汽车轮胎气压监测装置设计

德州学院　　于学聪　孟俊焕

汽车轮胎气压监测装置设计

德州学院于学聪孟俊焕

本文就一款基于集成式传感器芯片SP12、微控制器PIC16F874以及高频收发芯片CC1100作为主要元器件的汽车轮胎气压监测装置的设计展开分析，驾驶员可以通过本装置实时监测汽车轮胎信息，提高了汽车高速行驶的安全性。本文主要介绍了该装置的基本组成以及软、硬件设计方法。

轮胎气压监测；设计；CC1100；程序

引言

近几年，交通行业发展迅猛，人们在享受交通带来的便捷时，也在承受交通事故带来的困扰。交通事故尤其以汽车轮胎气压所引起的事故比例居高不下。这引起了人们对轮胎气压进行监测的高度重视。所以，设计一款实时监测汽车轮胎气压的装置刻不容缓。

1　汽车轮胎气压监测装置的基本组成和工作原理

汽车轮胎气压监测装置主要用于汽车行驶时对轮胎气压实时检测。判断轮胎内的压力是否在正常范围内，通过显示器给驾驶员提供警示信息，从而保证汽车行驶安全。本设计主要由轮胎模块和监视器模块组成。图1为系统结构框图。

图1　系统结构框图

轮胎监测模块是由压力传感器芯片、嵌入式微控制器与高频发射模块组成胎内电子包。工作时，传感器芯片监测出气压信息并转换为电信号，微控制器对电信号进行A/D转换，通过高频发射模块传送。

监视器模块由高频接收模块、嵌入式微控制器、液晶显示器、键盘等主要部件组成。工作时，高频接收模块接收来自发射模块的射频信号并传送到微控制器，微控制器对数据进行解析处理，然后将数据与设定值进行对比检测。如有异常，则向驾驶员报警。

2　汽车轮胎气压监测装置的硬件构成

基于设计要求和性能指标的综合考虑，本设计硬件的选择如下。

2.1轮胎监测模块的硬件构成

轮胎监测模块的硬件选用Infineon公司的SP12传感器、微芯公司的PIC16F874微控制器、TI公司的CC1100高频收发芯片、锂亚电池。

SP12传感器是基于MEMS技术的硅压阻式压力传感器，对压力的监测范围是100KPa～450KPa，对汽车胎压测量精度高并且还具有对轮胎温度、电压以及加速度的监测功能。

微芯公司的PIC16F874微控制器是一款低消耗，高性能的RISK结构微控制器。具有与SP12传感器相匹配的SP12通信接口。此芯片被广泛应用于工控领域以及恶劣环境领域，基于以上优点选择PIC16F874微控制器。

轮胎模块采用锂亚电池，适应轮胎工作在-40℃～100℃的温度范围，同时也具备抗震、防高压的能力。其电池容量有500mAh，正常工作模式下可使用6～7年。满足轮胎使用寿命要求。

2.2监视器模块的硬件构成

监视器模块的硬件选用TI公司的CC1100高频收发芯片、微芯公司的PIC16F874微控制器器、显示器、键盘。

TI公司的 CC1100高频收发芯片是一种基于 Chipcon SmartRF技术的单片、可编程、UHF收发片。其抗干扰能力强、误码率低，功耗低、工作频段灵活，被广泛应用于医学、工业领域。

微控制器同样采取微芯公司的PIC16F874控制器。

3　汽车轮胎气压监测装置的软件设计

3.1轮胎监测模块的程序设计

轮胎监测模块程序主要功能是收集汽车轮胎运行的信息，对数据进行解析，通过CC1100将数据传送到监视器模块微控制器。主程序见图2。

图2　轮胎监测模块的程序图

轮胎监测模块首次通电要先进行系统初始化设置，此时CC1100配置为电磁波激活模式。接下来进入学习模式，把传感器的地址发送给监视器模块中微控制器，监视器模块中微控制器收到传感器地址在显示器和键盘的辅助设置下开始对轮胎进行定位。完成后跳入正常的工作模式，系统休眠。

当CC1100收到监视器模块中微控制器的采集命令，系统转入工作状态，先给上位机发送应答，继而分析命令并将数据解析为延时响应时间。时间到后对轮胎的加速度进行检测，用加速度判定数据的处理和发送方式。

依据发送方式的命令，轮胎监测模块发送监测到的数据后等待上位机应答，有应答，完成后续发射；如果没有应答，系统休眠。

3.2监视器模块程序的设计

监视器模块程序主要功能是通过CC1100接受轮胎监测模块发射的轮胎数据信息，之后对数据进行加工处理，将处理后的数据传送到液晶显示器，并依据不同状况决定是否报警。主程序如图3所示。

监视器模块首次通电要进行系统初始化设置，给4个下位机发送基准定时10s，使下位机处于不同的发射时隙，之后等待下位机应答。如果应答，表示CC1100接受的信息数据包可与设定的命令匹配，表示信息接收成功，然后采集下一轮胎信息。如果无应答，则等待数据传输。

监视器模块的微控制器对收到的有效数据分析并解析为可识别的命令，并根据识别后的命令判断是否还有后续的数据传输。如果有，则继续接收，直到轮胎监测模块发送完毕。

图3　监视器模块的程序图

监视器模块的微控制器把解析好的数据传送到液晶显示器显示，同时检测当时的轮胎状态。若有异常则立即报警；若正常，则采集下一轮胎信息。

若监视器模块的微控制器长时间收不到某一个下位机的轮胎数据，此时给另一个下位机发送采集命令直至所有数据全部显示在液晶显示器上。然后再进行新一轮的数据采集和显示，如此往复地实时监测行驶中的汽车轮胎状态，为驾驶员提供清晰明了判断依据的。

4　结论

本论文以汽车轮胎作为设计研究目标，使用模块化设计方法设计了一个汽车行驶过程中对轮胎气压监测的装置。本装置硬件设计成本低廉，实用性高；软件设计合理高效，科学简洁，在汽车故障检测走向自动化方面有重大积极意义。

［1］KRAUS JOHN D，MARHEFKA RONALD J.天线.章文勋译.第3版.北京：电子工业出版社，2004.

［2］窦振中，汪立森.PIC系列单片机应用设计与实例［M］.北京：北京航空航天大学出版社，1999.

［3］辛海燕.汽车轮胎随动压力监测系统研究［D］.长春：长春理工大学，2008.

于学聪，男，1993出生，山东省潍坊市人，本科。