汽车胎压采集模块的设计与研究

朱文武，朱必武

（长安大学汽车学院，陕西 西安710061）

汽车胎压采集模块的设计与研究

朱文武，朱必武

（长安大学汽车学院，陕西 西安710061）

现在由于轮胎引起的汽车事故是越来越多，特别是在夏天高温的路面上高速行驶的汽车。因此，轮胎的安全性对于汽车的安全性至关重要。本文论述了通过基于无线通信模块和压力传感器的汽车胎压采集模块的硬件和软件的设计与研究，可以为我们的汽车用户提供实时的胎压数据。从而有效的防止因为轮胎而带来的交通事故。

无线通信模块；汽车胎压采集模块；压力传感器

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

引言

大家都知道车辆前进动力推进点是我们的轮胎，同时也是车身保持平衡的着力点，因此，轮胎的安全性对于乘客的生命安全是非常重要的。目前对轮胎安全性监测最有效的手段是通过轮胎压力监测系统（Tire Pressure Monitoring System，TPMS）实时监测轮胎的气压，可以有效的预防和防止爆胎的发生。胎压已经是汽车数据中非常重要的数据。但是对于一些低配车型依然没有配备此系统，特别是对轮胎安全性能要求较高的重型运输车辆。所以在我们把胎压数据采集模块安装在我们的车辆的管理系统中，为我们的驾驶员实时提供胎压信息并存储，这样就可以最大程度上防止交通事故的发生，同时如果我们的车辆出现爆胎，根我们可以根据储存的胎压数据来分析事故发生的原因等。

1、汽车胎压模块硬件设备

由于我们的压力传感器安装在轮胎上，我们需要采用无线通信的方式。因此我们的无线通信模块的稳定性直接关系到我们采集到的胎压数据的准确性。而无线通信的在汽车这个高电磁噪声的环境下极易受到干扰。因此硬件设计中的无线参数的设计非常关键，只有无线通信稳定才能保证我们采集到数据稳定。

在我们的实际应用中，胎压传感器始终处于发送状态，而我们的终端始终是接收状态，所以我们的胎压监测模块一般选择独立的单发射和单接收芯片，这样可以有利于我们的成本的节约和功耗的降低。综合考虑各种因素，本文系统车载数据采集终端的胎压监测模块所采用的433MHZ射频发射芯片和接受芯片分别为:Micrel公司的发射芯片MICRF112和接收芯片MICRF211。芯片工作频段为380MHZ～450MHZ。

采用这两种芯片的优点是:

低功耗，在433.92MHZ工作频率连续以10kbps发送状态下，电流只有6mA；

性能稳定，具有良好的抗噪声干扰能力；

使用简单，外围器件的需要比较少。

并且数据线只需要一个引脚即可通信，对于本系统这种通信接口紧张的应用环境是非常的有利。因为胎压采集模块一般安装在汽车轮胎的气门上，或者安装在汽车轮胎内部，他们都对产品工艺的要求非常高。因此，在实际应用中，胎压采集模块一般直接采用比较成熟的成品模块。然后接收其采集的数据，以及数据的处理和应用。这样我们就可以减少系统设计的时间，提高效率，同时把我们的重心放到系统功能的开发上。所以我们的电路设计部分主要是设计与车载数据采集终端上的无线射频接收端的实现上。MICRF211其实是一微波解码芯片，它的作用是对433MHZ射频信号的解调，然后输出一个我们ECU能够识别的二进制数据位。相反，我们的发射芯片MICRF112是对信号的调制，把每一位输出的二进制数据位调制成经过433MHZ电磁波发送的信号。因此，在使用中，我们可以将它们看做是一对串行通信电平转换芯片，与MAX232在UART串口通信中的作用相类似:仅对二进制数据位的表达方式进行改变，而不其他的处理。MICRF211推荐的配置电路为图1所示。MCU与MICRF211的连接只需要通过一根DATA数据线（图1中第10引脚）相连，以1KHZ固定波特率接受数据。

2、汽车胎压模块软件设计

通过硬件分析可以知道，MICRF211和MICRF112这一对接收发射芯片仅提供实时的转换功能，对于供链路层功能不予提供，仅仅是提供实时的转换功能。因此，为了获得较高质量的接收数据，对于胎压传感器发送模块部分软件程序的运行模式，我们必需要有一个深刻的了解。它的工作模式的特性主要功能是对功耗降低，从而保证单个传感器的电池寿命。

程序的关键设计点有:

1．在标准大气压下（空闲放置状态，未安装在轮胎上），我们的胎压传感器放置一段时间后，就会进入睡眠状态。需要重新启动才能唤醒。

2．在轮胎上安装时，如果轮胎转动是通过加速度的方式检测到的，此时汽车在运行，那么就按照较短的时间间隔，即每3分钟采样胎压状况。与此相反，如果汽车在静止状态时，我们就按照没十分钟的时间间隔来采样胎压状况。

通过对胎压传感器模块发送信息规律的分析可以发现，胎压信息的发送周期的波动比较大，为了使车载数据终端能够更好的进行任务处理，使MCU发挥它的最大功效。在设计MICRF211通信的时候，我们使用中断触发的方式来触发中断。就是当有数据传输的时候，通过MICRF211转换成高低电平二进制数据位到达MCU的时候，立即触发中断，从而使MCU对本次采集到的数据进行接收。每次数据发送的中间并不影响MCU其他数据的采集和处理。传感器在采集轮胎气压的同时，一般还会采集轮胎的温度数据。然后将这两项数据同时发送给MCU，MCU接收到胎压传感器发送的数据后，要与系统设置的阈值进行对比。如果超出阈值，那么需要以蜂鸣器等形式及时向司机发出警报。之外，如同采集到的OBD数据一样，需要将采集到的胎压数据加入数据包实时上报服务器存储、分析。胎压检测模块如图2所示，

3、结论

胎压监测对汽车安全至关重要，保证胎压监测的稳定性则主要在于保证胎压传感器和接收器之间无线通信的稳定性。本文详细介绍了胎压监测模块中无线通信相关的软硬件设计。首先从无线通信参数角度，解释了胎压监测模块在通信频段、天线等基本参数选择上的原理。又从软件逻辑角度，介绍了胎压监测模块的工作模式特点。

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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，就读于长安大学汽车学院，研究方向为动力机械及工程。