基于CAN總線的輪胎智能實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)
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汽車行駛安全是人們隨著生活水平的提高，越來(lái)越關(guān)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(tǒng)（Tire Pressure monitoring System），主要用于在汽車行駛時(shí)實(shí)時(shí)地對(duì)輪胎氣壓進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，對(duì)輪胎漏氣、低氣壓、高壓、高溫等異常情況進(jìn)行報(bào)警，以保障行車安全。
縱觀國(guó)內(nèi)外這幾年 TPMS產(chǎn)品的發(fā)展變化，可以看出，國(guó)外 TPMS產(chǎn)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(wú)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(shè)計(jì)原理。設(shè)計(jì)中采用摩托羅拉面向 TPMS的集成芯片 MPXY8020A作為輪胎壓力檢測(cè)單元的主器件，進(jìn)一步減小了系統(tǒng)的體積、降低了系統(tǒng)的功耗.該系統(tǒng)不僅把采集到的壓力、溫度值顯示出來(lái)，并且該數(shù)值以 CAN的格式發(fā)送到總線上，掛接在 CAN總線上的子系統(tǒng)，根據(jù)接收到的報(bào)文做出措施，這樣使輪胎的重要性顯得越來(lái)越明顯。如掛接在 CAN系統(tǒng)上的發(fā)動(dòng)機(jī)模塊，如果從總線上采集到的數(shù)據(jù)表明壓力值低于標(biāo)準(zhǔn)值，則可以使它減速，避免對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)造成磨損等等 [2]。并且在現(xiàn)流行的 TPMS 模塊上加一個(gè)泄壓模塊，使得胎內(nèi)壓力永遠(yuǎn)不可能達(dá)到過(guò)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(tǒng)工作原理
1.1輪胎智能壓力監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)壓原理
它以鋰亞電池為電源，通過(guò)植入輪胎里的壓力溫度傳感器來(lái)直接測(cè)量輪胎的氣壓和溫度，并經(jīng)無(wú)線調(diào)制發(fā)射出去，中央監(jiān)視器模塊通過(guò)無(wú)線接收、處理接收的輪胎壓力、溫度信號(hào)和模塊狀態(tài)，通過(guò)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(gè)輪胎的氣壓溫度狀況，根據(jù)提示，采取相關(guān)措施 ;當(dāng)輪胎氣壓過(guò)高、太低，溫度過(guò)高，接收出現(xiàn)異常等系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行報(bào)警。
1.2 輪胎智能壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)泄壓原理在氣門(mén)上安裝一安全閥。安全閥是用來(lái)防止系統(tǒng)內(nèi)壓力超過(guò)昀大許用壓力以保護(hù)由于壓力過(guò)高導(dǎo)致的爆胎現(xiàn)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(tǒng)（或裝置）相連，當(dāng)系統(tǒng)壓力小于此閥的調(diào)定壓力時(shí)，彈簧力使閥芯緊壓在閥座上，如圖 1（a）所示。當(dāng)系統(tǒng)壓力大于此閥的調(diào)定壓力時(shí)，則閥芯開(kāi)啟，壓縮空氣從 R口排放到大氣中，如圖 1（b）所示。此后，當(dāng)系統(tǒng)中的壓力降低到閥的調(diào)定值時(shí)，閥門(mén)關(guān)閉，并保持密封。
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輪胎智能壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)由各個(gè)輪胎胎內(nèi)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(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，主要包括高精度集成傳感器 MPXY8020[3]，胎內(nèi)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(qū)動(dòng)器TJA1050T。
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2.1 胎內(nèi)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(mén)芯上, 由鋰電池供電。射頻芯片的晶振頻率為9.84MHZ,通過(guò)將MODE引腳置低電平選擇FSK發(fā)射調(diào)制方式，發(fā)射頻率為 434MHZ[5]。天線印制版電路的設(shè)計(jì)中利用環(huán)形天線技術(shù) [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(bào)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(diào)出信號(hào)后送給單片機(jī) MC68HC908GZ16進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,通過(guò)數(shù)碼管進(jìn)行顯示、通過(guò)蜂鳴器發(fā)光二極管進(jìn)行聲光報(bào)警，并通知其他 CAN子系統(tǒng)，從而有效防止爆胎，減少其他系統(tǒng)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(mén)嘴上安裝一泄壓閥，根據(jù)各種的輪胎，各類車型的不同要求，自行設(shè)定一個(gè)輪胎胎內(nèi)可以達(dá)到的昀高值，當(dāng)胎壓超過(guò)這一壓力值時(shí)，自動(dòng)打開(kāi)泄壓閥進(jìn)行泄壓，因而，完全避免了在高壓情況下產(chǎn)生的爆胎而引起的交通事故。
3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3.1 輪胎監(jiān)測(cè)模塊軟件設(shè)計(jì)
監(jiān)測(cè)模塊要完成的功能主要有：對(duì)各芯片的初始化，壓力、溫度與極限報(bào)警閥值的比較，當(dāng)溫度或壓力超過(guò)極限報(bào)替閥值時(shí)對(duì)壓力、溫度進(jìn)行精確采樣、生成數(shù)據(jù)幀、發(fā)射數(shù)據(jù)幀。流程圖如下圖 6。
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3.2 中央控制模塊軟件設(shè)計(jì)
主控程序就是主函數(shù)，通過(guò)調(diào)用各子模塊完成系統(tǒng)的工作。接收?qǐng)?bào)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(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)校驗(yàn)、數(shù)據(jù)處理、顯示數(shù)據(jù)、信息共享及聲光報(bào)警。數(shù)據(jù)校驗(yàn)包括輪胎模塊 ID校驗(yàn)和數(shù)據(jù) CRC校驗(yàn)。若接收的輪胎模塊 ID號(hào)為本系統(tǒng)中輪胎模塊的 ID，則進(jìn)行 CRC校驗(yàn)，否則返回重新接收數(shù)據(jù)。若 CRC校驗(yàn)合格即 Crcb=0則進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理是對(duì)接受到到溫度、壓力數(shù)據(jù)和各閥值進(jìn)行比較，顯示溫度值、壓力值、輪胎標(biāo)識(shí)及輪胎工作狀態(tài)，進(jìn)行聲光報(bào)警，并將數(shù)據(jù)通過(guò)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(tǒng)，通過(guò)發(fā)送接收命令、數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)信息共享，否則重新接收數(shù)據(jù)。流程圖如上圖 7。
4結(jié)論
本文開(kāi)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(cè)壓系統(tǒng)是一種智能型 TPMS系統(tǒng)。該系統(tǒng)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(jīng)濟(jì)性；且該系統(tǒng)還能通過(guò) CAN總線為汽車內(nèi)部的其他電子設(shè)備提供所需要的相關(guān)信息，進(jìn)一步提高汽車相關(guān)部件性能。此外，該系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)輪胎壓力、溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警，還能進(jìn)行過(guò)壓保護(hù)，使得汽車行駛更為安全可靠。 本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：本系統(tǒng)利用 CAN總線的可靠性，實(shí)時(shí)性和靈活性，使得該輪胎智能監(jiān)測(cè)和保護(hù)系統(tǒng)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(xiàn)
[1] 米林，陳然，譚偉.嵌入式輪胎壓力無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) [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(cè)及監(jiān)控系統(tǒng)[D].杭州：浙江大學(xué)，2006
[3] Freescale, MPXY8020A DataSheet,2003。
[4] Freescale, MC68HC908RF2 Data Sheet, 2003。
[5] 秦拯，胡建國(guó)，劉志賢.汽車胎壓智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[J].微計(jì)算機(jī)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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