对各模块分别进行元器件的选型，电路设计，软件编程调试，提高了系统的开发效率。

2）设计了胎内监测模块（气压传感器模块），无线传输模块，无线接收模块，中央处理器，LCD显示器（藏汉双语显示），并对软件进行模块划分和设计，系统的中央处理器接收到数据经处理后通过LCD模块显示出轮胎的压力信息。当系统出现轮胎信息异常时，蜂鸣器报警，使系统达到实时监测轮胎胎压的目的。

具体框图如图1、图2所示。

3）搭建了一套轮胎压力监测报警系统的样机，并对汽车胎压监测系统进行了高压，低压，漏气状态等的性能测试。结果表明：所研制的系统能有效监测汽车轮胎的压力变化，整个系统运行良好，符合《汽车轮胎气压监测系统（TPMS）》标准要求。

2.汽车轮胎压力报警系统的硬件及软件实现

2.1 汽车在平原经高原行驶过程中，轮胎气压始终不变，但从平原向高原爬坡过程中，海拔持续升高，轮胎外部气压会随着海拔的升高而降低，从而使轮胎内部气压与外部氣压产生气压差值，导致轮胎胀气，给行驶带来不安全因素。在轮胎夹层中安装带有气压传感器的无线传输模块，当轮胎内部气压超过预先设定的安全气压数值时，控压阀门自动开启，并向无线接收模块发送信号，经无线接收模块的中央处理器处理数据后，LCD显示当前警报气压值，此时蜂鸣器报警。

控压阀门的流程图图3所示。

图1 胎压监视模块

图2 车载显示模块

图3 控压阀门的流程图

2.2 胎内监视模块硬件包括气压传感器，胎内微处理芯片（单片机），射频发射接收器，数据采集接口，胎内监测模块电源，无线通信协议。

2.3 胎内监测模块软件包括主程序，测量子程序，发射子程序，系统硬件的抗干扰设计。

3.可改进的方面

3.1 电源

目前的TPMS胎内监测模块主要还是采用纽扣电池这一供电方式，然而纽扣电池的容量有限，因而目前的发展方向是实现胎内监测模块的低功耗，增大电池容量，延长电池使用寿命。现阶段主要通过选用低功耗的芯片，性能高电池，唤醒技术和一些算法来实现系统的低功耗。实现低功耗的研究发展过程中，先考虑到车辆不是一直在公路上行驶的，所以并不需要让胎内监测系统一直处于开启状态，尽量使系统大多数时间处于断电或者睡眠状态来节省能耗，已达到延长电池寿命的目的。

3.2 轮胎监测模块定位

汽车轮胎压力监测系统中的轮胎定位是指中央控制系统模块对所接收到的信号进行识别，判断和分析所接收到的信号是否为本汽车的胎内监测模块所发出的信号，同时确定为那个轮胎所发出的过程。同时，汽车在行驶一段时间后，可能有些因素，例如调换新的轮胎，或者因为汽车四个轮胎受到的荷载不同导致四个轮胎的磨损程度不同，从而导致轮胎需要置换，而轮胎的置换导致安装在轮胎上的监测模块也随之换位，从而导致以前的一一对应关系被打破，这就要求对轮胎监测模块进行重新的位置定位。

因此，定位功能是本作品必须具备的功能，但由于本作品只是初步建立了一个胎压报警系统的雏形，以后会继续改进。目前，国内外主要有界面输入式，低频唤醒式，外置编码储存器式，天线接收近发射场式等技术实现监测模块的定位。

4.结论与展望

轮胎压力报警系统对高原安全行驶汽车有着极其重要的意义。轮胎压力报警系统是一个非常重要且有意义的事前预警系统的安全保障系统。但由于所有的实验都是在人工模拟的环境下进行的，在实际应用中还会遇到许多的问题，特别是胎内监测模块，安装在轮胎内部，环境恶劣，复杂，其可靠性等方面仍然需要不断提升，需要进一步升入改进与提升。

参考文献

[1]颜重光.汽车轮胎压力监视系统的设计思考[EB/01].

[2]乔俊.高速公路上轮胎爆破的原因和防范措施[J].轮胎工业，1999，19（9）：551-555.

[3]汤志华.汽车轮胎压力检测系统的设计与实现[D].武汉：华中科技大学，2006.

[4]智能轮胎检测技术的发展现状及需要解决的关键问题[J].汽车技术，2005（02）.

[5]王化祥，张淑英.传感器原理及应用[M].天津：天津大学出版社，1999：1-2.

作者简介：刘珊珊（1992—），女，现就读于西藏大学工学院，研究方向：交通运输规划与管理。