【车辆工程类】基于单片机的汽车轮胎胎压监测系统的设计与实现【全套CAD图纸+毕业论文】【汽车车辆专业】【毕业论文说明书】
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【车辆工程类】基于单片机的汽车轮胎胎压监测系统的设计与实现【全套CAD图纸+毕业论文】【汽车车辆专业】【毕业论文说明书】,车辆,工程,基于,单片机,汽车轮胎,监测,系统,设计,实现,全套,cad,图纸,毕业论文,汽车,专业,说明书,仿单
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毕业设计（论文）任务书 学生姓名 张龙飞 系部 汽车与交通工程学院 专业、班 级 车辆工程 07导教师姓名 范德会 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、设计（论文） 目的、意义 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。据统计，轮胎爆胎的原因有： 轮胎压力过高、 轮胎漏气 、 轮胎温度异常升高 、 轮胎松动、掉胎 ， 而追尾事故的主要原因有前方车辆爆胎失控 、 视线不好，看不清前方车辆的刹车信号 、 不能提前获知前方有事故车辆 。 这些问题大部分都可以通过 轮胎 胎压检测系统解决，这就决定了 轮胎 胎压检测系统在公路交通中起着极其重要的作用，应用 轮胎 胎压检测系统可大大减少交通事故的发生，保障汽车行驶的安全。 二、设计（论文）内容、 技术 要求 （研究方法） 设计内容： 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 、监测 胎压、温度 子程序 、 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 小于设定的报警值时，在 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 。 技术要求： 通过室内试验证明，一般认为气压提高 25%，轮胎寿命将会降低 15% 20%；气压降低 25%，寿命大约降低 30%。一般轿车的轮胎正常气压值在 210座位商务车在 240外，汽车轮胎温度越高，轮胎的强度越低，变形越大 (一般不能超过 80 ，当温度达到 95 时，轮胎的情况非常危险 )，每升高 1 ，轮胎磨损就增加 2%，行驶速度每增加一倍，轮胎行驶里程将降低 50%。因此， 本系统告警值设定为胎压 158度小于 80 。 研究方法： 系统设计 方法采 用先搭建系统硬件电路，然后进行系统软件设计。硬件电路需要进行传感器的选取及其设定、单片机的选取、显示电路及其报警电路的设计。软件设计主要包括胎压监测模块、显示模块、报警模块及其主模块的设计。 、设计 （论文） 完成后应提交的 成果 形成可演示的 轮胎胎压监测 系统 及其系统设计说明书。 四、设计 （论文） 进度安排 阅文献、撰写开题报告 统总体设计 统硬件设计 统软件设计 统测试 写系统设计说明书 五、主要参考资料 1 曾星星 ,钟海 ,杨朝阳 . 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): 702 肖文 ,凌玉华 ,廖力清 . 基于智能传感器 J. 单片机与嵌入式系统应用 ,2010,(3):593 张淑芳 ,田丽 ,夏新运 ,李玲纯 . 计方案的思考 J. 电子技术 ,2009,(8):644 徐道连 ,游颖敏 ,刘泽奎 ,黄文龙 . 一种新型嵌入式汽车胎压监测系统 J. 重庆工学院学 报 ,2008,22(11):15 臧怀泉 ,田超 ,赵保军 . 嵌入式汽车轮胎气压监测系统设计 J. 北京理工大学学报 , 2008,28(10):870、备注 指导教师签字： 年 月 日 教研室主任签字： 年 月 日 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 学 生 姓 名 : 张 龙 飞 导 师 姓 名 : 范 德 会 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 张龙飞 系部 汽车工程系 专业、班级 车辆 07导教师姓名 范德会 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 （ 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。 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 接 接 起使用的。 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 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， 6910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 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 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 诉司机哪个轮胎充气不足。由于直接 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 检测到较小的压降。有些系统甚至可以检测到 7 压降。 国外对于 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 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 司和 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 司研制的 统，可以同时监测轮胎的压力和温度。德国 司和 司在 1989 年推出了利用 动防抱死系统 )传感器监测轮胎压力的新装置。 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 感器信号发生变化，与 用一个电子控制单元。 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 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 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 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 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 (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 采用 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 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 6大设计总质量大于 12000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 上海和重庆及广东等地有几家公司开始投入生产并销售 型产品如：上海泰好电子科技有限公司的“泰好”牌 庆三信电子有限公司的 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 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 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 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 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 本高昂，检测范围小，产品通用性不高。 校及科研院所方面，吉林大学孙宏伟对现有 F费 出了针对 肥工业大学沈俊峰提出了以 及 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 （ 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 (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 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 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 阅文献、撰写开题报告 统总体设 计 统硬件设计 系统软件设计 统测试 写系统设计说明书 收集国内国外有关 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 . 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): 702 肖文 ,凌玉华 ,廖力清 . 基于智能传感器 统设计 J. 单片机与嵌入式系统应用 ,2010,(3):593 张淑芳 ,田丽 ,夏新运 ,李玲纯 . 计方案的思考 J. 电子技术 ,2009,(8):644 徐道连 ,游颖敏 ,刘泽奎 ,黄文龙 . 一种新型嵌入式汽车胎压监测系统 J. 重庆工学院学 报 ,2008,22(11):15 臧怀泉 ,田超 ,赵保军 . 嵌入式汽车轮胎气压监测系统设计 J. 北京理工大学学报 , 2008,28(10):870、备注 指导教师意见： 签字 ： 年 月 日 361632123313341435153031113010 3 4 5 6 7 8 910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 200305226 3 4 5 6 7 8 335 2 7 3 8 4 9 574 2 3 4 5 6 7 8 9361632123313341435153031113010051 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 3 4 5 6 7 8 910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 3 4 5 6 7 8 90300 335 2 7 3 8 4 9 574747422 2 1105a b c d e f b c d e f g b c d e f g b c d e f g 2 1105a b c d e f b c d e f g b c d e f g b c d e f g 05322226 3 4 5 6 7 81 本科学生毕业设计 基于单片机的汽车轮胎胎压监测 系统的设计与实现 系部名称 ： 汽车 与交通 工程 学院 专业班级 ： 车辆工程 07 学生姓名 ： 张龙飞 指导教师 ： 范德会 职 称 ： 副教授 黑 龙 江 工 程 学 院 二一一年六 月 s 07011I 摘 要 随着社会经济和科学技术的发展，公路交通 已经成为关系国民经济命脉和社会、经济发展的重大系统，但随之而来的交通事故给人的生命安全和经济发展造成了重大损失。爆胎是引起交通事故的主要原因，保持标准的车胎气压行驶是防止爆胎的关键，胎压检测系统 (由此应运而生的一项汽车安全防范系统。胎压检测系统主要用于汽车行驶过程中对汽车胎压与温度的实时检测，当出现异常状态时进行报警，从而保障驾乘者的行车安全。本课题研究的目的是开发一种用于机动车辆上的无线胎压检测系统。 本文提出了一种基于无线技术的胎压检测系统方案，给出了系统总体结构框图，阐述了系统硬件电路和各 模块软件的设计方法。硬件设计综合运用了检测技术、单片机技术及无线通信技术，其中发射模块能实时检测、处理轮胎的压力和温度参数，并运用无线方式将处理后的数据传输到接收模块；接收模块能校验数据并显示结果，用以告知驾驶员各个轮胎的情况。软件设计包括发射模块和接收模块两部分，具体为发射模块和接收模块的初始化、数据测量及处理，发射及接收程序。 关键词 ：胎压检测系统 ； 无线通信技术 ； 传感器 ；射频收发； 黑龙江工程学院本科生毕业设计 of in of is of in is to as a is in of to of of of is to a F in a on of to of to of of RF C 龙江工程学院本科生毕业设计 目 录 摘 要 . I . 1 章 绪 论 . 1 题的背景 . 1 题的目的及意义 . 3 题主要工作 . 4 第 2 章 系统整体方案设计 . 5 统设计要求 . 5 统设计方案 . 5 射模块 . 6 收模块 . 6 器件选择 . 6 键技术研究 . 7 率选择 . 7 号编码方式 . 7 胎定位技术 . 8 章小结 . 8 第 3 章 发射模块的设计 . 9 感器单元的硬件电路设计 . 9 作方式 . 9 作方式 . 10 度检测程序 . 13 射单元的硬件电路设计 . 16 射单元控制电路 . 16 黑龙江工程学院本科生毕业设计 射单元发射电路 . 18 射模块的软件设计 . 18 程工具选用 . 18 程语言及开发软件的选用 . 18 信协议 . 19 件设计 . 20 章小结 . 25 第 4 章 接收模块的设计 . 26 收模块的硬件电路设计 . 26 频接收单元的硬件电路设计 . 26 频接收单元工作方式 . 28 示报警单元电路设计 . 34 鸣器报警单元电路设计 . 34 源单元设计 . 35 收模块的软件设计 . 35 章小结 . 39 第 5 章 系统测试 . 40 述 . 40 号实时传输显示测试 . 40 度超过预警值报警测试 . 41 拟压力超过预警值报警测试 . 42 拟压力和温度超过预警值报警测试 . 42 章小结 . 43 结 论 . 44 参考文献 . 45 致 谢 . 46 附录 . 47 黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 第 1 章 绪 论 题的背景 本世纪初，由于凡世通 (胎的质量问题，造成了超过 100 人死亡和 400人受伤，此事引起了业界和美国政府的高度关注，普利 斯通、凡世通公司被迫收回 650万只轮胎。据美国汽车工程师学会最近的调查，美国每年有 26万交通事故是由于轮胎压力低或渗漏造成的，此外，每年 75的轮胎故障是出于轮胎渗 漏或充气不足引起的。由于每年造成巨大的经济损失，美国政府要求汽车制造 商加速发展胎压检测系统 (简称 以减少轮胎事故的发生。 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。 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 要有两种实现方式：直接 间接 接 与车辆的防抱死系统 (起使用的。 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 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， 69 m m 。这种压降不符合美国的最终判定规则所规定的 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 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 诉司机哪个轮胎充气不足。由于直接 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。直接黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 可检测到较小的压降。有些系统甚至可以检测到 7 压降。 国外对于 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 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 司和 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 司研制的 统，可以同时监测轮胎的压力和温度。德国 司和 司在 1989 年推出了利用动防抱死系统 )传感器监测轮胎压力的新装置。 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 感器信号发生变化，与 用一个电子控制单元。 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 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 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 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 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 (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 研发重点在于开发无源的 采用 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 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 6大设计总质量大于 12000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 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 型产品如：上海泰好 电子科技有限公司的“泰好”牌 汽车轮胎压力监测器，重庆三信电子有限公司的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“金口黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 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 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 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 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 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 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。 校及科研院所方面，吉林大学孙宏伟对现有 F 费 案进行了研究，提出了针对 感器温 度补偿算法；合肥工业大学沈俊峰提出了以 感器， 及 频发射器构成的轮胎压力检测方案；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 行了类似的理论研列”。 题的目 的及意义 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； 黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 （ 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 (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 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。 题 主要工作 课题 的主要任务就是研究并设计一个无线胎压检测系统，实现胎压变化信息的实时采集和传送，以达到汽车司机能够在第一时间掌握汽车轮胎压力变化的要求，并做出相应的反应，从而 避免事故的发生。 课题 主要工作有以下几点： （ 1） 对系统的关键技术进行研究并提出整体设计框架 。 （ 2） 传感器、单片机及显示元件、报警元件的选取并连接电路。 （ 3） 进行监测模块、显示模块、报警模块及其主模块的程序编写。 （ 4） 将软件和硬件组装并测试 。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 第 2 章 系统整体方案设计 基 于汽车轮胎安全使用的要求，胎压检测系统综合运用传感器检测技术、单片机技术及无线通信技术来设计。该系统能检测轮胎温度和压力波动情况，并对检测数据进行分析和实时处理。 统设计要求 本系统采用直接式胎压检测 系统。它以锂离子电池为电源，通过埋于轮胎罩的传感器来直接测量轮胎的压力和温度，并经无线调制发射到安装在驾驶台的接收模块上。发射模块处于轮胎的封闭状态中，体积要小；另外由于在轮胎中更换器件很不方便且系统必须长时间工作，故而要求功耗低。 工作中轮胎状态为当轮胎压力高于标准值 (小型车为 275 2 倍时，因轮胎与地面接触的面积减少，单位压力增高，使轮胎胎面的中部磨损增加。 通过试验证明： ，一般认为气压提高 25%，轮胎寿命将会降低 15% 20%；气压降低 25%，寿命大约降低30%。一般轿车的轮胎正常气压值在 210座位商务车在 240右为宜。此外，汽车轮胎温度越高，轮胎的强度越低，变形越大 (一般不能超过 80 ，当温度达到 95 时，轮胎的情况非常危险 )，每升高 1 ，轮胎磨损就增加 2%，行驶速度每增加一倍，轮胎行驶里程将降低 50%。因此， 本系统告警值设定为胎压 15862度小于 80 。 统设计方案 根据系统功能及技术要求，系统方案的总体框图如图 图 统方案的总体框图 黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 系统由置入轮胎内的发射模块和安装汽车驾驶台上的接收模块组成。发射模块每检测一次压力 ，都会判断此轮胎是否出现异常；如果判断出现异常情况，则形成一帧数据并进行发射。接收模块判断是否接收到完整的数据帧，如准确无误，则点亮和轮胎对应的 射模块 发射模块包括传感器单元、微处理器和射频单元。传感器单元定时采集轮胎内压力、温度数值。微处理器 (简称 射频单元集成在同一芯片内，微处理器读取来自传感器的数据，进行处理并通过射频单元发射出去。发射模块的框图如图 2 2 所示。 图 射模块框图 收模块 接收模块完成信号的接收、校验和处理，并通过 示 灯显示报警。接收模块的框图如图 2 3 所示。 图 收模块框图 信号接收电路将由轮胎发射出来的射频信号放大解调后，将数字信号送给微处理器串行接口。微处理器再进行译码，从数据流中提取各轮胎号、压力值以及温度值，然后做出相应的处理。显示报警部分主要包括 器件选择 无线胎压检测系统开发所需的元器件主要包含传感器、 频收发芯片、 电池几个部分。 （） 传感器 本系 统选用 度传感器 ， 温度检测与数字数据输出全集成黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。 （ ） 单片机 本系统 选用 列，它是一种高性能的 8 位单片 机 系列，具有速度快、功能强、功耗低、价格低等特点并且自带看门狗复位，非法指令码检测复位和非法地址检测复位等系统保护特性。发射模块的 用 （） 射频 收 发 芯片 接收 和发射 芯片的选择主要从芯片的接收灵敏度以及性价比两方面考虑。本系统选用 2频收发芯片。 键技术研究 率选择 在众多的无线通讯频段中，由于 段 (工业，科学，医学频带 )属于公共频段，使用者无需申请频段许可证，这给用户带 来了很多的方便，因此当今大部分无线传输所使用的操作频率一般都选择处于 段的频率。而对采用 无线技术的应用来讲，通常又采用属于 段中的 段作为操作频率，此频段有两个频率范围，分别为： 433 05434 790 68 870 本系统中采用的工作频率设置为 433 92 号编码方式 在本文设计的胎压检测系统中，数据以 9600速率发送，信源编码方 式采用曼彻斯特编码。曼彻斯特编码以数 字信号来描述就是：在每个比特周期， 取值在周期中间点进行高低电平间的转换。如图 示，一个数字 0 被描述为周期前一半为低电平，后一半为高电平；而数字 1则是先高后低。 图 彻斯特编码示例 称频移键控，是指以信号频率在两个值之间的偏移来描述数字 l 和数字 0信号。在本系统中，数字 数字 0则具有较高 的频率。也就是说，黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 如果载波频率是 433 92体频率偏移 ，数字 1就是 (433 92)数字 0是(433 92) 2 5是 图 胎定位技术 胎压检测系统中的轮胎定位是指系统接收各个轮胎发射模块发出的信号并进行识别，然后判定是哪个轮胎发出信号的过程。各轮胎发射模块中的传感器把胎压的变化传递给 理并加上该模块的识别 码 (用于区分各轮胎发射模块的编码，然后通过发射芯片进行调制并发射出去。接收模块接收并进行解调，恢复原始数据，通过读取原始数据的 接收到的信息中的轮胎内压力或温度出现异常时，发出报警信号，驾驶员根据对应轮胎的 警灯 ，便可及时地对该轮胎进行处理，确保汽车行驶安全。 章小结 本章对整个系统的大体框架进行了确定，包括本系统的使用数据，系统的工作流程，元器件的选择和 关键技术的的研究。这一章是整个系统的关键，是下面要进行工作的思路和方向 。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 第 3 章 发射模块的设计 发射模块主要由传感器单元、发射单元组成。传感器单元测得压力和温度， 通过发射单元按照一定算法处理后发射出去。发射模块的软件设计分为数据采集和数据处理发射两部分。 感器单元的硬件电路设计 作方式 温度传感器的 种类众多， 着 超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强 的优点。 作原理及应用： 而抗干扰力更强。其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。 18有三种形态的存储器资源，它们分别是： 读存储器，用于存放 码，其前 8 位是单线系列编码（ 编码是 19H），后面 48位是芯片唯一的序列号，最后 8位是以上 56的位的 余校验）。数 据在出产时设置不由用户更改。 64位 据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失， 9个字节 个字节为 8 位。第 1、 2 个字节是温度转换后的数据值信息，第 3、 4个字节是用户 用于温度报警值储存）的镜
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