单向通信汽车轮胎压力监测系统研究与开发

论文摘要

汽车轮胎压力监测系统(TPMS)是继ABS、安全气囊后第三个重要的汽车安全电子产品,用于在汽车行驶过程中对轮胎气压、温度进行实时自动监测,并对出现的异常情况进行实时报警,是一种行车安全保障预警系统。单向通信TPMS由安装在每个轮胎内的检测发射模块(称为轮胎模块)和安装在驾驶室的接收显示模块(称为监视模块)组成。轮胎模块将胎内压力、温度检测值用射频无线通信方式传送给监视模块;监视模块显示各轮胎的压力、温度值,并在压力、温度异常时发出报警。本文以研制适合于中、低档轿车的单向通信TPMS产品样机为目标,紧密围绕通信可靠性和低功耗这两个单向通信TPMS的关键技术问题,在对相关理论与实现技术进行详细分析和研究的基础上,对已有的产品原理样机进行了改进设计,提出了基于MPXY8020传感器、PIC16F636微控制器和MAX1479射频发射芯片的新的轮胎模块方案和基于MC33594射频接收芯片、MC68HC908GZ16微控制器和点阵液晶屏的监视模块方案。论文介绍了所采用的射频通信方案和降低功耗措施,分析了硬件电路设计、软件算法与程序设计中的相关技术问题,给出了有关的实验、样机测试与行车试验数据。实验结果表明,与现有样机相比,本课题所完成的轮胎模块的发射功率明显提高,模块功耗显著降低。该TPMS产品原理样机达到了可靠性高、功耗低、性价比高的设计目标,可以作为一般轻型汽车使用的TPMS方案进行产品开发。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 TPMS 的提出及产生的背景
• 1.2 课题研究的目的及意义
• 1.2.1 轮胎压力对汽车的影响
• 1.2.2 轮胎温度对汽车的影响
• 1.3 国内外发展现状和发展趋势
• 1.3.1 国外发展现状
• 1.3.2 国内发展现状
• 1.3.3 TPMS 的发展趋势
• 1.4 论文的主要工作内容
• 2 TPMS 的通信系统方案研究
• 2.1 TPMS 通信系统的结构及原理
• 2.1.1 单向通信的TPMS
• 2.1.2 双向通信的TPMS
• 2.2 信源编码与信号调制
• 2.2.1 信源编码方式
• 2.2.2 信号调制方式
• 2.3 天线对通信的影响及设计
• 2.3.1 天线对TPMS 通信的影响
• 2.3.2 法向模TPMS 天线的设计
• 2.4 射频电路类型
• 2.4.1 射频载波产生电路
• 2.4.2 实验分析
• 2.5 本课题通信方案选择
• 3 TPMS 系统的低功耗研究
• 3.1 元器件选择
• 3.1.1 射频发射芯片的选择
• 3.1.2 MCU 芯片的选择
• 3.1.3 传感器的选择
• 3.1.4 本课题的方案选择
• 3.2 电路设计的低功耗研究
• 3.3 软件设计的低功耗研究
• 3.3.1 软件低功耗的实现方法
• 3.3.2 动态功耗管理技术研究
• 4 硬件设计
• 4.1 轮胎模块硬件设计
• 4.1.1 使用芯片性能参数介绍
• 4.1.2 硬件电路设计
• 4.2 监视器模块硬件设计
• 4.2.1 使用芯片性能参数介绍
• 4.2.2 硬件电路设计
• 4.3 PCB 设计
• 5 软件设计
• 5.1 通信协议
• 5.1.1 数据载波波形
• 5.1.2 数据帧格式
• 5.1.3 数据帧发射碰撞问题
• 5.2 轮胎模块软件设计
• 5.2.1 主程序设计
• 5.2.2 数据采集子程序设计
• 5.2.3 数据发射子程序设计
• 5.2.4 轮胎监测子程序设计
• 5.2.5 轮胎模块功耗及电池使用寿命
• 5.3 监视器模块软件设计
• 5.3.1 主程序设计
• 5.3.2 LCD 显示界面
• 6 系统调试与实验
• 6.1 系统调试
• 6.2 系统测试
• 6.2.1 数据通信试验
• 6.2.2 模块实际运行的功耗测试实验
• 6.2.3 装车试验
• 7 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录