基于GSM 網(wǎng)絡(luò)的輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)
作者:鄧春林時間:2015-11-24 13:56:16 來源:www.6scc.cn 閱讀次數(shù):1572次 ]
【文章摘要】
汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）是一種能夠在汽車行駛過程中對輪胎內(nèi)部壓力、溫度進行實時監(jiān)測，并在輪胎出現(xiàn)異常情況時進行報警，以確保汽車能安全行駛的保護系統(tǒng)。針對當前輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)不能實現(xiàn)遠程報警和系統(tǒng)體積大、功耗大、抗干擾能力弱等問題， 設(shè)計出一款基于GSM 網(wǎng)絡(luò)的新型汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有GSM 網(wǎng)絡(luò)的可靠性高、低成本、低功耗和高安全性等特點，能夠?qū)崟r監(jiān)測輪胎壓力、溫度等狀態(tài)信息，將異常情況通過GSM 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給車主并進行報警，從而有效地保障了汽車行駛安全。
【關(guān)鍵詞】
GSM 網(wǎng)絡(luò)；輪胎壓力監(jiān)測；報警
中圖分類號：請查閱中國圖書館分類法（第四版） 文獻標識碼：A
隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和人們生活水平的提高，汽車已經(jīng)成為人們生活中不可或缺的一部分，汽車的安全性能也逐漸受到人們的重視。在汽車行駛過程中， 汽車輪胎是保障汽車行駛性能最重要的因素之一，保持正常的輪胎壓力不僅可以增強汽車的安全可靠性和行駛性能，還能大大節(jié)省燃油消耗，延長輪胎的使用壽命。而輪胎是否處于安全狀態(tài)由很多因素決定，其中最重要的因素便是輪胎內(nèi)部的壓力和溫度。本文所設(shè)計的基于GSM 網(wǎng)絡(luò)的汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對汽車輪胎壓力和溫度的實時監(jiān)測，而且其低成本、高可靠性和高抗干擾能力使得其具有很大的市場前景。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計
系統(tǒng)由MCU、壓力檢測模塊、加速度檢測模塊、溫度檢測模塊、電池電壓檢測模塊、GSM 模塊、液晶顯示模塊、聲光報警模塊等組成。加速度檢測模塊、壓力監(jiān)測模塊、輪胎溫度檢測模塊實時地對汽車的加速度、輪胎內(nèi)部壓力和溫度進行監(jiān)測并通過GSM 網(wǎng)絡(luò)將測得數(shù)據(jù)發(fā)送給終端主控芯片，如果此時出現(xiàn)檢測到的汽車輪胎內(nèi)部壓力和溫度超過所設(shè)定的閾值或電池電壓過低等異常情況，傳感器端MCU 便向終端主控芯片發(fā)送異常情況數(shù)據(jù)，終端主控芯片再通過LCD1602 液晶顯示模塊進行實時顯示并發(fā)出聲光報警信號，從而實現(xiàn)汽車的安全行駛。電池電壓檢測模塊用來檢測系統(tǒng)的工作電壓是否正常，以防電壓不足而造成系統(tǒng)不能正常工作。系統(tǒng)總體設(shè)計圖如圖1 所示。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
2.1 終端主控芯片模塊
本系統(tǒng)終端主控芯片采用AT89C52 單片機。AT89C52 是Atmel 公司生產(chǎn)的一款低電壓、高性能CMOS 8 位單片機，其主要特性有：1）片內(nèi)含8 k bytes 的可反復擦寫的Flash 只讀程序存儲器（ROM）和256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）； 2）器件采用高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51 指令系統(tǒng)；3）片內(nèi)配置通用8 位中央處理器（CPU）和Flash 存儲單元；4）器件具有32 個雙向I/O 口， 3 個16 位可編程定時/ 計數(shù)器中斷，2 個串行中斷，可編程UART 串行通道，2 個外部中斷源�？傮w上AT89C52 單片機具有
圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計圖
圖3 SP30 多功能傳感器常用外圍電路電路圖
圖2 SP30 多功能傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
接口簡單、方便使用、功能強大等優(yōu)點，并且成本低，所以能為本系統(tǒng)提供高靈活、超高效的解決方案。
2.2 SP30 多功能傳感器模塊
考慮到汽車行進中的振動、噪聲等特殊環(huán)境，本系統(tǒng)采用的傳感器為Infineon 公司的SP30 多功能傳感器，SP30 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2 所示，該傳感器滿足汽車使用要求，是硅片壓阻式的壓力傳感器，它集成了硅微機械加工的壓力、溫度、電池電壓和加速度傳感器以及ASIC 數(shù)字處理單元，提供四合一傳感器功能。SP30 的主要特性有：1）內(nèi)部集成了一個低功耗8 位RISC 控制器；2）具有下電、運行、空閑、熱關(guān)斷四種工作模式；3）喚醒方式有IT/LT 喚醒，PORT 喚醒，LF 檢測喚醒；4）固化函數(shù)庫便于用戶直接調(diào)用，能夠自動補償校準測量數(shù)據(jù)，將輪胎內(nèi)部物理量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號發(fā)送至MCU 與射頻發(fā)送芯片。其工作電壓為2.1V-3.6V， 壓力測量范圍為100KPa-450KPa，溫度測量范圍為-40 ℃ -125 ℃。加速度測量范圍為-12g-115g。電壓測量范圍為1.8V-3.6V。SP30 內(nèi)部控制器通常處于休眠狀態(tài)，可以接收來自外部的中斷信號， SP30 啟動傳感器進行監(jiān)測時，將MCU 從休眠狀態(tài)中喚醒，接收各個傳感器的測量數(shù)據(jù)，并且將其與預先設(shè)定的閾值相比較，若壓力、溫度值超出所設(shè)閾值，判斷輪胎狀態(tài)出現(xiàn)異常，于是提高發(fā)送頻率將異常數(shù)據(jù)發(fā)送至接收端進行報警。SP30 多功能傳感器常用外圍電路的電路圖如圖3 所示。
2.3 GSM 模塊TC35i
射頻處理單元是整個系統(tǒng)的核心部分，根據(jù)系統(tǒng)對胎壓監(jiān)測模塊體積小、功耗低、成本低的要求，胎壓監(jiān)測模塊射頻電路采用西門子公司生產(chǎn)的TC35i 模塊。TC35i 自帶RS232 通訊接口, 可以方便地與PC 機、單片機連機通訊。TC35i 模塊主要由GSM 基帶處理器、GSM 射頻模塊、供電模塊、閃存、ZIF 連接器、天線接口六部分組成。TC35i 模塊設(shè)計小巧緊湊、功耗很低，有效地減小了系統(tǒng)的體積。TC35i 模塊的工作電壓為3.3-4.8V, 可以工作在900MHz 和1800MHz 兩個頻段, 所在頻段功耗分別為2W(900M) 和1W(1800M)。TC35i 模塊的典型外圍電路的電路圖如圖4 所示。SP30 集成了8 位RISC 控制器， 能夠?qū)鞲衅鳒y量的數(shù)據(jù)進行獨立處理， 處理完的輪胎狀態(tài)數(shù)據(jù)通過GSM 芯片TC35i 發(fā)送給終端，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳送。發(fā)射模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖5 所示。
圖4 TC35i 模塊的典型外圍電路的電路圖
圖5 SP30 與GSM 模塊工作框圖
2.4 液晶顯示模塊
液晶顯示模塊需要對當前輪胎內(nèi)部的壓力和溫度、汽車加速度、電池電壓等數(shù)據(jù)進行實時地顯示。本系統(tǒng)的液晶顯示模塊采用LCD1602 液晶顯示模塊。LCD1602 液晶是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊，它由若干個5X7 或者5X11 等點陣字符位組成， 每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。LCD1602 液晶具有微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等特點。本系統(tǒng)中LCD1602 液晶顯示模塊的電路圖如圖6 所示。
圖6 液晶顯示模塊電路圖
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
本系統(tǒng)的軟件設(shè)計部分包括系統(tǒng)初始化、輪胎內(nèi)部壓力和溫度檢測、加速度檢測、電池電壓檢測等部分。SP30 傳感器對汽車加速度、輪胎內(nèi)部的壓力和溫度、電池電壓分別進行檢測，MCU 判斷當前測量值是否超過預先設(shè)定的閾值，如果超過閾值，則判定為輪胎出現(xiàn)異常狀況，便將當前數(shù)據(jù)發(fā)送給終端并帶有報警信號， 否則直接發(fā)送當前測量數(shù)據(jù)。終端接收到數(shù)據(jù)后，對其進行顯示并判斷是否帶有報警信號，如果帶有報警信號則啟動聲光報警系統(tǒng)。系統(tǒng)程序流程圖如圖7 所示。
4 結(jié)語
本文綜合利用GSM 網(wǎng)絡(luò)和各種傳感器技術(shù)，實現(xiàn)對汽車輪胎內(nèi)部狀態(tài)的不間斷監(jiān)測并在異常狀況時進行報警，從而保證了汽車的安全可靠性和行駛性能。同時，該系統(tǒng)操作比較簡單，只需設(shè)置相應的工作參數(shù)即可。所設(shè)計的基于GSM 網(wǎng)絡(luò)的輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)由于具備成本低、可擴展性強、便于操作等優(yōu)點，所以具有很大的市場前景。
【參考文獻】
[1] 譚浩強．C 程序設(shè)計[M]．北京：清華大學出版社，2005．
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[3] 趙正寧，孫航，曹呈榮．TPMS 解決方案中的幾個關(guān)鍵問題[J]．單片機基于嵌入式系統(tǒng)應用，2006， 3(11) ：52-54．
[4] 米林，陳然，譚偉．嵌入式輪胎壓力無線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計[J]．儀器儀表用戶，2006，13(1) ：24-35．
汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）是一種能夠在汽車行駛過程中對輪胎內(nèi)部壓力、溫度進行實時監(jiān)測，并在輪胎出現(xiàn)異常情況時進行報警，以確保汽車能安全行駛的保護系統(tǒng)。針對當前輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)不能實現(xiàn)遠程報警和系統(tǒng)體積大、功耗大、抗干擾能力弱等問題， 設(shè)計出一款基于GSM 網(wǎng)絡(luò)的新型汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有GSM 網(wǎng)絡(luò)的可靠性高、低成本、低功耗和高安全性等特點，能夠?qū)崟r監(jiān)測輪胎壓力、溫度等狀態(tài)信息，將異常情況通過GSM 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給車主并進行報警，從而有效地保障了汽車行駛安全。
【關(guān)鍵詞】
GSM 網(wǎng)絡(luò)；輪胎壓力監(jiān)測；報警
中圖分類號：請查閱中國圖書館分類法（第四版） 文獻標識碼：A
隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和人們生活水平的提高，汽車已經(jīng)成為人們生活中不可或缺的一部分，汽車的安全性能也逐漸受到人們的重視。在汽車行駛過程中， 汽車輪胎是保障汽車行駛性能最重要的因素之一，保持正常的輪胎壓力不僅可以增強汽車的安全可靠性和行駛性能，還能大大節(jié)省燃油消耗，延長輪胎的使用壽命。而輪胎是否處于安全狀態(tài)由很多因素決定，其中最重要的因素便是輪胎內(nèi)部的壓力和溫度。本文所設(shè)計的基于GSM 網(wǎng)絡(luò)的汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對汽車輪胎壓力和溫度的實時監(jiān)測，而且其低成本、高可靠性和高抗干擾能力使得其具有很大的市場前景。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計
系統(tǒng)由MCU、壓力檢測模塊、加速度檢測模塊、溫度檢測模塊、電池電壓檢測模塊、GSM 模塊、液晶顯示模塊、聲光報警模塊等組成。加速度檢測模塊、壓力監(jiān)測模塊、輪胎溫度檢測模塊實時地對汽車的加速度、輪胎內(nèi)部壓力和溫度進行監(jiān)測并通過GSM 網(wǎng)絡(luò)將測得數(shù)據(jù)發(fā)送給終端主控芯片，如果此時出現(xiàn)檢測到的汽車輪胎內(nèi)部壓力和溫度超過所設(shè)定的閾值或電池電壓過低等異常情況，傳感器端MCU 便向終端主控芯片發(fā)送異常情況數(shù)據(jù)，終端主控芯片再通過LCD1602 液晶顯示模塊進行實時顯示并發(fā)出聲光報警信號，從而實現(xiàn)汽車的安全行駛。電池電壓檢測模塊用來檢測系統(tǒng)的工作電壓是否正常，以防電壓不足而造成系統(tǒng)不能正常工作。系統(tǒng)總體設(shè)計圖如圖1 所示。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
2.1 終端主控芯片模塊
本系統(tǒng)終端主控芯片采用AT89C52 單片機。AT89C52 是Atmel 公司生產(chǎn)的一款低電壓、高性能CMOS 8 位單片機，其主要特性有：1）片內(nèi)含8 k bytes 的可反復擦寫的Flash 只讀程序存儲器（ROM）和256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）； 2）器件采用高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51 指令系統(tǒng)；3）片內(nèi)配置通用8 位中央處理器（CPU）和Flash 存儲單元；4）器件具有32 個雙向I/O 口， 3 個16 位可編程定時/ 計數(shù)器中斷，2 個串行中斷，可編程UART 串行通道，2 個外部中斷源�？傮w上AT89C52 單片機具有
圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計圖
圖3 SP30 多功能傳感器常用外圍電路電路圖
圖2 SP30 多功能傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
接口簡單、方便使用、功能強大等優(yōu)點，并且成本低，所以能為本系統(tǒng)提供高靈活、超高效的解決方案。
2.2 SP30 多功能傳感器模塊
考慮到汽車行進中的振動、噪聲等特殊環(huán)境，本系統(tǒng)采用的傳感器為Infineon 公司的SP30 多功能傳感器，SP30 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2 所示，該傳感器滿足汽車使用要求，是硅片壓阻式的壓力傳感器，它集成了硅微機械加工的壓力、溫度、電池電壓和加速度傳感器以及ASIC 數(shù)字處理單元，提供四合一傳感器功能。SP30 的主要特性有：1）內(nèi)部集成了一個低功耗8 位RISC 控制器；2）具有下電、運行、空閑、熱關(guān)斷四種工作模式；3）喚醒方式有IT/LT 喚醒，PORT 喚醒，LF 檢測喚醒；4）固化函數(shù)庫便于用戶直接調(diào)用，能夠自動補償校準測量數(shù)據(jù)，將輪胎內(nèi)部物理量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號發(fā)送至MCU 與射頻發(fā)送芯片。其工作電壓為2.1V-3.6V， 壓力測量范圍為100KPa-450KPa，溫度測量范圍為-40 ℃ -125 ℃。加速度測量范圍為-12g-115g。電壓測量范圍為1.8V-3.6V。SP30 內(nèi)部控制器通常處于休眠狀態(tài)，可以接收來自外部的中斷信號， SP30 啟動傳感器進行監(jiān)測時，將MCU 從休眠狀態(tài)中喚醒，接收各個傳感器的測量數(shù)據(jù)，并且將其與預先設(shè)定的閾值相比較，若壓力、溫度值超出所設(shè)閾值，判斷輪胎狀態(tài)出現(xiàn)異常，于是提高發(fā)送頻率將異常數(shù)據(jù)發(fā)送至接收端進行報警。SP30 多功能傳感器常用外圍電路的電路圖如圖3 所示。
2.3 GSM 模塊TC35i
射頻處理單元是整個系統(tǒng)的核心部分，根據(jù)系統(tǒng)對胎壓監(jiān)測模塊體積小、功耗低、成本低的要求，胎壓監(jiān)測模塊射頻電路采用西門子公司生產(chǎn)的TC35i 模塊。TC35i 自帶RS232 通訊接口, 可以方便地與PC 機、單片機連機通訊。TC35i 模塊主要由GSM 基帶處理器、GSM 射頻模塊、供電模塊、閃存、ZIF 連接器、天線接口六部分組成。TC35i 模塊設(shè)計小巧緊湊、功耗很低，有效地減小了系統(tǒng)的體積。TC35i 模塊的工作電壓為3.3-4.8V, 可以工作在900MHz 和1800MHz 兩個頻段, 所在頻段功耗分別為2W(900M) 和1W(1800M)。TC35i 模塊的典型外圍電路的電路圖如圖4 所示。SP30 集成了8 位RISC 控制器， 能夠?qū)鞲衅鳒y量的數(shù)據(jù)進行獨立處理， 處理完的輪胎狀態(tài)數(shù)據(jù)通過GSM 芯片TC35i 發(fā)送給終端，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳送。發(fā)射模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖5 所示。
圖4 TC35i 模塊的典型外圍電路的電路圖
圖5 SP30 與GSM 模塊工作框圖
2.4 液晶顯示模塊
液晶顯示模塊需要對當前輪胎內(nèi)部的壓力和溫度、汽車加速度、電池電壓等數(shù)據(jù)進行實時地顯示。本系統(tǒng)的液晶顯示模塊采用LCD1602 液晶顯示模塊。LCD1602 液晶是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊，它由若干個5X7 或者5X11 等點陣字符位組成， 每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。LCD1602 液晶具有微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等特點。本系統(tǒng)中LCD1602 液晶顯示模塊的電路圖如圖6 所示。
圖6 液晶顯示模塊電路圖
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
本系統(tǒng)的軟件設(shè)計部分包括系統(tǒng)初始化、輪胎內(nèi)部壓力和溫度檢測、加速度檢測、電池電壓檢測等部分。SP30 傳感器對汽車加速度、輪胎內(nèi)部的壓力和溫度、電池電壓分別進行檢測，MCU 判斷當前測量值是否超過預先設(shè)定的閾值，如果超過閾值，則判定為輪胎出現(xiàn)異常狀況，便將當前數(shù)據(jù)發(fā)送給終端并帶有報警信號， 否則直接發(fā)送當前測量數(shù)據(jù)。終端接收到數(shù)據(jù)后，對其進行顯示并判斷是否帶有報警信號，如果帶有報警信號則啟動聲光報警系統(tǒng)。系統(tǒng)程序流程圖如圖7 所示。
4 結(jié)語
本文綜合利用GSM 網(wǎng)絡(luò)和各種傳感器技術(shù)，實現(xiàn)對汽車輪胎內(nèi)部狀態(tài)的不間斷監(jiān)測并在異常狀況時進行報警，從而保證了汽車的安全可靠性和行駛性能。同時，該系統(tǒng)操作比較簡單，只需設(shè)置相應的工作參數(shù)即可。所設(shè)計的基于GSM 網(wǎng)絡(luò)的輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)由于具備成本低、可擴展性強、便于操作等優(yōu)點，所以具有很大的市場前景。
【參考文獻】
[1] 譚浩強．C 程序設(shè)計[M]．北京：清華大學出版社，2005．
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