基于單片機的汽車輪胎胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)開題報告

畢業(yè)設計（論文）開題報告 設計（論文）題目 : 基于單片機的汽車輪胎胎壓監(jiān)測系統(tǒng) 的設計與實現(xiàn) 院 系 名 稱 : 汽車與交通工程學院 專 業(yè) 班 級 : 車輛工程 07-8 學 生 姓 名 : 導 師 姓 名 : 開 題 時 間 : 指導委員會 審查意見： 簽字： 年 月 日 開題報告撰寫要求 一、“開題報告”參考提綱 1. 課題研究目的 和意義 ； 2. 文獻綜述（ 課題研究 現(xiàn)狀及分析）； 3. 基本內(nèi)容 、 擬解決的主要問題 ； 4. 技術路線或研究方法； 5. 進度安排； 6. 主要參考文獻。 二、“開題報告”撰寫規(guī)范 請參照黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計說明書及畢業(yè)論文撰寫規(guī)范要求 。 字數(shù)應在 4000 字以上，文字要精練通順，條理分明，文字圖表要工整清楚。 畢業(yè)設計（論文）開題報告 學生姓名 系部 汽車工程系 專業(yè)、班級 車輛 07-8 指導教師姓名 職稱 副教授 從事 專業(yè) 計算機應用 是否外聘 是否 題目名稱 基于單片機的汽車輪胎胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 一、 課題研究 現(xiàn)狀、 選題 目的 和意義 （一 )、研究現(xiàn)狀 近年來汽車電子產(chǎn)品得到了飛速發(fā)展，并已經(jīng)形成了獨立的汽車電子產(chǎn)業(yè)。汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)（ Tire Pressure Monitoring System， TPMS）是一項集先進傳感器技術、無線通訊技術、信息處理實時測控技術、嵌入式系統(tǒng)應用技 術等于一體的高新技術汽車電子產(chǎn)品。 TPMS實時的對汽車輪胎氣壓進行自動監(jiān)測，對輪胎漏氣，低氣壓，氣壓過高及溫度過高等輪胎狀況進行預警，以保障汽車行駛安全。 目前 TPMS主要有兩種實現(xiàn)方式：直接 TPMS和間接 TPMS。間接 TPMS是與車輛的防抱死系統(tǒng) (ABS)一起使用的。 ABS采用車輪轉速傳感器測量每個車輪的轉速。當一個輪胎的氣壓減小時，滾動半徑就減小，而車輪的旋轉速度就相應地加快。指示燈會提示司機，有一個輪胎處于低壓狀態(tài)。但是，間接 TPMS有一定的局限性。第一是指示燈無法指出是哪個輪胎處于低壓狀態(tài)。第二，當 同一車軸或同一側的兩個輪胎都處于低壓狀態(tài)時，它無 法檢測出究竟是哪個輪胎充氣不足。第三，如果所有四個輪胎都處于低壓狀態(tài)，該系統(tǒng)不會發(fā)現(xiàn)這一故障。另外，氣壓不足時輪胎直徑的減少和氣壓的降低非常微小。對 于薄胎來說， 69kPa(10psi)的壓降只會使輪胎直徑減小 1 m m 。這種壓降不符合美國的最終判定規(guī)則 ( F i n a lRuling)所規(guī)定的 25%原則，采用間接方法進行檢測在很大程度上依賴于輪胎和負載因子。直接 TPMS采用固定在每個車輪中的壓力傳感器直接測量每個輪胎的氣壓。然后，這些傳感器會通過發(fā)送 器將胎壓數(shù)據(jù)發(fā)送到中央接收器進行分析，分析結果將被傳送至安裝在車內(nèi)的顯示器上。顯示器的類型和當今大多數(shù)車輛上裝配的簡單的胎壓指示器不同，它可以顯示每個輪胎的實際氣壓，甚至還包括備用輪胎的氣壓。因此，直接 TPMS可以連接至顯示器，告訴司機哪個輪胎充氣不足。由于直接 TPMS可直接測量每個輪胎的氣壓，因此當任何一個或幾個輪胎處于低壓狀態(tài)時，它們都會被檢測出來，當車輛的所有四個輪胎都處于低壓狀態(tài)時也可以檢測到。直接 TPMS也可檢測到較小的壓降。有些系統(tǒng)甚至可以檢測到 7 kPa(1.0psi)的壓降。 國外對于 TPMS 系統(tǒng)的研究起步較早， 20 世紀 70 年代末歐洲的一些發(fā)達國家就開始對輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)進行研究。英國 Lucas 公司早在 1981 年就推出了駕駛室設置接受器和每個車輪均有傳感器的裝置模型。隨后， C RK 公司和 Marketing 公司也相繼開發(fā)出了自己的產(chǎn)品，基本結構是由傳感器、信號發(fā)生器和接收器三部分組成，傳感器安裝在輪輞上，直接檢測輪胎的內(nèi)壓。德國 Doduco 公司研制的 Primac 系統(tǒng)，可以同時監(jiān)測輪胎的壓力和溫度。德國 Wabeo 公司和 Bosch 公司在 1989 年推出了利用 ABS(制動防抱死系統(tǒng) )傳感器監(jiān)測輪胎壓力 的新裝置。 wabCO 系統(tǒng)由一個 3 2 通道的控制閥和一個與輪胎氣門嘴相接的氣缸組成，當輪胎氣壓變化時，氣缸活塞使 ABS 傳感器信號發(fā)生變化，與 ABS 共用一個電子控制單元。 Bosch 公司的汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)由裝在輪輞上的壓力傳感器、帶有顯示器的電子部件和高頻收發(fā)機三部分組成，與 ABS 一起工作，已經(jīng)開 始成批量的裝載汽車上。英國 S P 公司研制的 DWS 系統(tǒng) (漏氣報警系統(tǒng) )，可以把輪胎壓力降低的信號通知駕駛員，系統(tǒng)利用 ABS 傳感器測量輪胎的滾動半徑，通過計算程序監(jiān)測輪胎氣壓。 國外因立法較早，其開發(fā)生產(chǎn)的 TPMS已經(jīng)相 當成熟，能夠經(jīng)受 5 7萬公里的使用測試。主要生產(chǎn)商有加拿大斯馬輪胎設備 (SmarTire Systems)公司，固特異輪胎橡膠公司，米其林集團公司，諾基亞輪胎公司，日本橫濱公司等?，F(xiàn)在國外的 TPMS的研發(fā)重點在于開發(fā)無源的 TPMS，如采用 SAW這類無源器件的頻率變化來監(jiān)測輪胎壓力的變化。日本阿爾卑斯電氣公司開發(fā)的不需電池的汽車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)最近通過有關試驗驗證，符合歐洲及美國的電磁波相關法律規(guī)定，今后將以行駛條件及輪胎種類等因素的影響為中心進行評測，計劃在歐美、日本等地進行實地試驗， 2004年 8月開始提供 樣品， 2006年投入批量生產(chǎn)。 國內(nèi)對于 TPMS 的研究起步較晚，只是近幾年才開始進行研究。最新的中華人民共和國國家標準“機動車運行安全技術條件”中的安全防護裝置條款中規(guī)定：“車長大于 6m的長途客車和旅游客車、最大設計總質(zhì)量大于 12000kg 的載貨汽車和載貨牽引車應安裝輪胎壓力報警裝置；有關部分機動車應安裝輪胎壓力報警裝置的要求，自本標準發(fā)布之日起第 25 個月開始對新注冊車實施”。可見我國政府已經(jīng)開始重視汽車輪胎氣壓監(jiān)測設備的發(fā)展和應用。 現(xiàn)在國內(nèi)有許多汽車配件商開始代理銷售國外的 TPMS系統(tǒng)。在上海和重慶及廣 東等地有幾家公司開始投入生產(chǎn)并銷售 TPMS，典型產(chǎn)品如：上海泰好電子科技有限公司的“泰好”牌 TPMS-204型汽車輪胎壓力監(jiān)測器，重慶三信電子有限公司的 TPMS S1R4A輪胎壓力監(jiān)測顯示系統(tǒng)，福州東球金口哨輪胎防爆有限公司的“金口哨汽車輪胎漏氣報警哨”，上海保隆工貿(mào)有限公司的“迪吉泰”輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)，佛山市安力信科技有限公司“泰杰”牌 TPM系列輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)等。 吉林大學、北京理工大學、鄭州大學、清華大學、上海交通大學、哈爾濱工業(yè)大學等高校都有學者對直接型 TPMS相關技術進行理論研究，設計出了一系列 方案，也有一些監(jiān)測報警裝置申報了專利。但是，國內(nèi)廠家生產(chǎn)的 TPMS基本是靠引進國外公司輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)平臺及生產(chǎn)線，核心技術都掌握在國外廠家手中，基本沒有自主知識產(chǎn)權可言。目前國內(nèi)的 TPMS系統(tǒng)問題不少：安裝繁瑣、影響美觀、整車廠難以配裝；不能設定標準胎壓，無法保障輪胎合理使用：射頻效率、編碼糾錯性能差、在惡劣環(huán)境下漏報嚴重；能耗較高，不能達到 TPMS系統(tǒng)應有的使用壽命要求；成本高昂，檢測范圍小，產(chǎn)品通用性不高。 TPMS在中國的研究剛剛開始起步。高校及科研院所方面，吉林大學孫宏偉對現(xiàn)有 F費 scale方案 進行了研究，提出了針對 Ftcaale傳感器 MPXY8020A的溫度補償算法；合肥工業(yè)大學沈俊峰提出了以 SPl2傳感器， PICl6F683處理器，以及 T5754射頻發(fā)射器構成的輪胎壓力檢測方案 12j；燕山大學張啟中通過分析輪速傳感器脈沖數(shù)相對差值的影響因素和影響規(guī)律，提出了基于脈沖數(shù)互比法氣壓異常報警系糾”；浙江大學，屯子科技大學，中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所等也有學者對 TPMS進行了類似的理論研列”。 （二）、選題的 目的、 意義 目的：隨著世界經(jīng)濟的不斷發(fā)展，基礎投資的不斷加大，以及公路設施的改善 和高速公路里程的迅速增加，公路交通的平均車速有了很大提高。但同時交通事故尤其是爆胎事故、追尾事故也相應增加，給人民的生命財產(chǎn)造成重大損失。交通安全已成為國家和個人越來越關注的重點。 在汽車的高速行駛中，輪胎故障是所有駕駛者最為擔心和最難預防的，也是突發(fā)性交通事故發(fā)生的重要原因。在高速公路上行駛時一旦爆胎，駕駛員思想準備不充分極易 造成車輛側滑和不規(guī)則翻滾，輕則撞護欄，重則與其他行使車輛發(fā)生碰撞甚至車毀人亡，后果不堪設想。 據(jù)統(tǒng)計，輪胎爆胎的原因有： (1)輪胎壓力過高； (2)輪胎漏氣； (3)輪胎溫度異常升 高； (4)輪胎松動、掉胎。 而追尾事故的主要原因有： (1)前方車輛爆胎失控； (2)視線不好，看不清前方車輛的剎車信號； (3)不能提前獲知前方有事故車輛。 因此實時監(jiān)測輪胎氣壓和溫度的變化，保持汽車在標準的輪胎氣壓下行駛是防止爆胎的關鍵。汽車輪胎壓力監(jiān)測系 (TPMS)的主要作用就是在汽車行駛時，對輪胎氣壓進行實時自動監(jiān)測，對輪胎漏氣和低氣壓進行報警，是駕車者、乘車人的生命安全保障預警系統(tǒng)。安裝輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)能有效地防止輪胎在非正常氣壓下長時間行駛，提高汽車的主動安全性。 意義：保持正常的輪胎氣壓，不 僅可以延長輪胎的使用壽命，減小滾動阻力，還可減少油耗，提高車輛的使用經(jīng)濟性，而且可以大大提高汽車的行駛安全性。汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)是駕車者、乘車人的生命安全保障預警系統(tǒng)，將是一個永恒的主題，必將成為未來汽車必備的主動安全保障系統(tǒng)之一。汽車電子技術的不斷發(fā)展使汽車上安裝了越來越多的傳感器，這將促進 TPMS的發(fā)展，使其技術更加成熟，性能更加穩(wěn)定，并且它的模塊將向高度集成化、單一化、無線無源化方面發(fā)展。 二、設計（論文） 的基本內(nèi)容 、 擬解決的主要問題 基本內(nèi)容： 設計一個小型 汽車輪胎胎壓監(jiān)測系統(tǒng) ,該系統(tǒng)采用直接式胎 壓監(jiān)測的方法， 硬件主要包括以下四大模塊 :單片機主控模塊 、 傳感器模塊 、 報警模塊和顯示模塊 。其中 單片機 主要完成外圍硬件的控制以及一些運算功能 ； 傳感器完成信號的采樣功能 ；報警模塊主要負責聲音報警和燈光報警 ；顯示模塊完成字符 、 數(shù)字的顯示功能 。 系統(tǒng)軟件主要由主程序 、 報警子程序 、 顯示子程序等模塊組成 。 系統(tǒng)接通電源后進行初始化，然后胎壓監(jiān)測程序啟動，連續(xù)監(jiān)測輪胎的壓力及其溫度，當輪胎壓力或溫度超出設定的報警值時，在 LED 顯示器上顯示 。 當數(shù)值大于報警值，報警燈閃爍 、 喇叭鳴響，同時顯示器顯示當前的壓力及其溫度，提醒司機進 行相應處理 。 擬解決的主要問題 ： （ 1）：傳感器、單片機及顯示元件、報警元件的選取并連接電路。 （ 2）：進行監(jiān)測模塊、顯示模塊、報警模塊及其主模塊的程序編寫。 （ 3）：將軟件和硬件組裝并測試。 三、技術路線（研究方法） 四、進度安排 2011.3.1 2011.3.11 查閱文獻、撰寫開題報告 2011.3.12 2011.3.27 系統(tǒng)總體設計 2011.3.28 2011.4.13 系統(tǒng)硬件設計 2011.4.14 2011.5.1 系統(tǒng)軟件設計 2011.5.2 2011.5.10 系統(tǒng)測試 2011.5.11 2011.5.31 撰寫系統(tǒng)設計說明書 收集國內(nèi)國外有關 TPMS 系統(tǒng)研究的資料 傳感器的選取和設定 單片機的選取 顯示電路的設計 報警模塊的設計 胎壓監(jiān)測模塊程序編寫 顯示模塊程序編寫 報警模塊程序編寫 主模塊程序編寫 完成設計說明書 五、 參考文獻 1 曾星星 ,鐘海 ,楊朝陽 . LM2068R 液晶顯示模塊在汽車胎壓監(jiān)測系統(tǒng)中的應用 J. 湖北汽車工業(yè)學院學報 ,2010,24(1): 70-72 2 肖文 ,凌玉華 ,廖力清 . 基于智能傳感器 MPXY8320A 的 TPMS