基于CAN总线的轮胎智能实时监控系统

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引言

汽车行驶安全是人们随着生活水平的提高，越来越关心的话题。汽车轮胎压力将直接影响汽车行驶安全，还将影响车辆的油耗和轮胎的寿命 [1]。TPMS是汽车轮胎压力监视系统（Tire Pressure monitoring System），主要用于在汽车行驶时实时地对轮胎气压进行自动监测，对轮胎漏气、低气压、高压、高温等异常情况进行报警，以保障行车安全。

纵观国内外这几年 TPMS产品的发展变化，可以看出，国外 TPMS产品的发展主要集中在智能传感器的研究上，TPMS发射模块将向高度集成化、单一化、无源化方向发展。本文阐述了一种新 TPMS的发射和接受的设计原理。设计中采用摩托罗拉面向 TPMS的集成芯片 MPXY8020A作为轮胎压力检测单元的主器件，进一步减小了系统的体积、降低了系统的功耗.该系统不仅把采集到的压力、温度值显示出来，并且该数值以 CAN的格式发送到总线上，挂接在 CAN总线上的子系统，根据接收到的报文做出措施，这样使轮胎的重要性显得越来越明显。如挂接在 CAN系统上的发动机模块，如果从总线上采集到的数据表明压力值低于标准值，则可以使它减速，避免对发动机系统造成磨损等等 [2]。并且在现流行的 TPMS 模块上加一个泄压模块，使得胎内压力永远不可能达到过压至爆胎状态，使我们的行车更为安全、可靠。

轮胎智能压力监控系统工作原理

1.1轮胎智能压力监控系统测压原理

它以锂亚电池为电源，通过植入轮胎里的压力温度传感器来直接测量轮胎的气压和温度，并经无线调制发射出去，中央监视器模块通过无线接收、处理接收的轮胎压力、温度信号和模块状态，通过显示部分可轮流显示各轮胎气压和温度，驾驶者可以直观地了解各个轮胎的气压温度状况，根据提示，采取相关措施 ;当轮胎气压过高、太低，温度过高，接收出现异常等系统就会自动进行报警。

1.2  轮胎智能压力监测系统泄压原理

在气门上安装一安全阀。安全阀是用来防止系统内压力超过昀大许用压力以保护由于压力过高导致的爆胎现象，以保证行车的安全。

图 1 安全阀的工作原理图。阀的输入口与控制系统（或装置）相连，当系统压力小于此阀的调定压力时，弹簧力使阀芯紧压在阀座上，如图 1（a）所示。当系统压力大于此阀的调定压力时，则阀芯开启，压缩空气从 R口排放到大气中，如图 1（b）所示。此后，当系统中的压力降低到阀的调定值时，阀门关闭，并保持密封。


轮胎智能压力监测系统硬件设计

整个系统由各个轮胎胎内模块、泄压模块和中央控制器三部分组成。图 2为轮胎压力监测系统的结构图，主要包括高精度集成传感器 MPXY8020[3]，胎内微控制和发射器 MC68HC908RF2 [4]，射频接收器 MC33594，主微控制器 MC68HC908GZ16,CAN总线驱动器TJA1050T。


2.1 胎内模块
图3所示为轮胎模块电路原理图。模块安装在轮胎气门芯上, 由锂电池供电。射频芯片的晶振频率为9.84MHZ,通过将MODE引脚置低电平选择FSK发射调制方式，发射频率为 434MHZ[5]。天线印制版电路的设计中利用环形天线技术 [6]。


2.2 中央模块

中央模块包括射频接收和处理模块、报警显示模块和 CAN总线收发模块。射频和中央处理模块的功能是射频接收芯片 MC33594解调出信号后送给单片机 MC68HC908GZ16进行数据处理,通过数码管进行显示、通过蜂鸣器发光二极管进行声光报警，并通知其他 CAN子系统，从而有效防止爆胎，减少其他系统的磨损。硬件电路为图4、图5。


2.3 泄压模块

在轮胎的气门嘴上安装一泄压阀，根据各种的轮胎，各类车型的不同要求，自行设定一个轮胎胎内可以达到的昀高值，当胎压超过这一压力值时，自动打开泄压阀进行泄压，因而，完全避免了在高压情况下产生的爆胎而引起的交通事故。

3系统软件设计

3.1 轮胎监测模块软件设计

监测模块要完成的功能主要有：对各芯片的初始化，压力、温度与极限报警阀值的比较，当温度或压力超过极限报替阀值时对压力、温度进行精确采样、生成数据帧、发射数据帧。流程图如下图 6。


3.2 中央控制模块软件设计

主控程序就是主函数，通过调用各子模块完成系统的工作。接收报瞥模块要完成的主要功能为：各芯片初始化、配置接收器 MC33594、接收数据、数据校验、数据处理、显示数据、信息共享及声光报警。数据校验包括轮胎模块 ID校验和数据 CRC校验。若接收的轮胎模块 ID号为本系统中轮胎模块的 ID，则进行 CRC校验，否则返回重新接收数据。若 CRC校验合格即 Crcb=0则进行数据处理。数据处理是对接受到到温度、压力数据和各阀值进行比较，显示温度值、压力值、轮胎标识及轮胎工作状态，进行声光报警，并将数据通过微处理器集成的 CAN接口发送到 CAN总线上，挂接在 CAN总线上的系统，通过发送接收命令、数据实现信息共享，否则重新接收数据。流程图如上图 7。

4结论

本文开发的基于集成传感器 MPXY8020A和射频收发模块为核心器件的直接式轮胎测压系统是一种智能型 TPMS系统。该系统能合理控制胎压，提高行驶安全性，并可有效改善汽车行驶的舒适性及燃油性经济性；且该系统还能通过 CAN总线为汽车内部的其他电子设备提供所需要的相关信息，进一步提高汽车相关部件性能。此外，该系统不仅能实现对轮胎压力、温度的实时监测和报警，还能进行过压保护，使得汽车行驶更为安全可靠。 本文作者创新点：本系统利用 CAN总线的可靠性，实时性和灵活性，使得该轮胎智能监测和保护系统更安全、可靠；还增加泄压模块，使得车辆行驶更加安全，将因高压造成的爆胎的事故率降到昀低。