一种基于胎压监测的软件设计

摘 要：本文一种闭环的胎压力监测软件系统程序，该设计由总体方案、系统软件流程、传感器软件设计、监控终端软件设计、性能分析。经实际测试表明：该系统监测的数据可靠，更新及时，软件系统能有效的保持汽车收集信息的实时性及完整性，有很强的实用性。

关键词：闭环控制系统;C语言;监控终端;胎压传感器

1 引言

1.1 系统总体方案

系统软件流程上使用了状态机的简易实时系统控制，系统接收四轮传感器信号、发送控制信息及显示信息都采用了状态机的软件编写方案，内容之间相互不冲突，主从接收发送器沟通流畅及时。状态机的软件编程可代替庞大的实时操作系统在软硬件上的资源浪费。在硬件上沿用了普通实时胎压监测系统，即四轮轮胎各放置一个胎压传感器，通过纽扣电池为传感器供电，传感器发送无线电信息至位于驾驶室常电供电的监控终端，或是放置于控制台监控与显示一体的监控终端，通过太阳能供电。

1.2 系统软件流程

在该软件设计系统中，关闭了传感器的加速度触发装置，正常工作时只是由监视器主机进行高频唤醒，以便节省功耗和简化软件。而加速度及振动触发装置设置于监视器主机上，在车辆启动发动机后，触发启动。为了排除误动作，增加了振动确认功能，确认启动发动机后进行开机，主机初始化完成后即发送高频唤醒信号，唤醒位于轮胎上的胎压传感器。在发动机启动三秒后即可显示轮胎胎压及温度值。传感器接收唤醒信号后，即发送含有胎压和温度的讯息，讯息包含了从机码传送值及校验码等。当传感器未接收到唤醒信号或唤醒失败时，根据状态机的处理机制，会在合适的时间再次发送点对点唤醒信号，如果依然未收到反馈信息，则认为传感器无电或死机，当进入故障处理状态时，监控主机则先尝试软件重启传感器，如果不成功则在显示器上提示进行人工排故，车主拿监控主机靠近对应传感器即可，监控主机会和传感器进行低频通讯，进一步自动处理故障。

1.3 传感器软件设计

四轮轮胎各放置了一个通过纽扣电池为传感器供电的胎压传感器，通过发送无线电信息至监控终端，考虑到传感器降低功耗以加强胎压传感器的使用寿命，所以考虑关闭加速度侦测功能以减少长时间的加速度侦测。

为了保障系统通信的可靠性，传感器程序以准确有效发送气压信息、温度信息为目的，在传感器启用开始时，程序上了做了初次开机的分支设计，在主机与传感器进行低频通讯后，完成了注册信息，传感器的发送时间，以及导入启用时间。结束后设立标志位并且重新启动。在车辆启动发动机后，由监控主机振动感知启动，并发送三帧高频唤醒讯号，以保证传感器接收到唤醒信号，在高频唤醒时，因为可能有电磁干扰等不可控因素，或者是其他设备的无线信号与该唤醒信号相仿，在唤醒讯号中加入启用时间客户码等多位的校验机制，以保证传感器仅被与之匹配的监控主机唤醒。

传感器被唤醒后，即在质数倍的延时时间后，发送两帧数据讯号，经过另一质数倍的延时时间，另一传感器发送两帧数据;以此循环往复，采用质数倍发送可减少胎压传感器间的信号冲突。传感器发送完毕则选择休眠以节省功耗。该系统也保留了低频唤醒功能，即通过监控终端与传感器的近距离接触传输数据，主要传输的数据是传感器的系统设置，比如定时的时间，启动时间，ID地址编码等信息。

1.4 監控终端软件设计

如果轮胎实时气压和温度不在标准轮胎气压的范围，则监控终端产生报警来提示驾驶人员采取必要的预防措施。胎压传感器监测的胎温胎压实时数据，传送到汽车仪表盘进行实时数据显示。

为了实现监控终端可以稳定可靠的传输数据，在软件程序上不卡机死机，尽可能的规避数据传输失败，该设计在监控终端上选用了状态机的方案，简化了实时操作系统的繁杂，程序清晰了然，不需要复杂计算过程，只是按部就班执行状态信息，根据状态信息进行下一步的程序轨迹。状态机的程序结构将软件程序分为若干个状态值：触发启动后的验证状态、发送传感器高频启动讯号状态、接收传感器讯号状态、接收传感器讯号异常状态、低频唤醒处理状态。触发启动后的验证状态意在规避误启动或选择是否启动，最终确认结果设立完成标志位，程序进入下一状态的甄别;发送传感器高频启动讯号状态意在计算时间，在正确的时间点上发送高频启动信号，在该设计中的传感器空闲时间设计为休眠，所以在处理完数据或接受完传感器信息，需要在正确的时间里发送再次启动的信号;接收传感器讯号状态意在在一定的时间里接收传感器讯号，如果长时间未接收完全或者是接收不到，则设立相应的状态位进入另一状态;接收传感器讯号异常状态是在在与传感器通讯失败后进行的处理程序;低频唤醒处理状态意在初次开机或车主处理故障时使用;程序在几个状态间不断的变动，减少了实时程序的复杂度。

在低频唤醒功能中，监控终端的状态机处理机制进入低频唤醒处理状态，通过对单一的传感器低频通讯，完成对传感器ID的匹配、动态设置、定时时间设置、启用时间等设置，在数据传输上采用了4个字节的地址，1个压力或温度字节，省去了位置字节，采用一个字节的校验值;采用短码，一则减少发送接收时间，另外减轻程序计算量。

2 结束语

该胎压传感器软件设计的思路最初来源于电脑监视器软件程序，将电脑显示讯号实时完整的呈现在屏幕上是电脑监视器软件程序的最终目的，兼顾一些亮度调节等基本功能，基于该软件程序应用状态机程序结构的稳定可靠，应用于类似的胎压传感器实时系统中，初步运行中性能正常可靠。

参考文献：

[1]史蒂芬·普拉达.C Primer Plus[M].人民邮电出版社.

[2]乔恩·本特利.编程珠玑[M].人民邮电出版社.

[3]冯永忠.汽车轮胎压力监测系统[M].机械工业出版社.

项目名称：本文系2018年度广西高校中青年教师基础能力提升的立项项目（项目编号：2018KY1032）。

作者简介：林松（1981-），男，广西浦北人，本科，讲师/工程师，主要研究方向：汽车职业教育、汽车结构原理与维修。