基于MSP430的汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)-檢驗(yàn)技術(shù)與自動(dòng)化裝置碩士論文

分類號(hào)：分類號(hào)：TP277TP277密密級(jí)：級(jí)：公公 開開 U D CU D C：?jiǎn)挝淮a：?jiǎn)挝淮a：1041042424 學(xué)學(xué) 位位 論論 文文 基于基于基于 基于 MSP430MSP430MSP430 MSP430 的汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 的汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 李李 鵬鵬 申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士學(xué)位碩士學(xué)位專業(yè)專業(yè)名名稱：稱：檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置 指導(dǎo)教師姓名指導(dǎo)教師姓名：王曉寧王曉寧職職稱：稱：副教授副教授 山山 東東 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 二零一零年五月二零一零年五月 論文題目：論文題目：論文題目： 論文題目： 基于基于基于 基于 MSP430MSP430MSP430 MSP430 的汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 的汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 作者姓名：作者姓名：作者姓名： 作者姓名： 李鵬李鵬入學(xué)時(shí)間：入學(xué)時(shí)間：入學(xué)時(shí)間： 入學(xué)時(shí)間： 20072007年年 9 9 月月 專業(yè)名稱：專業(yè)名稱：專業(yè)名稱： 專業(yè)名稱： 檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置 研究方向：研究方向：研究方向： 研究方向： 自動(dòng)檢測(cè)監(jiān)控與系統(tǒng)集成自動(dòng)檢測(cè)監(jiān)控與系統(tǒng)集成 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 指導(dǎo)教師： 王曉寧王曉寧職職職 職 稱：稱：稱： 稱： 副副教教授授 論文提交日期：論文提交日期：論文提交日期： 論文提交日期： 20102010 年年 5 5 月月 論文答辯日期：論文答辯日期：論文答辯日期： 論文答辯日期： 20102010 年年 6 6 月月 授予學(xué)位日期：授予學(xué)位日期：授予學(xué)位日期： 授予學(xué)位日期： TIRETIRETIRE TIRE PRESSUREPRESSUREPRESSURE PRESSURE MONITORINGMONITORINGMONITORING MONITORING SYSTEMSYSTEMSYSTEM SYSTEM BASEDBASEDBASED BASED ONONON ON MSP430MSP430MSP430 MSP430 A A A A DissertationDissertationDissertation Dissertation submittedsubmittedsubmitted submitted ininin in fulfillmentfulfillmentfulfillment fulfillment ofofof of thethethe the requirementsrequirementsrequirements requirements ofofof of thethethe the degreedegreedegree degree ofofof of MASTERMASTERMASTER MASTER OFOFOF OF PHILOSOPHYPHILOSOPHYPHILOSOPHY PHILOSOPHY fromfromfrom from ShandongShandongShandong Shandong UniversityUniversityUniversity University ofofof of ScienceScienceScience Science andandand and TechnologyTechnologyTechnology Technology b b b b y y y y LiLiLi Li PengPengPeng Peng Supervisor:Supervisor:Supervisor: Supervisor: A A A A ssociatessociatessociate ssociate ProfessorProfessorProfessor Professor WaWaWa Wa ngngng ng XiaoningXiaoningXiaoning Xiaoning CollegeCollegeCollege College ofofof of InformationInformationInformation Information andandand and ElectricalElectricalElectrical Electrical EngineeringEngineeringEngineering Engineering MayMayMay May 201020102010 2010 聲聲明明 本人呈交給山東科技大學(xué)的這篇碩士學(xué)位論文，除了所列參考文獻(xiàn)和世所本人呈交給山東科技大學(xué)的這篇碩士學(xué)位論文，除了所列參考文獻(xiàn)和世所 公認(rèn)的文獻(xiàn)外，全部是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下的研究成果。該論文資料尚沒有呈交公認(rèn)的文獻(xiàn)外，全部是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下的研究成果。該論文資料尚沒有呈交 于其它任何學(xué)術(shù)機(jī)關(guān)作鑒定。于其它任何學(xué)術(shù)機(jī)關(guān)作鑒定。 碩士生簽名：碩士生簽名： 日日期：期： AFFIRMATIONAFFIRMATIONAFFIRMATION AFFIRMATION I I I I declaredeclaredeclare declare thatthatthat that thisthisthis this dissertation,dissertation,dissertation, dissertation, submittedsubmittedsubmitted submitted ininin in fulfillmentfulfillmentfulfillment fulfillment ofofof of thethethe the requirementsrequirementsrequirements requirements forforfor for thethethe the awardawardaward award ofofof of MasterMasterMaster Master ofofof of PhilosophyPhilosophyPhilosophy Philosophy ininin in ShandongShandongShandong Shandong UniversityUniversityUniversity University ofofof of ScienceScienceScience Science andandand and Technology,Technology,Technology, Technology, is is is is whollywhollywholly wholly mymymy my ownownown own workworkwork work unlessunlessunless unless referencedreferencedreferenced referenced ofofof of acknowledge.acknowledge.acknowledge. acknowledge. TheTheThe The documentdocumentdocument document hashashas has notnotnot not beenbeenbeen been submittedsubmittedsubmitted submitted forforfor for qualificationqualificationqualification qualification atatat at anyanyany any otherotherother other academicacademicacademic academic institute.institute.institute. institute. Signature:Signature:Signature: Signature: Date:Date:Date: Date: 山東科技大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要 摘摘要要 汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是汽車安全系統(tǒng)的重要組成部分， 系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性直 接關(guān)系到駕駛員的生命財(cái)產(chǎn)的安危。尤其是遠(yuǎn)程輪胎壓力監(jiān)測(cè)模塊，它對(duì)輪胎的溫度和 壓力等重要信息的采集情況，直接影響到系統(tǒng)下一步的處理。由于該模塊所處環(huán)境極其 惡劣，所以首先要保證所有器件都能在這種環(huán)境下正常工作，并且具有極高的穩(wěn)定性和 可靠性。如測(cè)量壓力選擇摩托羅拉公司專為胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)生產(chǎn)的壓力傳感器，其在滿足 環(huán)境要求的基礎(chǔ)上，還針對(duì)不同車型有多款不同量程的芯片可供選擇，而且操作方便、 性能可靠；電池則選擇鋰亞硫酰氯電池，該類型電池是一種特種鋰電池，它不僅具有 容量大、自放電特別小以及放電曲線極為平坦的特點(diǎn)，而且它的低溫和高溫特性是一般 鋰電池?zé)o法比擬的，特別適合于惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期使用；另外，作為喚醒系統(tǒng)工作的加速 度傳感器、 用于無(wú)線通訊的無(wú)線收發(fā)模塊以及本課題特別使用的美國(guó)德州儀器公司生產(chǎn) 的 MSP430 系列微處理器都具有極強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力以及極高的穩(wěn)定性和可靠性。另 外，為保證系統(tǒng)能夠長(zhǎng)時(shí)間工作，既大幅節(jié)約能源的同時(shí)又最大限度的降低成本、節(jié)省 開支，系統(tǒng)的低功耗性能不可小視，因此，無(wú)論是硬件設(shè)計(jì)還是軟件設(shè)計(jì)，在保證系統(tǒng) 穩(wěn)定性和可靠性的同時(shí)特別注重系統(tǒng)的耗能，本系統(tǒng)所用各種器件靜態(tài)功耗都在微安 級(jí)，除無(wú)線收發(fā)模塊工作時(shí)功耗稍大些（毫安級(jí)） ，其余芯片工作時(shí)的功耗仍然在微安 級(jí)， 特別是選用 MSP430 系列微處理器， 它不僅具有大量的片內(nèi)外設(shè)供用戶開發(fā)和使用 ， 即便如此，其功耗卻幾乎不增加，特別是在軟件中添加了控制系統(tǒng)功耗的程序語(yǔ)句，可 以根據(jù)系統(tǒng)需要選擇最低只有 0.1A 的系統(tǒng)電流，這甚至比電池的自放電電流還要小， 因此特別適合低功耗產(chǎn)品的開發(fā)和使用。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，穩(wěn)定性，可靠性，遠(yuǎn)程輪胎壓力監(jiān)測(cè)模塊，輪胎 的溫度和壓力，壓力傳感器，鋰亞硫酰氯電池，無(wú)線收發(fā)模塊，MSP430 系列微處理 器，環(huán)境適應(yīng)能力，低功耗 山東科技大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要 AbstractAbstractAbstract Abstract Tire Pressure Monitoring System(TPMS) is a very important part of Automobile Security System, and the systemic stability and reliability has a straight bearing on a drivers personnel safety. Remote Tire Pressure Monitoring(RTPM), the collection of the crucial data by it, such as tire temperature and pressure, etc. , especially has afullimpact on the next process of the system. Because the module is in a very vile environment, aboveall, making sureallparts of the apparatus could work up to snuff and have much higher stability and reliability. For instance, the pressure sensor for TPMS made by Motorola is chosen to measure pressure. Thus, it not only satisfies the environmental requirements but also supplies many CMOS chips with different measurement ranges aimed at different vehicle model for a choice; and their operation is very convenient, and their capability is very reliable;the battery in use is Li- SOCl2, and this type one is a special type Li-battery, not only does it have so many characteristics, such as much great capacity,very little local action and very smooth discharge curve, and so on, but also its low-temperature and high-temperature characteristics are not assimilated with common Li-batterys, so it is fit for being lastingly used in a very vile environment very much; otherwise, all, included the acceleration sensor used to awake the module, wireless transmit-receive module used for wireless communication and MSP430 MCU made by Texas Instruments, Inc. in special use, have very strong capability to accommodate the environment and much higher stability and reliability. Otherwise, in order to make sure the system can work lastingly, and economize energy and cut down cost to the utmost extent, the systemic low power consumption characteristic may not be ignored. Therefore, no matter what the Hardware Design or the Software Design, at the same time that make sure the systemic stability and reliability, pays attention to the systemic power consumption in particular, the static power consumption ofallparts of the apparatusison microampere level, except that the power consumption of wireless transmit-receive module in workisa little great(milliampere level), others are still on microampere level, especially MSP430 MCU. It has many peripheral equipments in the chip being supplied for the user. However, the power consumptionishardly increased, especially when many programme sentences are appended to control the power consumption, users may choose the lowest current, only 0.1A, according to the requirement;thisisindeed less than the current of the local action of a battery. Therefore, itisfit for the exploitation and use of the low power consumption product in particular. Keywords:Keywords:Keywords: Keywords: TPMS, stability, reliability, RTPM, tire temperature and pressure, pressure sensor,Li-SOCl2,wirelesstransmit-receivemodule,MSP430MCU,capabilityto accommodate the environment,low power consumption 山東科技大學(xué)碩士學(xué)位論文目錄 1 目目錄錄 1 1 1 1 緒緒緒 緒 論論論 論 1 1 1 1 1.1 課題的確立1 1.2 研究現(xiàn)狀及應(yīng)用價(jià)值2 1.3 研究方法3 1.4 課題創(chuàng)新4 2 2 2 2 系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述 系統(tǒng)綜述 5 5 5 5 2.1 分類及特點(diǎn)5 2.2 總體結(jié)構(gòu)5 2.3 關(guān)鍵部件6 3 3 3 3 課題的任務(wù)課題的任務(wù)課題的任務(wù) 課題的任務(wù) 7 7 7 7 3.1 基本方案7 3.2 系統(tǒng)工作原理8 4 4 4 4 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì) 1 1 1 1 1 1 1 1 4.1 微處理器11 4.2 壓力傳感器17 4.3 無(wú)線通訊19 4.4 加速度傳感器22 4.5 電源管理24 4.6 液晶顯示29 4.7 報(bào)警系統(tǒng)32 4.8 鍵盤33 4.9 硬件特點(diǎn)34 5 5 5 5 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì) 3 3 3 3 5 5 5 5 5.1 主程序設(shè)計(jì)35 5.2 壓力采集子程序設(shè)計(jì)37 山東科技大學(xué)碩士學(xué)位論文目錄 2 5.3 溫度采集子程序設(shè)計(jì)40 5.4 無(wú)線通訊子程序設(shè)計(jì)41 5.5 電源管理子程序設(shè)計(jì)45 5.6 顯示子程序設(shè)計(jì)46 5.7 報(bào)警子程序設(shè)計(jì)47 5.8 鍵盤子程序設(shè)計(jì)48 5.9 軟件特點(diǎn)50 6 6 6 6 總結(jié)與展望總結(jié)與展望總結(jié)與展望 總結(jié)與展望 5 5 5 5 1 1 1 1 6.1 研究總結(jié)51 6.2 前景展望52 致致致 致 謝謝謝 謝 5 5 5 5 3 3 3 3 攻讀碩士期間主要成果攻讀碩士期間主要成果攻讀碩士期間主要成果 攻讀碩士期間主要成果 5 5 5 5 4 4 4 4 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn) 5 5 5 5 5 5 5 5 附錄附錄附錄 附錄 A A A A 程序清單程序清單程序清單 程序清單 5 5 5 5 8 8 8 8 附錄附錄附錄 附錄 B B B B 電路原理圖電路原理圖電路原理圖 電路原理圖 6 6 6 6 9 9 9 9 山東科技大學(xué)碩士學(xué)位論文目錄 3 ContentsContentsContents Contents 1 1 1 1 IntroductionIntroductionIntroduction Introduction 1 1 1 1 1.1Establishment of Project1 1.2Present Situation and Application Value2 1.3Research Methods3 1.4Project Innovation4 2 2 2 2 SystemSystemSystem System SummarizationSummarizationSummarization Summarization 555 5 2.1Classification and Characteristic5 2.2Overall Structure5 2.3PivotalParts.6 3 3 3 3 AssignmentAssignmentAssignment Assignment ofofof of ProjectProjectProject Project 777 7 3.1Basic Scheme.7 3.2Systemic Operating Principle8 4 4 4 4 HardwareHardwareHardware Hardware DesignDesignDesign Design 111111 11 4.1MCU11 4.2PressureSensor17 4.3Wireless Communication.19 4.4Acceleration Sensor.22 4.5Energy Management24 4.6LCD.29 4.7Alarming System.32 4.8Keyboard33 4.9HardwareCharacteristic.34 5 5 5 5 SoftwareSoftwareSoftware Software DesignDesignDesign Design 353535 35 5.1Design of Main Programme.35 5.2Design of Pressure Gathering Subroutine37 5.3Design of TemperatureGathering Subroutine.40 山東科技大學(xué)碩士學(xué)位論文目錄 4 5.4Design of Wireless Communication Subroutine41 5.5Design of Energy Management Subroutine.45 5.6Design of Display Subroutine46 5.7Design ofAlarming Subroutine.47 5.8Design of Keyboard Subroutine48 5.9SoftwareCharacteristic.50 6 6 6 6 ConclusionConclusionConclusion Conclusion andandand and OutlookOutlookOutlook Outlook 515151 51 6.1Research Conclusion51 6.2Prospect and Expectation.52 A A A A cknowledgecknowledgecknowledge cknowledge .53.53.53 .53 MainMainMain Main WorkWorkWork Work AchievementAchievementAchievement Achievement ofofof of thethethe the AuthorAuthorAuthor Author duringduringduring during WorkingWorkingWorking Working ononon on MasterMasterMaster Master PaperPaperPaper Paper .54.54.54 .54 ReferenceReferenceReference Reference L L L L iteratureiteratureiterature iterature 555555 55 AppendixAppendixAppendix Appendix A A A A Programme58Programme58Programme58 Programme58 AppendixAppendixAppendix Appendix B B B B CircuitCircuitCircuit Circuit schematicschematicschematic schematic diagram.69diagram.69diagram.69 diagram.69 山東科技大學(xué)碩士學(xué)位論文緒論 1 1 1 1 1 緒緒緒 緒 論論論 論 衣食住行是人類賴以生存的四大要素，因而“行”在人們的日常生活中占有相當(dāng)?shù)?份額。自從汽車取代了馬車作為現(xiàn)代化生活中主要的交通工具，人們的出行實(shí)現(xiàn)了空前 的方便，與此同時(shí)，汽車安全方面的問(wèn)題也給人民生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)了愈發(fā)嚴(yán)重的危險(xiǎn)隱患。 1.11.11.1 1.1 課題的確立課題的確立課題的確立 課題的確立 根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示，每年在我國(guó)發(fā)生的交通事故至少已造成 10 萬(wàn)人死亡，占全國(guó)安 全事故死亡人數(shù)的 79.3%，相比較鐵路、海運(yùn)和航空，公路上發(fā)生的交通事故所占比重 最大，同時(shí)造成的死亡人數(shù)也占絕大部分，而這一切的罪魁禍?zhǔn)拙褪瞧?。因此，?yīng)首 須解決汽車的安全駕駛問(wèn)題，除必須大力提高相關(guān)人員的駕駛技能外主要包括改善駕駛 環(huán)境的舒適程度、合理的設(shè)置安全氣囊以及重視對(duì)輪胎性能和防爆胎監(jiān)控方面的研究。 現(xiàn)如今各國(guó)汽車制造商都不惜巨資關(guān)注汽車的安全問(wèn)題。像安全帶、安全氣囊等汽 車安全系統(tǒng)中一些常用的標(biāo)配裝備已隨處可見，而且隨著汽車工業(yè)的長(zhǎng)足進(jìn)步，一系列 新型的電子產(chǎn)品如 ABS(防抱死制動(dòng)系統(tǒng))、EPB(電子駐車制動(dòng))、EBD(電子制動(dòng)力分配)、 TCS(牽引力控制系統(tǒng))、AYC(主動(dòng)偏轉(zhuǎn)控制)、ESC(電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng))以及 TPMS(輪 胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng))等的相繼問(wèn)世，為保障人員及行車安全起到了非常巨大的作用。 由圖 1. 1 可知，在汽車的諸多安全事故中，輪胎性能的好壞直接影響著事故的損害 程度。據(jù)美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，由爆胎引發(fā)的交通事故已占高速公路交通事故總數(shù) 圖 1.1 美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)對(duì)交通事故原因的調(diào)查分析 Fig. 1.1 The investigation of thereason ofTrafficAccident by SAE 85% 7080% 6% 75% 據(jù)美國(guó)汽車工程師 協(xié)會(huì)調(diào)查，美國(guó)每 年有 26 萬(wàn)起交通 事故是由于輪胎氣 壓過(guò)低或滲漏造成 的。每年有 75%的 輪胎故障是由于輪 胎滲漏或充氣不足 引起的，造成經(jīng)濟(jì) 損失巨大。 高速公路上發(fā)生的交通事故 有 7080%是由于爆胎引起的 85%的癟胎是因?yàn)椤靶】茁狻?6%的車禍?zhǔn)且驗(yàn)樘哼^(guò) 低 山東科技大學(xué)碩士學(xué)位論文緒論 2 的 70%80%。在汽車高速行駛時(shí)，駕駛者最擔(dān)心出現(xiàn)輪胎故障，因其難以預(yù)防故已成為 突發(fā)性交通事故的重要成因，而且若時(shí)速超過(guò) 160 公里時(shí)爆胎無(wú)疑會(huì)造成致命的損失， 因?yàn)榇蟛糠值慕煌ㄊ鹿识际怯捎谄囌Ｐ旭倳r(shí)一側(cè)突發(fā)爆胎導(dǎo)致汽車失控而引發(fā)的。 因此，本課題著重研究如何實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輪胎的狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患并尋求最佳的 解決辦法，以提高行車的安全性。據(jù)國(guó)家橡膠輪胎質(zhì)量監(jiān)督中心的專家分析，保持安全 胎壓并及時(shí)發(fā)現(xiàn)胎壓不足是防止爆胎的關(guān)鍵。另外，在外載荷的作用下輪胎高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 產(chǎn)生的大量熱量會(huì)使溫度逐漸升高，進(jìn)而又間接影響輪胎的使用壽命。所以，研發(fā)能夠 自動(dòng)監(jiān)測(cè)輪胎氣壓與溫度并當(dāng)輪胎出現(xiàn)漏氣和高溫等一些異常情況時(shí)具有報(bào)警功能的汽 車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)于防止爆胎及保障行車安全具有非常重要的意義。 1.1.1. 1. 2 2 2 2 研究現(xiàn)狀及應(yīng)用價(jià)值研究現(xiàn)狀及應(yīng)用價(jià)值研究現(xiàn)狀及應(yīng)用價(jià)值 研究現(xiàn)狀及應(yīng)用價(jià)值 近年來(lái)，基于電子測(cè)量無(wú)線傳輸技術(shù)研發(fā)的胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已日趨成熟，其生產(chǎn)也實(shí) 現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。其中以通用汽車公司、飛斯卡爾公司、英飛凌公司、固特異輪胎橡膠公司、 米其林集團(tuán)公司、諾基亞輪胎公司、西門子汽車配件公司、斯馬輪胎設(shè)備公司、橫濱公 司等為代表的一大批國(guó)外知名企業(yè)對(duì)此做出了巨大的貢獻(xiàn)。我國(guó)因起步較晚還沒有獨(dú)立 的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，隨著胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)逐漸成為汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置，今后幾年中國(guó)必將成為胎壓 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的生產(chǎn)大國(guó)。因此，擁有自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)意義重大。越來(lái)越多的高校正在開展 相關(guān)研究。尤其是上海交通大學(xué)，正在研發(fā)基于聲表波技術(shù)可在無(wú)源狀態(tài)下智能的測(cè)量 輪胎壓力與溫度并具有無(wú)線通訊功能的 SAW傳感器，這將使中國(guó)擁有自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。 容易導(dǎo)致 在潮濕路面上 的側(cè)滑 增加耗油量 增加停車時(shí) 的剎車距離 汽車輪胎 充氣不足 磨損輪胎 容易引起爆胎 容易引起車 輛機(jī)械故障 降低舒適性 輪胎氣壓過(guò)高不利于減震 圖 1.2 輪胎壓力與汽車性能的關(guān)系 Fig. 1.2 The relation between TirePressure and Motor Performance 山東科技大學(xué)碩士學(xué)位論文緒論 3 同時(shí)，研發(fā)胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還具有很大的應(yīng)用價(jià)值。由圖 1.2 可知，輪胎壓力異常時(shí) 不僅會(huì)降低輪胎壽命、引起車輛機(jī)械故障，從而增加汽車發(fā)生爆胎或側(cè)滑等危險(xiǎn)的概率， 而且還會(huì)大幅度的增加燃料消耗。實(shí)踐證明，當(dāng)輪胎壓力分別低于正常值的 10%、15%、 20%和 30%時(shí)，輪胎壽命會(huì)相應(yīng)縮短15%、20%、28%和 37%，而油耗則會(huì)相應(yīng)提高 2%、 3%、4.5%和 6.3%。可見隨著油價(jià)的一路飆升，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輪胎壓力將具有何其重要的經(jīng) 濟(jì)意義。因此，胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必將同時(shí)為人類的生命財(cái)產(chǎn)安全和節(jié)能降耗保駕護(hù)航。 1.1.1. 1. 3 3 3 3 研究方法研究方法研究方法 研究方法 1）在每個(gè)輪胎內(nèi)安裝一個(gè)微型無(wú)線智能模塊（即輪胎模塊） ，隨時(shí)檢測(cè)輪胎的溫度 和壓力信息，并實(shí)時(shí)發(fā)送到中央控制監(jiān)測(cè)主機(jī)（即控制模塊）上，并在控制模塊的液晶 顯示屏上顯示出各個(gè)輪胎中的溫度與氣壓值，駕駛者可以直觀地了解各個(gè)輪胎的氣壓溫 度狀況。一旦發(fā)生胎壓過(guò)高、胎壓過(guò)低、溫度過(guò)高等異常情況，控制模塊立即以聲光方 式向駕駛員發(fā)出報(bào)警和提示信息，以便及時(shí)采取措施，防止爆胎導(dǎo)致的車毀人亡事故。 2）在降低功耗方面，通過(guò)選用低功耗的芯片（如選取 MSP430 系列超低功耗單片機(jī) 作為 MCU 等）和減少 RF 通信模塊的工作時(shí)間的方法大大降低系統(tǒng)功耗。另外，采用在 汽車不工作時(shí)讓整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，而工作時(shí)采用喚醒技術(shù)，使系統(tǒng)一次工作時(shí)間 降到最短并根據(jù)情況間歇啟動(dòng)的方法以及一些低功耗的軟件算法，使系統(tǒng)更加省電。通 過(guò)選用能量比高的電池可使使用時(shí)間大大延長(zhǎng)。 3）在提高系統(tǒng)的抗干擾能力和精度方面, 在功耗和成本允許的情況下優(yōu)先選擇高精 度低功耗的器件組成系統(tǒng)，以避免各種不穩(wěn)定信號(hào)和干擾信號(hào)的產(chǎn)生。并且在軟件設(shè)計(jì) 中采用“請(qǐng)求應(yīng)答”的方法盡量保證通信的成功率，提升系統(tǒng)的抗干擾能力和穩(wěn)定 性。同時(shí)由控制模塊啟動(dòng)通信還可避免各個(gè)輪胎模塊相互間的無(wú)線干擾以及通信沖突。 因此，要做到上面幾點(diǎn)，首先所有元器件要非?？煽?，特別是用于輪胎檢測(cè)模塊的元器 件。另外，無(wú)線信號(hào)傳輸和接收要可靠。這主要表現(xiàn)在系統(tǒng)具有抵抗其它電子設(shè)備干擾 的能力、汽車高速行駛時(shí)控制模塊與輪胎模塊通信的能力、信號(hào)免碰撞的能力以及系統(tǒng) 避免誤報(bào)警的能力。 4）各個(gè)模塊的選型非常重要。傳感器模塊與 RF 模塊選擇接收靈敏度高、外型尺寸 小、性價(jià)比高的芯片；天線設(shè)計(jì)上選擇螺旋天線，可擴(kuò)大發(fā)射和接收的角度。 山東科技大學(xué)碩士學(xué)位論文緒論 4 1.41.41.4 1.4 課題創(chuàng)新課題創(chuàng)新課題創(chuàng)新 課題創(chuàng)新 1）最大程度的降低了系統(tǒng)功耗，大大延長(zhǎng)了產(chǎn)品的使用壽命。本課題所選器件功耗 都在微安級(jí)，硬件設(shè)計(jì)上保證連續(xù)工作時(shí)系統(tǒng)功耗在一個(gè)非常低的程度；通過(guò)深入研究， 優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)，使得軟件算法上既保證系統(tǒng)的“實(shí)時(shí)”響應(yīng)，同時(shí)又讓功耗進(jìn)一步降低， 充分發(fā)揮系統(tǒng)極低功耗的優(yōu)越性。從而為盡最大可能延長(zhǎng)系統(tǒng)的工作時(shí)間，降低使用成 本創(chuàng)造條件。這不僅有助于提高經(jīng)濟(jì)效益，更加有助于提高環(huán)境效益，倡導(dǎo)低碳生活。 2）大大提高了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。由于汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TPMS）是關(guān) 系到人身安全的保障系統(tǒng)，所以對(duì)安全性、抗干擾性要求非常高；系統(tǒng)采用多通道不同 地址的通信已能極大的保證可靠程度，提高通信成功率。而使用控制模塊請(qǐng)求，輪胎模 塊應(yīng)答的設(shè)計(jì)理念又將數(shù)據(jù)碰撞與沖突這一通信難題完全克服。而且控制模塊可以自動(dòng) 給輪胎模塊分配通信通道和地址，這樣可使得輪胎模塊的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；?、簡(jiǎn)單化， 只要采用的通信模塊相同，出廠前無(wú)需設(shè)置其通道和地址，控制模塊會(huì)自動(dòng)檢測(cè)是否是 新輪胎（所有通信設(shè)置都是初始化狀態(tài)） ，并據(jù)此采用是否對(duì)頻還是正常通信。同時(shí)，用 戶使用也會(huì)更加方便。 3）重要數(shù)據(jù)的保存與處理更科學(xué)、更方便。由于控制模塊的功能要更加完善、更加 穩(wěn)定，并且其中存儲(chǔ)的信息都非常關(guān)鍵，因此要保證汽車停止工作時(shí)，也就是汽車電源 停止供電時(shí)控制模塊內(nèi)的重要數(shù)據(jù)不消失。傳統(tǒng)的方法是利用 MCU 中的 ROM 單元存 儲(chǔ)這些信息，并且在數(shù)據(jù)改變后馬上更新保存，這樣掉電后就不會(huì)丟失數(shù)據(jù)了。這的確 是一個(gè)很通用也很簡(jiǎn)單方法，但是同時(shí) ROM 的擦寫次數(shù)是有限的，如MSP430 的 Flash 型單片機(jī)中的 Flash 單元只可擦寫 10 萬(wàn)次左右， 可見頻繁的擦寫會(huì)很快終結(jié) Flash 壽命。 所以本課題采用雙電源供電方法， 在汽車停止工作時(shí)由備用電池來(lái)維持系統(tǒng)的基本開銷， 根據(jù)外加電源的情況自動(dòng)選擇使用哪個(gè)電源，對(duì) ROM 的訪問(wèn)只在更換電池時(shí)才有可能 用到，甚至不必使用 ROM 單元存儲(chǔ)，因此不必考慮 ROM 的壽命問(wèn)題。 4）系統(tǒng)的智能性和簡(jiǎn)便性達(dá)到了有機(jī)的統(tǒng)一。通過(guò)開發(fā)一套高效的軟件使系統(tǒng)智能 功能得到大幅度的提高，使其更加人性化。普通用戶可以不用理會(huì)繁瑣的通信連接，因 為系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)解決通信連接中諸如通信通道的選擇和通信地址的分配等一系列非常繁瑣 但又至關(guān)重要的處理環(huán)節(jié)，從而既方便普通用戶的使用的同時(shí)，又大大減少了專業(yè)人員 的調(diào)試、維修、升級(jí)和維護(hù)等工作的難度和工作量。系統(tǒng)采用雙向通信方式，增加鍵盤 控制參數(shù)設(shè)置，輪胎更換 ID 的識(shí)別，電池低電量報(bào)警以及避免誤報(bào)警等等許多功能。 山東科技大學(xué)碩士學(xué)位論文系統(tǒng)綜述 5 2 2 2 2 系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述 系統(tǒng)綜述 汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（Tire Pressure Monitoring System 縮寫為 TPMS） ，主要用于 汽車行駛過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輪胎氣壓和溫度，并對(duì)輪胎異常情況進(jìn)行報(bào)警，以保