基于CAN總線的輪胎智能實時監(jiān)控系統
汽車行駛安全是人們隨著生活水平的提高，越來越關心的話題。汽車輪胎壓力將直接影響汽車行駛安全，還將影響車輛的油耗和輪胎的壽命 [1]。TPMS是汽車輪胎壓力監(jiān)視系統（Tire Pressure monitoring System），主要用于在汽車行駛時實時地對輪胎氣壓進行自動監(jiān)測，對輪胎漏氣、低氣壓、高壓、高溫等異常情況進行報警，以保障行車安全。
縱觀國內外這幾年 TPMS產品的發(fā)展變化，可以看出，國外 TPMS產品的發(fā)展主要集中在智能傳感器的研究上，TPMS發(fā)射模塊將向高度集成化、單一化、無源化方向發(fā)展。本文闡述了一種新 TPMS的發(fā)射和接受的設計原理。設計中采用摩托羅拉面向 TPMS的集成芯片 MPXY8020A作為輪胎壓力檢測單元的主器件，進一步減小了系統的體積、降低了系統的功耗.該系統不僅把采集到的壓力、溫度值顯示出來，并且該數值以 CAN的格式發(fā)送到總線上，掛接在 CAN總線上的子系統，根據接收到的報文做出措施，這樣使輪胎的重要性顯得越來越明顯。如掛接在 CAN系統上的發(fā)動機模塊，如果從總線上采集到的數據表明壓力值低于標準值，則可以使它減速，避免對發(fā)動機系統造成磨損等等 [2]。并且在現流行的 TPMS 模塊上加一個泄壓模塊，使得胎內壓力永遠不可能達到過壓至爆胎狀態(tài)，使我們的行車更為安全、可靠。輪胎智能壓力監(jiān)控系統工作原理
1.1輪胎智能壓力監(jiān)控系統測壓原理
它以鋰亞電池為電源，通過植入輪胎里的壓力溫度傳感器來直接測量輪胎的氣壓和溫度，并經無線調制發(fā)射出去，中央監(jiān)視器模塊通過無線接收、處理接收的輪胎壓力、溫度信號和模塊狀態(tài)，通過顯示部分可輪流顯示各輪胎氣壓和溫度，駕駛者可以直觀地了解各個輪胎的氣壓溫度狀況，根據提示，采取相關措施 ;當輪胎氣壓過高、太低，溫度過高，接收出現異常等系統就會自動進行報警。
1.2 輪胎智能壓力監(jiān)測系統泄壓原理在氣門上安裝一安全閥。安全閥是用來防止系統內壓力超過昀大許用壓力以保護由于壓力過高導致的爆胎現象，以保證行車的安全。
圖 1 安全閥的工作原理圖。閥的輸入口與控制系統（或裝置）相連，當系統壓力小于此閥的調定壓力時，彈簧力使閥芯緊壓在閥座上，如圖 1（a）所示。當系統壓力大于此閥的調定壓力時，則閥芯開啟，壓縮空氣從 R口排放到大氣中，如圖 1（b）所示。此后，當系統中的壓力降低到閥的調定值時，閥門關閉，并保持密封。
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輪胎智能壓力監(jiān)測系統硬件設計整個系統由各個輪胎胎內模塊、泄壓模塊和中央控制器三部分組成。圖 1為輪胎壓力監(jiān)測系統的結構圖，主要包括高精度集成傳感器 MPXY8020[3]，胎內微
控制和發(fā)射器 MC68HC908RF2 [4]，射頻接收器 MC33594，主微控制器 MC68HC908GZ16,CAN總線驅動器TJA1050T。
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2.1 胎內模塊
圖3所示為輪胎模塊電路原理圖。模塊安裝在輪胎氣門芯上, 由鋰電池供電。射頻芯片的晶振頻率為9.84MHZ,通過將MODE引腳置低電平選擇FSK發(fā)射調制方式，發(fā)射頻率為 434MHZ[5]。天線印制版電路的設計中利用環(huán)形天線技術 [6]。
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2.2 中央模塊中央模塊包括射頻接收和處理模塊、報警顯示模塊和 CAN總線收發(fā)模塊。射頻和中央處理模塊的功能是射頻接收芯片 MC33594解調出信號后送給單片機 MC68HC908GZ16進行數據處理,通過數碼管進行顯示、通過蜂鳴器發(fā)光二極管進行聲光報警，并通知其他 CAN子系統，從而有效防止爆胎，減少其他系統的磨損。硬件電路為圖4、圖5。
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5 CAN收發(fā)模塊
2.3 泄壓模塊在輪胎的氣門嘴上安裝一泄壓閥，根據各種的輪胎，各類車型的不同要求，自行設定一個輪胎胎內可以達到的昀高值，當胎壓超過這一壓力值時，自動打開泄壓閥進行泄壓，因而，完全避免了在高壓情況下產生的爆胎而引起的交通事故。
3系統軟件設計
3.1 輪胎監(jiān)測模塊軟件設計
監(jiān)測模塊要完成的功能主要有：對各芯片的初始化，壓力、溫度與極限報警閥值的比較，當溫度或壓力超過極限報替閥值時對壓力、溫度進行精確采樣、生成數據幀、發(fā)射數據幀。流程圖如下圖 6。
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3.2 中央控制模塊軟件設計
主控程序就是主函數，通過調用各子模塊完成系統的工作。接收報瞥模塊要完成的主要功能為：各芯片初始化、配置接收器 MC33594、接收數據、數據校驗、數據處理、顯示數據、信息共享及聲光報警。數據校驗包括輪胎模塊 ID校驗和數據 CRC校驗。若接收的輪胎模塊 ID號為本系統中輪胎模塊的 ID，則進行 CRC校驗，否則返回重新接收數據。若 CRC校驗合格即 Crcb=0則進行數據處理。數據處理是對接受到到溫度、壓力數據和各閥值進行比較，顯示溫度值、壓力值、輪胎標識及輪胎工作狀態(tài)，進行聲光報警，并將數據通過微處理器集成的 CAN接口發(fā)送到 CAN總線上，掛接在 CAN總線上的系統，通過發(fā)送接收命令、數據實現信息共享，否則重新接收數據。流程圖如上圖 7。
4結論
本文開發(fā)的基于集成傳感器 MPXY8020A和射頻收發(fā)模塊為核心器件的直接式輪胎測壓系統是一種智能型 TPMS系統。該系統能合理控制胎壓，提高行駛安全性，并可有效改善汽車行駛的舒適性及燃油性經濟性；且該系統還能通過 CAN總線為汽車內部的其他電子設備提供所需要的相關信息，進一步提高汽車相關部件性能。此外，該系統不僅能實現對輪胎壓力、溫度的實時監(jiān)測和報警，還能進行過壓保護，使得汽車行駛更為安全可靠。 本文作者創(chuàng)新點：本系統利用 CAN總線的可靠性，實時性和靈活性，使得該輪胎智能監(jiān)測和保護系統更安全、可靠；還增加泄壓模塊，使得車輛行駛更加安全，將因高壓造成的爆胎的事故率降到昀低。
參考文獻
[1] 米林，陳然，譚偉.嵌入式輪胎壓力無線監(jiān)測系統的設計 [J].儀器儀表用戶,2006,（13）： 24-25。
[2] 張?zhí)m芳.基于 CAN總線的汽車輪胎壓力檢測及監(jiān)控系統[D].杭州：浙江大學，2006
[3] Freescale, MPXY8020A DataSheet,2003。
[4] Freescale, MC68HC908RF2 Data Sheet, 2003。
[5] 秦拯，胡建國，劉志賢.汽車胎壓智能監(jiān)測系統研究與實現[J].微計算機信息,2008；3-2，：230-232。
[6] C. A. Balanis, "Antenna Theory, Analysis and Design", second edition, John Wiley & Sons, Inc., 1997。
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