基于CAN总线技术的胎压监测系统毕业论文

I摘 要伴随着工业经济的快速发展，汽车已经在社会上得到大量的使用，方便和便捷的公路交通，给人们带来了很多便利，但是伴随着汽车的大量使用，各种恶性的公路交通事故给人们的生命安全和社会经济的发展带来了严重的危害和损失。统计表明引起交通事故增长的主要原因是由于在公路行驶当中因轮胎故障所引起的轮胎爆胎，因而如何解决和防止轮胎爆胎，已成为全球的首要问题。为了防止和解决轮胎爆胎，轮胎压力监测系统（TPMS）就这样应运而生，并且作为汽车三大安全系统之一，与汽车安全气囊、防抱死制动系统（ABS）一起被大众认可并受到应有的重视。同时，在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来，而 CAN 总线协议所具有的高可靠性和良好的错误检测能力受到重视，被广泛应用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。针对当今的汽车运行安全问题，基于 CAN 总线技术在胎压监测系统中应用的设计，以及对于 CAN 总线通信协议技术如何提高汽车安全性能的研究具有非常重要的现实意义。本次论文对 CAN 总线技术和胎压监测系统的相关知识进行了系统的研究，并提出了基于 CAN 总线技术的胎压监测系统设计方案，从而实现轮胎压力和温度变化信息的实时采集、传送以及通过 CAN 总线协议传输到驾驶室的主控元件中并显示的显示屏中，以达到汽车驾驶员能够在第一时间掌握汽车轮胎压力和温度的变化要求，并做出相应的反应，从而避免事故的发生。本次设计采用检测技术、无线通信技术、单片机技术、软件编程以及CAN 总线技术来设计总体的系统。系统的设计包括数据的采集、监测和处理，无线发射、无线接收以及 MCU 数据的处理、CAN 总线模块、MCU 控制显示以及报警模块。通过基于 CAN 总线技术在胎压监测系统中应用的设计，实现对于汽车轮胎的气压和温度进行实时的监测、显示、处理以及报警的功能，实现设计的各项指标。关键词：CAN 总线技术；胎压监测系统；轮胎压力；轮胎温度IIAbstractAlong with the rapid development of industrial economy, the car has been in the community with a lot of use, convenience and ease road traffic, a lot of convenience to the people, but along with the extensive use of motor vehicles, a variety of malignant road traffic accidents to people safety of life and socio-economic development has brought serious damage and loss. Statistics show that the main cause accidents growth is a tire puncture caused by tire failure in which the highway, and thus how to solve and prevent the tire puncture has become the worlds most important issue. In order to prevent and solve tire puncture, the tire pressure monitoring system (TPMS) thus came into being, and as one of the car the three safety systems, and automotive airbags, anti-lock braking system (ABS) with public recognition and due attention. Meanwhile, in the current automotive industry, for safety, comfort, convenience, low pollution, low-cost requirements of a variety of electronic control system is developed, the CAN bus protocol has a high reliability and error detection capabilities attention, is widely used in harsh automotive computer control systems and the ambient temperature, the strong electromagnetic radiation and vibration of industrial environments.Run security issues for todays automotive, tire pressure monitoring system based on CAN bus technology in design, as well as how to improve vehicle safety performance for the CAN bus communication protocol technology has a very important practical significance. This paper a systematic study of the knowledge of the CAN bus technology and tire pressure monitoring system and a tire pressure monitoring system based on CAN bus technology design in order to achieve the tire pressure and temperature changes in real-time information collection, transmission and protocol transmission via the CAN bus to the main control component of the cab and displayed in the display, in order to achieve that car drivers the first time to grasp the tire pressure and temperature requirements, and react accordingly, thus avoiding accidents occurred. The design of detection technology, wireless communication technology, microcomputer technology, software programming and CAN bus technology to design the overall system. System design, including data collection, monitoring and processing, wireless transmitter, wireless receiver and MCU data processing, the CAN bus module, MCU control and alarm module. Through the design of the tire pressure monitoring system based on CAN bus technology to achieve real-time monitoring vehicle tire pressure and temperature, display, processing and alarm functions, the design of the indicators. Keywords：CAN bus technology; tire pressure monitoring system; tire pressure; tire temperatureIIIIV目 录摘 要 .IAbstract .II目 录 .III第 1 章 .11.1 课题的研究背景 .11.2 课题的研究目的及意义 .11.3 课题的研究现状分析 .21.4 毕业设计的主要研究内容 .2第 2 章 CAN 总线技术和轮胎压力监测系统分析 .42.1 CAN 总线技术概述 .42.2 轮胎压力监测系统技术概述 .92.2.1 轮胎压力监测系统工作原理 .92.2.3 间接式胎压监测系统 .92.2.4 直接式胎压监测系统 .92.2.5 轮胎压力监测系统主要作用 .102.3 本章小结 .11第 3 章 系统方案的选择和确定 .123.1 轮胎压力监测系统（TPMS）工作方式的选择和确定 .123.2 系统各个主控元件的选择和确定 .133.2.1 方案一 .133.2.2 方案二 .133.2.3 方案三 .133.3 传感器模块的选择和确定 .143.3.1 方案一 .143.3.2 方案二 .143.4 无线收发模块的选择和确定 .153.5 CAN 总线模块的选择和确定 .153.6 本章小结 .17第 4 章 系统总体方案的设计和软件工具的介绍 .184.1 系统总体方案的设计 .18V4.2 软件工具的介绍 .194.2.1 IAR 软件介绍 .194.2.2 KEIL 软件介绍 .204.3 本章小结 .20第 5 章 系统各模块的设计 .215.1 数据采集和无线发射模块设计 .215.2 无线接收和 CAN 发射模块设计 .225.3 CAN 接收和显示报警模块设计 .235.4 本章小结 .24第 6 章 系统软件的设计 .256.1 数据采集和无线发射模块软件设计 .256.1.1 数据采集和无线发射模块主程序设计 .256.1.3 CC1101 无线发射子程序设计 .266.2 无线接收和 CAN 发射模块软件设计 .276.2.1 无线接收和 CAN 发射模块主程序设计 .276.2.2 CC1101 无线接收子程序设计 .276.2.3 CAN 总线发射子程序设计 .286.3 CAN 接收和显示报警模块软件设计 .296.3.1 CAN 接收和显示报警模块主程序设计 .296.3.2 LCD12864 显示子程序设计 .306.4 本章小结 .31第 7 章 实物的焊接与调试 .327.1 实物的焊接 .327.2 本章小结 .32第 8 章 论文结论与展望 .348.1 论文的结论 .348.2 对本设计的展望 .35参考文献 .36致 谢 .391第 1 章1.1 课题的研究背景随着工业经济的快速发展，汽车在社会上的大量使用，方便和便捷的公路交通，改变了人们的时空观念，拉近了地域距离，改善了人们的生活方式。但是伴随着汽车的大量使用，各种恶性的公路交通事故给人们的生命安全和社会经济的发展带来了严重的危害和损失，不断引起人们的重视。据 2002 年美国一个汽车学会调查，全美由于轮胎气压低或渗漏造成的交通事故平均每年有 26 万起；而在高速公路上发生的交通事故有 70%是由于爆胎引起的；此外，轮胎发生故障的最主要原因是充气不足或轮胎渗漏。统计表明交通意外增加的主要原因是高速行驶中因轮胎故障引起的爆胎。另据统计，在中国，46%的高速公路车祸缘于轮胎故障，这其中由于爆胎引起的交通事故占到总交通事故的 70%之多。在高速公路上或是高速行驶中，由轮胎故障引起的交通事故具有极大地杀伤力，并且是一项很难预防的隐患，给人们的生命带来很大威胁 1-6。1.2 课题的研究目的及意义在高速公路上或是高速行驶中，由轮胎故障引起的交通事故具有极大地杀伤力，并且是一项很难预防的隐患，给人们的生命带来很大威胁。因而如何解决和防止轮胎爆胎，已成为全球的首要问题。为了防止和解决轮胎爆胎，轮胎压力监测系统（TPMS）就这样应运而生，并且作为汽车三大安全系统之一，与汽车安全气囊、防抱死制动系统（ABS）一起被大众认可并受到应有的重视。同时，在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来，而 CAN 总线协议可靠性高、性能极佳以及设计方法独特，受到越来越多的重视，在诸多领域得到广泛应用。同时利用 CAN 总线技术的系统排查错误能力极强，数据传输快，CAN在距离达到 10km 时仍可提供 50kbit/s 的数据传输速率。鉴于以上优点， CAN总线技术在高速网络和低速网络都得到了广泛的应用 7-8。因此，CAN 总线技术己经在汽车业、航空业、工业控制、安全防护等领域中得到广泛应用。所具有的高可靠性和良好的错误检测能力受到重视，被广泛应用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。2因此针对当今的汽车运行安全问题，基于 CAN 总线技术在胎压监测系统中应用的设计，以及对于 CAN 总线通信协议技术如何提高汽车安全性能研究具有非常重要现实意义。1.3 课题的研究现状分析轮胎压力监测系统（TPMS ）的技术在国外已经比较成熟，而且轮胎压力监测系统（TPMS）的模块设计将向着高度集成化、单一化、无源化的方向发张。在 2000 年 11 月 1 日美国总统克林顿签署批准了美国国会关于修改联邦运输法的提案，联邦法案要求 2003 年以后出产的所有新车都需将轮胎压力监测系统（TPMS）作为标准配置； 2006 年 11 月 1 日起所有需要行驶在高速公路上的汽车都需配置轮胎压力监测系统（TPMS ） 。由此 TPMS 汽车轮胎智能监测系统得到广泛的认可，与防抱死制动系统（ABS） 、汽车安全气囊一起构成汽车三大安全系统。因此，全球将会对 TPMS 的需求增大，今后我国也将会成为 TPMS的生产大国，而且在我国现在已经有数百家的公司和生产厂家进行着 TPMS 的研发、设计和生产。同时，在当前的汽车产业中，出于对舒适性、安全性、低公害、低成本、方便性的要求，多种电子控制系统应用到了汽车系统中。由于多种电子控制系统之间数据的不兼容性，数据总线数量增加。为减少总线数量、提高数据传输质量，1986 年德国电气商 博世公司推出了 CAN 通信协议 9-12。此后，CAN 通过 ISO11898 及 ISO11519 进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。1.4 毕业设计的主要研究内容本文将主要对 CAN 总线技术和胎压监测系统进行分析、研究。论文的主要任务就是研究并设计一个基于 CAN 总线技术在胎压监测系统中应用的方案，实现轮胎压力和轮胎温度的变化信息的实时采集、传送以及通过 CAN 总线到达驾驶室主控元件中进行数据处理并且显示在显示器中，以达到汽车司机能够在第一时间掌握汽车轮胎压力和轮胎温度变化的要求，并做出相应的反应，从而避免事故的发生。采用检测技术、无线通信技术、单片机技术、软件编程以及 CAN 总线技术来设计总体的系统。系统的硬件设计包括数据的采集、监测和 MCU 数据处理，无线发射、无线接收以及 MCU 数据的处理、CAN 总线模块、MCU 数据处理、显示以及报警模块。系统的发射模块包括数据的采集、处3理和数据的无线发送，能够实时的监测和处理轮胎的压力和温度参数，并且通过无线的方式将监测的数据处理后通过无线的方式传送给接收模块，接收模块能够校验数据并通过 MCU 进行处理，并通过 CAN 总线模块传输，汽车驾驶室里通过 CAN 总线模块的接受以及 MCU 数据的处理并且将数据显示在显示屏上，从而实现实时的显示结果，用来告知驾驶员的各个轮胎的工作情况，并且能够实现报警的功能。系统的软件设计是对于硬件电路中的各个模块进行软件的编程，包括数据的监测、采集，以及无线的发射与接收程序，以及数据处理、CAN 模块程序设计、显示和报警的程序。通过基于 CAN 总线技术在胎压监测系统中应用的设计，实现对于汽车轮胎的气压和温度进行实时的监测、显示、处理以及报警的功能，实现基于 CAN 总线技术在胎压监测系统中应用的设计的各项指标。本论文的主要结构如下：第一章为绪论，概述了轮胎压力监测系统（TPMS）和 CAN 总线技术的研究背景和研究现状分析；第二章从理论上对 CAN 总线技术和轮胎压力监测系统（TPMS）的基本内容进行系统的研究与分析；第三章通过方案的比较来选择和确定系统的方案，确定系统中轮胎压力监测系统（TPMS）的工作方式以及系统的各个工作模块中所采用的元件；第四章综合考虑论文设计要达到的指标来进行系统总体方案的设计，并描述了系统的总体工作框图和各个模块的工作框图，并介绍了本次论文设计所使用的软件工具；第五章根据系统的方案设计进行各个模块的设计，包括数据采集和无线发射模块设计、无线接收处理模块以，及 CAN 总线发射模块设计和 CAN 接收和显示报警模块设计并分析了各个模块的工作原理；第六章通过分析各个模块的设计和工作原理进行系统的软件设计，包括数据采集和无线发射模块软件设计、无线接收和 CAN 发射模块软件设计和 CAN 接收和显示报警模块软件设计；第七章根据系统的方案和各个模块的原理图进行实物的焊接和调试，并对调试的结果进行分析和总结。4第 2 章 CAN 总线技术和轮胎压力监测系统分析由于本文研究的是基于 CAN 总线技术的胎压监测系统设计，因此在本章节中将对该 CAN 总线技术和轮胎压力监测系统（TPMS）的基本内容进行详细的介绍。2.1 CAN 总线技术概述 CAN 全称是控制器局域网（Controller Area Network） ，是一种控制现场网络的总线，也是一种支持实时控制和分布式