基于ARM的汽车胎压监测系统

韩志嵘 林芸 刘洁

摘 要：汽车胎压监测系统是用于对汽车行驶过程当中轮胎的气压实施实时监测的系统，当汽车轮胎气压出现异常时，系统即会发出报警提示驾驶人员，以保证驾驶的稳定性和安全性，避免因胎压异常而发生交通事故。文章以32位ARM微处理器为基础搭建了系统的硬件平台，并引入μc/OSⅡ实施软件设计，实现了该系统的双向通信。关键词：ARM;汽车;胎压监测系统中图分类号：V266  文献标识码：B  文章编号：1671-7988（2019）01-114-02

ARM-based automobile tire pressure monitoring system

Han Zhirong， Lin Yun， Liu Jie

（School of mechanical engineering Guiyang University， Guizhou Guiyang 550005）

Abstract： Automobile tire pressure monitoring system is a system for real-time monitoring of tire air pressure during vehicle driving. When the tire pressure of the automobile is abnormal， the system will give an alarm to the driver to ensure the stability and safety of driving. Sexuality， to avoid traffic accidents due to abnormal tire pressure.Keywords： ARM; car; tire pressure monitoring systemCLC NO.： V266  Document Code： B  Article ID： 1671-7988（2019）01-114-02

引言

國内高速公路有70%左右的交通事故是因爆胎而引起的。另据美国汽车工程师协会的调查显示，美国每年因轮胎故障而引发的交通事故达26万起，其中75%是因胎压不足和漏气所引起的。

1 系统总体设计

本系统主要用于监测大型车辆的轮胎压力，如大型工程车、重型卡车、军用装甲战车等系统主要包括中央控制模块与远端轮胎模块两部分。

工作原理：远端轮胎的微控制器经轮胎内传感器可对轮胎的压力与温度信息进行定时采集，并依之前所采集数据对轮胎压力或温度是否发生改变进行判断。若发生改变则会将所采集的数据组织成帧，经射频单位发送至中央控制模块;若未发生改变则会在过一段时间后再发送。中央控制模块在接收相关数据之后，即会对其进行处理，并将信息显示于液晶屏幕上。若经检测发现胎压未处标准值的一定范围内，或是轮胎温度超70℃时，系统即会发出声光报警，以提示驾驶员，驾驶员即可采取手动或自动调节措施，通过控制阀门的充入气以对胎压进行调整，消除异常情况。

2 系统硬件设计

2.1 中央控制模块

系统中央控制模块包括中央控制器、液晶显示、蜂鸣器报警、EEPROM存储、射频接收、继电器控制等模块。

从图中可以看出，系统的中央控制器为LPC2214，其是一款32的ARM7TDMI-S CPU微控制器，可实现实时仿真和嵌入跟踪，内部有16KB的SRAM和256KB的FLASH，接口资源丰富，有2个UART异步串行口、2个SPI口、1个高速IIC口和112个GPI0口，此控制器可有效满足系统具较多控制外设、功能复杂等要求。

射频接收模块所使用的是nRF905单片射频芯片，采取32引脚QFN封装，可于433、868、915MHz等频道工作。nRF905单片射频发射器芯片可自行完成字头与CRC的处理，同时片内硬件可自动实施曼彻斯特编码和解码，利用SPI接口，还可实现与微控制器间的通信，配置方便且功耗较低。本系统的nRF905单片射频发射器芯片工作频道为433MHz。

阀门控制模块主要是利用继电器来控制阀门的充放气，从而调整胎压。此单元主要经与ARM的GPI0口与达林顿管进行连接，从而驱动继电器，控制阀门的充放气。为保证系统运行的稳定性，应于继电器触点两端采取并接方式，以消除火花电路。

EEPROM存储模块主要是利用ARM的IIC口连接24C02来实现轮胎信息的存储，包括路面载荷情况、各种路面的标准压力和温度、各轮胎的ID号等。

液晶显示模块所使用的是一款TFT彩色液晶屏，其分辨率主240×160，采取8位外部总线方式连接于ARM，用以显示各轮胎的压力和温度、当前路面情况、汽车载荷、控制状态等信息。

蜂鸣器报警利用PNP三极管，经GPI0口实施控制，LED经限流电阻连接于GPI0口，当汽车轮胎压力或温度出现异常时，其即会发出声光报警。

2.2 远端轮胎模块

远端轮胎模块包括传感器、微控制器、射频发送和电源等部分，远端轮胎模块的微控制器所使用的是Atmega8，其性能高、功耗低，系统内可实现Flash编程，512KB的EEPROM，1KB的SRAM，通用型的I/O口和工作寄存器各32个，3个T/C，可实现USART的串行编程，2线面向字节的串行接口、10位6路程ADC和1个SPI串行端口。傳感器所使用的是MPXY9040A，可对轮胎压力与温度进行测量，经SPI与微控制器进行连接，将所采集的轮胎压力与温度数

据传输至中央控制器。射频接收模块所使用的也是nRF905单片射频芯片。

3 系统软件设计

3.1 中央控制模块

本系统软件设计中的中央控制模块需实现实时监测并显示轮胎压力和温度、可依所设定的路面与载荷情况修改轮胎压力与温度标准、可将相关标准值发送至远端轮胎模块、可手动设置标准、当轮胎出现异常时能发出声光报警并可于相应位置进行闪烁、可对阀门的充放气进行控制将胎压调节至标准范围、换胎后仍可正常工作、经LCD和按键实现人机交互等功能。为实现这些功能，本系统采取了μc/OSⅡ作为中央控制模块的主系统，并依要求划分了任务。例如，换胎任务一般处挂起状态，只有换胎功能生效时，此任务才会恢复。任务执行时即显示换胎界面，在更换好轮胎后点击“确认”，系统即会发送信息至硬件将新轮胎ID记录下来，完成后此任务又会恢复至挂起状态。

3.2 远端轮胎模块

远端轮胎模块主通过电池供电，因此，其更关注电池的使用寿命。从整体来看，发送数据时耗能最大，因此，应尽量减少无效数据发送;在实施初始化后可进入低功耗模式。在间隔一段时间后微控制器可经传感器对轮胎压力与温度进行测量，同时与已存储的数据进行比较，数据无变化则不发送，持续保持低功耗状态;若数据有变化，则经无线射频发送至中央控制模块，通过减少数据发射次数来降低功耗，以延长电池的使用寿命。

4 结语

胎压监测系统通过于汽车轮胎当中安装压力与温度传感器的方式对轮胎压力与温度进行测量，并经有线或无线方式传输至主控制器，从而实现胎压的监测与控制。本文以32位ARM微处理器和μc/OSⅡ操作系统设计了一款汽车胎压监测系统，系统既可实施监测轮胎压力与温度，同时还可自行调节压力，有效保障了行车的安全性。

参考文献

[1] 王婷.汽车胎压监测系统技术与发展[J].汽车工程师，2015（01）：21- 22.

[2] 曹景胜.基于MPXY8300和STM32的汽车胎压监测系统设计[J].电子产品世界，2018，25（05）：43-45.

[3] 郭靖.汽车胎压监测系统的开发设计[J].数码世界，2017（03）：134 -135.