压电式传感器的车轮胎压力监测系统设计

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1、摘要摘要随着汽车的普及，汽车行驶安全愈来愈受到重视，而轮胎压力异常是危及汽车行驶安全的重要因素之一。因此，实时监测汽车轮胎压力有着重要的意义。并通过无线数据传输方式将压力信息传输至监视终端，实现了实时监测汽车轮胎压力的功能，对汽车行驶安全起到了重要的作用。系统硬件由中央接收处理模块和胎压测量发射模块两部分组成。中央接收处理模块以ARM7微控制器LPC2103为核心，外扩无线接收电路，LCD显示屏和胎压测量模块由MPXY8300传感器及PCB天线构成。软件设计了串口驱动、SPI驱动、定驱动和LCD驱动，实

2、现了无线数据发送和数据接收的功能。在完成软、硬件设计的基础上，分别对微控制器模块、串口模块、显示模块和无线收发模块调试后，结果表明系统运行正常。关键词：TPMSMPXY8300MC33696ARMPCB天线—I—目录目录摘要I前言III1绪论11.1课题研究背景及意义11.2TPMS发展状况12胎压监测系统方案设计22.1设计需求分析22.2系统总体结构设计32.3核心器件选型43胎压监测系统硬件设计53.1胎压测量发射模块硬件设计53.2中央接收处理模块硬件设计64胎压监测系统软件设计74.1胎压测量

3、发射模块软件设计84.2中央接收处理模块软件设计95调试115.1模块电路调试11结论I参考文献I—II—前言前言基于目前国内外TPMS的发展状况，本文设计一种直接式的汽车轮胎压力监测系统(简称胎压监测系统)，主要从硬件和软件两部分进行设计，具体内容如下：硬件设计给出了汽车轮胎压力监测系统的硬件设计总体方案，包括胎压测量发射模块的设计和中央接收处理模块的设计。胎压测量发射模块采用胎压传感器来采集轮胎当前的压力、温度和加速度，在芯片内部编码和调制后，通过无线方式把压力温度等信息发送给中央接收处理模块。中央

4、接收处理模块由微控制器模块、无线收发模块、显示屏模块以及PCB天线构成。其中，微控制器模块包括微控制器LPC2103、时钟电路、电源管理电路、复位电路、调试接口电路和RS-232串口电路。无线收发模块由无线收发器MC33696及外围电路、信号调理模块构成。中央接收处理模块通过天线，接收胎压测量发射模块发送的无线信号，无线信号经过信号调理模块后，由无线收发器对其解调解码后，送给微控制器进行处理，最终显示在显示屏上。在硬件设计过程中，对无线收发器模块中的信号调理电路进行仿真，为硬件设计提供依据。软件设计在硬

5、件设计的基础上，分别对胎压测量发射模块和中央接收处理模块进行程序编写。胎压测量发射模块调用MPXY8300芯片的固件函数来编写发送程序，程序实现每隔2s更新并发送～帧胎压信息数据；中央接收处理模块编写了串口、显示屏和SPI接口的初始化程序，MC33696的驱动程序，显示屏显示数据程序，在这些基础上设计了整体的接收显示程序。—III—传感器论文1绪论1.1课题研究背景及意义随着汽车的普及，汽车交通事故频繁发生，而汽车轮胎压力异常是危及汽车行驶安全的重要因素之一，愈发受到重视。据2002年美国汽车工程师学会

6、调查，全美平均每年有26万起交通事故是由于轮胎气压低或渗漏造成的[1]。同样，据我国公安部统计，国内高速公路70％的意外交通事故是由爆胎引起的，而时速在160公里以上发生爆胎的死亡率接近100％[2]。由此可见，轮胎故障，尤其是轮胎压力异常，是导致交通事故频发的重要原因。早在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

7、[3]。在该提案的推动下，汽车轮胎压力监测系统开始受到关注。汽车轮胎压力监测系统（TPMS：TirePressureMonitoringSystem），主要用于在汽车行驶过程中，实时监测轮胎内的压力和温度，对因轮胎漏气而导致的气压异常进行报警，以保障行驶安全[4]。TPMS属于事前主动型安保范畴，不同于事后被动型安保的安全气囊和防抱死制动系统（ABS），一旦轮胎出现故障的征兆，驾驶员就能根据警示采取相应的措施，避免事故的发生。TPMS不仅能保障驾驶员的安全，还能减少因轮胎气压异常而产生的燃油消耗，避免车

8、辆部件与轮胎不正常的磨损，从而延长轮胎的使用寿命[5]。汽车轮胎压力监测系统发展至今，已与汽车安全气囊、ABS成为汽车的三大安全系统，并被大众所重视。本课题以此为背景，研究并设计一种直接式汽车轮胎压力监测系统，通过胎压测量发射模块测量和发送轮胎压力、温度等信息，利用中央接收处理模块接收数据信号并进行相应的数据处理，最终把胎压信息和低压高压警示显示在显示屏上，对保证驾驶员行车过程中的安全起到重要作用。1.2TPMS发展状况TPMS发展至今，主