摘要：社会经济的快速发展，汽车工业也在不断发展。虽然汽车行驶条件日益改善，但与此同时也令汽车行驶速度越来越快。行驶速度越高，发生事故的概率也就越大。据统计，由于汽车爆胎引发的交通事故大约占交通事故总数的70%。我国早在2003年就颁布了相关文献，对胎压监测装置作出了明确说明。轮胎引发事故大多是因为胎压或者温度异常引起的，而原有的手持式胎压监测装置不能及时监测发现安全隐患，为了改善这一缺陷，即在每个轮胎中安装一个胎压传感器及相应的数据传输装置，构成一个实时胎压监测系统即TPMS（TirePressureMonitor-ingSystem）。通过这个系统驾驶员能及时了解各个轮胎压力及其他相关安全数据，实时了解轮胎各项安全数据。

关键词：汽车轮胎气压；实时监控；提醒系统；现状；发展趋势

引言

今年来我国国民汽车的保有量持续增加，汽车安全越发受到人们重视。车辆行驶过程中，驾驶员最担心也是最难预防的是汽车轮胎胎压故障。当汽车轮胎胎压过高时，轮胎与地面的接触面积变小，轮胎单位面积承受的压力增大，轮胎的抓地力变小，容易引起车辆侧滑等失控现象；当汽车轮胎的胎压过低时，轮胎内部温度异常，老化磨损严重，比较容易产生爆胎。据统计在中国每年约30%是的交通事故是胎压过低或过高引起轮胎爆炸，有高达50%的高速交通事故是汽车轮胎胎压异常引起的，如何监测预防胎压异常已经成为汽车安全的重要课题之一。

1汽车轮胎气压监测系统应用的实际意义

汽车轮胎气压监测系统的监测对象主要是轮胎压力与温度。从时间方面上则需考虑系统监测的实时性。必要时对轮胎压力与温度等因素进行合理的理论分析可以作为分析发生事故的重要原因。从汽车的本身特性来说，实时地监测可为爆胎的防治，汽油的节省与轮胎使用寿命的延长提供保障。汽车行驶过程中出现的汽车轮胎漏气、充气压力不足和充气压力过大等问题，都会导致汽车出现异常状况。我国的轮胎产业在汽车行业中也占有了相当大的一份比重。随着汽车产业的蓬勃发展，势必会推动轮胎产业的进步，所以汽车轮胎气压监测系统的重要性更是不言而喻。相对于其他因素引起的交通事故，汽车轮胎引起的事故不仅具有高发性而且还往往具有危害性。汽车轮胎监测系统的研究与开发将进一步保障乘车人的安全性，更加维护乘车人的切身利益。这不仅维护了财产安全也提升了汽车产业安全性能的进一步发展，而且也增强了我国科研工作者的创新生产意识。因此，不管从现实意义还是长久意义上对汽车轮胎气压监测系统的研究将直接推动我国机械类安全性这一领域得到进一步的发展。对这一系统的研究将直接减少因汽车轮胎因素而造成的事故发生的概率。因此汽车轮胎气压监测系统的应用具有深远的实际意义。

2A/D信号采样转换设计

ADC12的内部存在两种参考电压可供选择，另外在汽车轮胎气压强度信号采样和模数转换过程中，所需要的时钟信号源可以选择，转换结果由专门的桶形缓冲。在实际信号转换过程中，ADC12提供4种不同的信号模数转换模式，供用户选择。分别是单通道单次转换和单通道多次转换，序列通道单次转换和多次转换。单通道单次转换主要通过转换存储控制寄存器，设置汽车轮胎气压强度信号模数转换的通道和范围，使用设置的通道完成一次采样和转换后，使用ENC复位和置位，为下一次任务做准备。单通道多次转换，使用设定的通道进行多次任务，直到达到用户设置的条件，停止任务。使用单通道相关转换模式，在每次任务完成后，转换的结果存放在ADC12中。序列通道转换中，存在多个通道，每个通道的相关参数由特定的存储控制寄存器设置，单次转换与多次混转换模式基本类似，不同的是，在实汽车轮胎气压强度信号监控过程中，单次转换只完成一次信号转换，多次转换，会一直转换，直到达到用户设置的条件，停止转换。在实际轮胎气压强度监控中，改变转换模式不需要停止当前转换，直接切换模式后，当前转换任务完成后，转换后的模式直接生效。转换完成后，数字信号传输至监控显示模块，显示在用户面前。

3数据采集与发射电路设计

一般数据采集流程。当汽车在行驶状态时，由监测数据来确定数据传输频率。压力值正常时，每二分钟传输一次数据；当压力超过阀值时，进人连续发送模式，快速连续发送数据，当接收显示控制模块的确认信号后进入休眠模式，否则一直发送数据。系统采集接收信号后进行信号与数据间的转换，然后分析所得数据。汽车不行驶时，传感器每隔十分钟测量一次轮胎的压力，如果气压正常，则不发送数据，系统进入休眠等待下次测试。如果监测到异常数据则立即发出。所以，汽车静止时监测系统基本都处于休眠。

特殊数据采集流程。一般轮胎压力是连续变化的，但也有可能中间出现瞬时特殊数值，例如汽车过减速带时会对轮胎产生冲击挤压，从而导致瞬时压力较大。这并不代表此时轮胎出现故障，但是容易引起错误的报警。所以数据在处理时可以计算某时段内几个数据的平均值，可以通过软件设定来实现。

无线传输方式。由于轮胎监测系统和显示控制模块间是通过无线射频方式进行数据传输，因此，必须确定合适的的传输模式，以保证数据的稳定准确。还要防止相邻车辆之间的数据传输混乱。采用FSK调制的曼彻斯特编码是较好的解决方式。方法简单容易实现，可以异步传输，稳定性和准确性也较高。其原理是用电压跳变相位不同来区分0和1。系统只需要传输轮胎编码、压力数据等信息，所以本系统采用上述无线传输方式。

4监控显示设计

通过S3C2440LCD控制器控制TELLCD，将监控的汽车轮胎气压强度显示在LCD上。将LCD设备注册到监控设备中，定义LCD平台设备的各种资源，分配info结构体空间，初始化结构体中的各项参数和LCD控制器，申请帧缓冲设别的显示缓冲区空间，注册info，实现对LCD显示模式进行设定的硬件接口函数[12]。注册完成后，初始化MMU，设置Nandflash的配置寄存器，选择通信口，LCD初始化，通过串口通信接收信号。汽车轮胎气压强度监控数据显示在用户面前是由像素时钟信号、行同步信号、帧同步信号、数据使能信号共同工作作用的结果。在此基础上，提供人机交互功能，实现实时接收、处理并显示轮胎气压强度信号。监控结果显示在用户面前的同时，当轮胎气压强度超过预设的极限值时，通过报警模块，为用户提供声光预警。声光报警模块选择8路LED发光管作为对应的轮胎位置、高低压提示灯，蜂鸣器作为声音预警。至此，基于嵌入式系统的汽车轮胎气压强度监控方法设计完成。

5监视器模块程序的设计

监视器模块程序主要功能是通过CC1100接受轮胎监测模块发射的轮胎数据信息，之后对数据进行加工处理，将处理后的数据传送到液晶显示器，并依据不同状况决定是否报警。主程序如图3所示。监视器模块首次通电要进行系统初始化设置，给4个下位机发送基准定时10s，使下位机处于不同的发射时隙，之后等待下位机应答。如果应答，表示CC1100接受的信息数据包可与设定的命令匹配，表示信息接收成功，然后采集下一轮胎信息。如果无应答，则等待数据传输。监视器模块的微控制器对收到的有效数据分析并解析为可识别的命令，并根据识别后的命令判断是否还有后续的数据传输。如果有，则继续接收，直到轮胎监测模块发送完毕。监视器模块的微控制器把解析好的数据传送到液晶显示器显示，同时检测当时的轮胎状态。若有异常则立即报警；若正常，则采集下一轮胎信息。若监视器模块的微控制器长时间收不到某一个下位机的轮胎数据，此时给另一个下位机发送采集命令直至所有数据全部显示在液晶显示器上。然后再进行新一轮的数据采集和显示，如此往复地实时监测行驶中的汽车轮胎状态，为驾驶员提供清晰明了判断依据的。

6ECU

ECU是监测系统的核心部分，可完成信号的接收、解调、处理、显示和报警。其能连续监测轮胎气压，当检测到轮胎状态异常时，立即发送编码信号到主机模块接收器，主机模块微控制器对报警信息进行确认，随后向驾驶员发出声光警报并提示轮胎出现状况，若继续行驶会使轮胎损害或产生危险。另外，系统还可设置每个轮胎所需标准压力的门限阈值。由于轮胎测量系统和ECU间是通过无线射频方式进行数据通信，因此，必须确定符合系统应用要求的无线通信模式。无线射频通信方案采用FSK调制的曼彻斯特编码。FSK是数字通信中经常使用的一种调制方式，其方法简单，易于实现，可以异步传输，抗噪声和抗衰落性能也较强。曼彻斯特编码是常用的数字信号编码之一。在曼彻斯特编码中，用电压跳变的相位不同来区分1和0。由于跳变都发生在每一个码元的中间，故接收端可以方便地利用它作为同步时钟。系统需要传送的数据量很少，仅是必要的轮胎ID识别码、压力和温度数据及一些状态信息，且对报警反应时间的要求不是非常高，加之需要保证数据传输的可靠性和到达率，因此，选用上述无线射频通信模式是比较合适的。系统核心器件采用的是Motorola的ECU。其单片机具有时钟频率低、高频噪声低、抗干扰能力强等特点，更适合应用于工控领域及恶劣的工作环境。ECU具有CAN总线接口，且此总线接口具备CAN2．0B的协议规范，因此，此总线可以方便地接到电子控制系统CAN总线网络系统上，从而实现轮胎气压的调节与控制。当检测到轮胎状态异常时，立即发送编码信号到ECU接收器，ECU微控制器对报警信息进行确认，随后向驾驶员发出声光警报并提示轮胎出现状况，若继续行驶会使轮胎损害或产生危险。

7汽车轮胎气压自动监测系统的发展

据统计，在中国高速公路上发生的交通事故有70％是由于爆胎引起的，而在美国这一比例则高达80％。要防止爆胎就需要对轮胎气压进行实时监测，如何进行轮胎的动态气压检测是国内外许多学者和汽车工程师研究的热门课题，将以住的人力操作转变为自动检测，从而减轻驾驶员的劳动强度，提高车辆行驶性能。轮胎压力自动检测系统，早在20世纪70年代末就已经开始研究。英国16cas公司在1981年就推出了驾驶室设置接收器和每个车轮均有传感器的装置原型。随后C．P．K和Maulseting公司也相继开发了自己的产品，其基本结构由传感器、信号发生器和接收器三部分组成，传感器安装在论题上，直接检测轮胎的内压。德国WDKO公司和B.sch公司在1989年推出了采用ADS检测轮胎压力的新装置。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传感器的信号发生变化，与ABS共用一个电子控制单元。BOMH公司生产的汽车轮胎压力检测系统已批量地装在汽车上。该系统由装在轮胎上的压力传感器、带有显示器的电子部件和高频收发两用机三部分组成，检测系统与ABS一起工作。可以同时检测压力和温度，价格相对于同类产品便宜。固定在车轮上的天源传感器，可根据轮胎内压力来改变磁场。磁场则由装在底盘固定件上的电子传感器测出。英国S．P公司研制DWS系统，它可把轮胎压力降低的信号通知驾驶员，系统利用ABS转速传感器，测量轮胎的策动半径，通过计算程序检测轮胎的压力。还有其他公司也推出了他们的产品。

结语

良好的轮胎状态是汽车安全行驶的重要保障。对于减少轮胎损耗，降低成本特别是对于环境保护有重要意义。轮胎气压监测将成为汽车必备的安全措施之一。所设计的汽车胎压监测系统，不仅能全天候不间断监测轮胎压力，而且具备低功耗、稳定性等优势。另外，系统还具有CAN网络接口。还可以与CSM网络远程防盗报警系统进行连接，更加的符合未来汽车网络发展和智能车辆发展趋势。

参考文献

[1] 张瑜，车晓波，王勇，等.新能源车辆远程监控系统优化设计[J].现代电子技术，2019，42（3）：96-100.