基于单片机的汽车轮胎胎压监测系统的设计与实现开题报告

毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目 : 基于单片机的汽车轮胎胎压监测系统 的设计与实现 院 系 名 称 : 汽车与交通工程学院 专 业 班 级 : 车辆工程 07-8 学 生 姓 名 : 导 师 姓 名 : 开 题 时 间 : 指导委员会 审查意见： 签字： 年 月 日 开题报告撰写要求 一、“开题报告”参考提纲 1. 课题研究目的 和意义 ； 2. 文献综述（ 课题研究 现状及分析）； 3. 基本内容 、 拟解决的主要问题 ； 4. 技术路线或研究方法； 5. 进度安排； 6. 主要参考文献。 二、“开题报告”撰写规范 请参照黑龙江工程学院本科生毕业设计说明书及毕业论文撰写规范要求 。 字数应在 4000 字以上，文字要精练通顺，条理分明，文字图表要工整清楚。 毕业设计（论文）开题报告 学生姓名 系部 汽车工程系 专业、班级 车辆 07-8 指导教师姓名 职称 副教授 从事 专业 计算机应用 是否外聘 是否 题目名称 基于单片机的汽车轮胎胎压监测系统的设计与实现 一、 课题研究 现状、 选题 目的 和意义 （一 )、研究现状 近年来汽车电子产品得到了飞速发展，并已经形成了独立的汽车电子产业。汽车轮胎压力监视系统（ Tire Pressure Monitoring System， TPMS）是一项集先进传感器技术、无线通讯技术、信息处理实时测控技术、嵌入式系统应用技 术等于一体的高新技术汽车电子产品。 TPMS实时的对汽车轮胎气压进行自动监测，对轮胎漏气，低气压，气压过高及温度过高等轮胎状况进行预警，以保障汽车行驶安全。 目前 TPMS主要有两种实现方式：直接 TPMS和间接 TPMS。间接 TPMS是与车辆的防抱死系统 (ABS)一起使用的。 ABS采用车轮转速传感器测量每个车轮的转速。当一个轮胎的气压减小时，滚动半径就减小，而车轮的旋转速度就相应地加快。指示灯会提示司机，有一个轮胎处于低压状态。但是，间接 TPMS有一定的局限性。第一是指示灯无法指出是哪个轮胎处于低压状态。第二，当 同一车轴或同一侧的两个轮胎都处于低压状态时，它无 法检测出究竟是哪个轮胎充气不足。第三，如果所有四个轮胎都处于低压状态，该系统不会发现这一故障。另外，气压不足时轮胎直径的减少和气压的降低非常微小。对 于薄胎来说， 69kPa(10psi)的压降只会使轮胎直径减小 1 m m 。这种压降不符合美国的最终判定规则 ( F i n a lRuling)所规定的 25%原则，采用间接方法进行检测在很大程度上依赖于轮胎和负载因子。直接 TPMS采用固定在每个车轮中的压力传感器直接测量每个轮胎的气压。然后，这些传感器会通过发送 器将胎压数据发送到中央接收器进行分析，分析结果将被传送至安装在车内的显示器上。显示器的类型和当今大多数车辆上装配的简单的胎压指示器不同，它可以显示每个轮胎的实际气压，甚至还包括备用轮胎的气压。因此，直接 TPMS可以连接至显示器，告诉司机哪个轮胎充气不足。由于直接 TPMS可直接测量每个轮胎的气压，因此当任何一个或几个轮胎处于低压状态时，它们都会被检测出来，当车辆的所有四个轮胎都处于低压状态时也可以检测到。直接 TPMS也可检测到较小的压降。有些系统甚至可以检测到 7 kPa(1.0psi)的压降。 国外对于 TPMS 系统的研究起步较早， 20 世纪 70 年代末欧洲的一些发达国家就开始对轮胎气压监测系统进行研究。英国 Lucas 公司早在 1981 年就推出了驾驶室设置接受器和每个车轮均有传感器的装置模型。随后， C RK 公司和 Marketing 公司也相继开发出了自己的产品，基本结构是由传感器、信号发生器和接收器三部分组成，传感器安装在轮辋上，直接检测轮胎的内压。德国 Doduco 公司研制的 Primac 系统，可以同时监测轮胎的压力和温度。德国 Wabeo 公司和 Bosch 公司在 1989 年推出了利用 ABS(制动防抱死系统 )传感器监测轮胎压力 的新装置。 wabCO 系统由一个 3 2 通道的控制阀和一个与轮胎气门嘴相接的气缸组成，当轮胎气压变化时，气缸活塞使 ABS 传感器信号发生变化，与 ABS 共用一个电子控制单元。 Bosch 公司的汽车轮胎压力监测系统由装在轮辋上的压力传感器、带有显示器的电子部件和高频收发机三部分组成，与 ABS 一起工作，已经开 始成批量的装载汽车上。英国 S P 公司研制的 DWS 系统 (漏气报警系统 )，可以把轮胎压力降低的信号通知驾驶员，系统利用 ABS 传感器测量轮胎的滚动半径，通过计算程序监测轮胎气压。 国外因立法较早，其开发生产的 TPMS已经相 当成熟，能够经受 5 7万公里的使用测试。主要生产商有加拿大斯马轮胎设备 (SmarTire Systems)公司，固特异轮胎橡胶公司，米其林集团公司，诺基亚轮胎公司，日本横滨公司等。现在国外的 TPMS的研发重点在于开发无源的 TPMS，如采用 SAW这类无源器件的频率变化来监测轮胎压力的变化。日本阿尔卑斯电气公司开发的不需电池的汽车轮胎气压监测系统最近通过有关试验验证，符合欧洲及美国的电磁波相关法律规定，今后将以行驶条件及轮胎种类等因素的影响为中心进行评测，计划在欧美、日本等地进行实地试验， 2004年 8月开始提供 样品， 2006年投入批量生产。 国内对于 TPMS 的研究起步较晚，只是近几年才开始进行研究。最新的中华人民共和国国家标准“机动车运行安全技术条件”中的安全防护装置条款中规定：“车长大于 6m的长途客车和旅游客车、最大设计总质量大于 12000kg 的载货汽车和载货牵引车应安装轮胎压力报警装置；有关部分机动车应安装轮胎压力报警装置的要求，自本标准发布之日起第 25 个月开始对新注册车实施”。可见我国政府已经开始重视汽车轮胎气压监测设备的发展和应用。 现在国内有许多汽车配件商开始代理销售国外的 TPMS系统。在上海和重庆及广 东等地有几家公司开始投入生产并销售 TPMS，典型产品如：上海泰好电子科技有限公司的“泰好”牌 TPMS-204型汽车轮胎压力监测器，重庆三信电子有限公司的 TPMS S1R4A轮胎压力监测显示系统，福州东球金口哨轮胎防爆有限公司的“金口哨汽车轮胎漏气报警哨”，上海保隆工贸有限公司的“迪吉泰”轮胎气压监测系统，佛山市安力信科技有限公司“泰杰”牌 TPM系列轮胎气压监测系统等。 吉林大学、北京理工大学、郑州大学、清华大学、上海交通大学、哈尔滨工业大学等高校都有学者对直接型 TPMS相关技术进行理论研究，设计出了一系列 方案，也有一些监测报警装置申报了专利。但是，国内厂家生产的 TPMS基本是靠引进国外公司轮胎压力监测系统开发平台及生产线，核心技术都掌握在国外厂家手中，基本没有自主知识产权可言。目前国内的 TPMS系统问题不少：安装繁琐、影响美观、整车厂难以配装；不能设定标准胎压，无法保障轮胎合理使用：射频效率、编码纠错性能差、在恶劣环境下漏报严重；能耗较高，不能达到 TPMS系统应有的使用寿命要求；成本高昂，检测范围小，产品通用性不高。 TPMS在中国的研究刚刚开始起步。高校及科研院所方面，吉林大学孙宏伟对现有 F费 scale方案 进行了研究，提出了针对 Ftcaale传感器 MPXY8020A的温度补偿算法；合肥工业大学沈俊峰提出了以 SPl2传感器， PICl6F683处理器，以及 T5754射频发射器构成的轮胎压力检测方案 12j；燕山大学张启中通过分析轮速传感器脉冲数相对差值的影响因素和影响规律，提出了基于脉冲数互比法气压异常报警系纠”；浙江大学，屯子科技大学，中国科学院上海微系统与信息技术研究所等也有学者对 TPMS进行了类似的理论研列”。 （二）、选题的 目的、 意义 目的：随着世界经济的不断发展，基础投资的不断加大，以及公路设施的改善 和高速公路里程的迅速增加，公路交通的平均车速有了很大提高。但同时交通事故尤其是爆胎事故、追尾事故也相应增加，给人民的生命财产造成重大损失。交通安全已成为国家和个人越来越关注的重点。 在汽车的高速行驶中，轮胎故障是所有驾驶者最为担心和最难预防的，也是突发性交通事故发生的重要原因。在高速公路上行驶时一旦爆胎，驾驶员思想准备不充分极易 造成车辆侧滑和不规则翻滚，轻则撞护栏，重则与其他行使车辆发生碰撞甚至车毁人亡，后果不堪设想。 据统计，轮胎爆胎的原因有： (1)轮胎压力过高； (2)轮胎漏气； (3)轮胎温度异常升 高； (4)轮胎松动、掉胎。 而追尾事故的主要原因有： (1)前方车辆爆胎失控； (2)视线不好，看不清前方车辆的刹车信号； (3)不能提前获知前方有事故车辆。 因此实时监测轮胎气压和温度的变化，保持汽车在标准的轮胎气压下行驶是防止爆胎的关键。汽车轮胎压力监测系 (TPMS)的主要作用就是在汽车行驶时，对轮胎气压进行实时自动监测，对轮胎漏气和低气压进行报警，是驾车者、乘车人的生命安全保障预警系统。安装轮胎压力监测系统能有效地防止轮胎在非正常气压下长时间行驶，提高汽车的主动安全性。 意义：保持正常的轮胎气压，不 仅可以延长轮胎的使用寿命，减小滚动阻力，还可减少油耗，提高车辆的使用经济性，而且可以大大提高汽车的行驶安全性。汽车轮胎压力监测系统是驾车者、乘车人的生命安全保障预警系统，将是一个永恒的主题，必将成为未来汽车必备的主动安全保障系统之一。汽车电子技术的不断发展使汽车上安装了越来越多的传感器，这将促进 TPMS的发展，使其技术更加成熟，性能更加稳定，并且它的模块将向高度集成化、单一化、无线无源化方面发展。 二、设计（论文） 的基本内容 、 拟解决的主要问题 基本内容： 设计一个小型 汽车轮胎胎压监测系统 ,该系统采用直接式胎 压监测的方法， 硬件主要包括以下四大模块 :单片机主控模块 、 传感器模块 、 报警模块和显示模块 。其中 单片机 主要完成外围硬件的控制以及一些运算功能 ； 传感器完成信号的采样功能 ；报警模块主要负责声音报警和灯光报警 ；显示模块完成字符 、 数字的显示功能 。 系统软件主要由主程序 、 报警子程序 、 显示子程序等模块组成 。 系统接通电源后进行初始化，然后胎压监测程序启动，连续监测轮胎的压力及其温度，当轮胎压力或温度超出设定的报警值时，在 LED 显示器上显示 。 当数值大于报警值，报警灯闪烁 、 喇叭鸣响，同时显示器显示当前的压力及其温度，提醒司机进 行相应处理 。 拟解决的主要问题 ： （ 1）：传感器、单片机及显示元件、报警元件的选取并连接电路。 （ 2）：进行监测模块、显示模块、报警模块及其主模块的程序编写。 （ 3）：将软件和硬件组装并测试。 三、技术路线（研究方法） 四、进度安排 2011.3.1 2011.3.11 查阅文献、撰写开题报告 2011.3.12 2011.3.27 系统总体设计 2011.3.28 2011.4.13 系统硬件设计 2011.4.14 2011.5.1 系统软件设计 2011.5.2 2011.5.10 系统测试 2011.5.11 2011.5.31 撰写系统设计说明书 收集国内国外有关 TPMS 系统研究的资料 传感器的选取和设定 单片机的选取 显示电路的设计 报警模块的设计 胎压监测模块程序编写 显示模块程序编写 报警模块程序编写 主模块程序编写 完成设计说明书 五、 参考文献 1 曾星星 ,钟海 ,杨朝阳 . LM2068R液晶显示模块在汽车胎压监测系统中的应用 J. 湖北汽车工业学院学报 ,2010,24(1): 70-72 2 肖文 ,凌玉华 ,廖力清 . 基于智能传感器 MPXY8320A 的 TPMS