嵌入式汽車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、第卷第期北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)年月嵌入式汽車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)臧懷泉，田超，趙保軍）（燕山大學(xué)河北省工業(yè)計(jì)算機(jī)控制工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北，秦皇島；北京理工大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院電子工程系，北京摘要：針對汽車輪胎氣壓工況的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)汽車胎壓監(jiān)測系統(tǒng)（）采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為軟件平臺(tái)，以多任務(wù)的形式進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，并采用性能優(yōu)越的位嵌入式處理器作為硬件處理平臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)可有效防止輪胎在非正常氣壓下長時(shí)間行駛而發(fā)生事故，提高了汽車的主動(dòng)安全性系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為胎壓監(jiān)測提供了一個(gè)有效和可靠的解決方案關(guān)鍵詞：胎壓監(jiān)測系統(tǒng)（）；嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)；多任務(wù)中圖分類號(hào)：；文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文章編號(hào)：（），（，；，）：（

2、），：（）；】隨著汽車消費(fèi)市場的日益升溫，汽車的安全性能備受消費(fèi)者關(guān)注據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)的高速公路上，由于爆胎而引發(fā)的交通事故占事故總數(shù)的美國汽車工程師協(xié)會(huì)的調(diào)查統(tǒng)計(jì)表明：美國每年有萬起交通事故是由于輪胎故障引起的，其中的輪胎故障是因汽車輪胎氣壓不足或漏氣造成的，爆胎不僅帶來經(jīng)濟(jì)損失，而且往往造成人員傷亡汽車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)（）主要用收稿日期：基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（）于汽車行駛時(shí)對輪胎氣壓進(jìn)行實(shí)時(shí)的自動(dòng)監(jiān)測，對輪胎漏氣或低氣壓進(jìn)行報(bào)警，以保障行車安全目前，主要分為兩種類型，一種為間接式（，），另一種是直接式（，）作者提出一種嵌入式方法，其兼有間接式造價(jià)低、耐用的優(yōu)點(diǎn)，另外利用多

3、任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)簡化算法，精度得到了提高，試驗(yàn)結(jié)果運(yùn)行穩(wěn)定作者簡介：臧懷泉（一），男，博士。教授。：萬方數(shù)據(jù)第期躐懷泉等：嵌入武汽車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的工作原理通過文獻(xiàn)巾已完成的汽車道路試驗(yàn)，研究滾動(dòng)半徑與氣壓之閱的變化規(guī)律，通過測量輪胎滾動(dòng)半徑鵑變純量斂閽接反映輪胎氣蠢薛變化量健輪胎氣壓變化一般不會(huì)很大，輪胎半徑的相應(yīng)變化量也很小，在汽車行駛過程中很難直接測量出這一微小的變化“滾動(dòng)半徑法”選定一段路程審由輪駘半徑變純所產(chǎn)生的累積效瘟即車輪轉(zhuǎn)動(dòng)所發(fā)出靜脈沖數(shù)的變化間接反應(yīng)滾動(dòng)半徑的變化，亦即輪胎氣壓的變化該方法是在未裝有的現(xiàn)代率的個(gè)車輪上分別安裝接近開關(guān)，用自制的通道脈？中計(jì)數(shù)器記錄車輛

4、行駛過程中接避秀關(guān)發(fā)窶靜脈孛信號(hào)，不斷梭測定距離（或定時(shí)間）內(nèi)各接近開關(guān)發(fā)出的脈沖數(shù)，根據(jù)距離（時(shí)間）和脈沖數(shù)計(jì)算車輪的滾動(dòng)半徑，通過與標(biāo)定值比較及個(gè)車輪的互比，判斷輪胎氣壓。餓黧，當(dāng)某個(gè)車輪行駛單位距離憋脈沖數(shù)斃另外個(gè)車輪明顯增多，說明該車輪滾動(dòng)半徑變小，輪胎內(nèi)氣服降低；反之，說明胎內(nèi)氣壓升商滾動(dòng)半徑的概念車輪的滾動(dòng)半徑是一個(gè)計(jì)算愛，其計(jì)算公式為（）（）式中：為車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)；為車輪轉(zhuǎn)動(dòng)以圈時(shí)滾動(dòng)的距離將輪速傳感器記錄的脈沖數(shù)與車輪轉(zhuǎn)過的豳數(shù)成爰既，在提同靜距離內(nèi)，滾動(dòng)半徑大的車輪滾過的圈數(shù)少，相應(yīng)該輪的脈沖數(shù)就少同一采樣周期內(nèi)，個(gè)車輪脈沖數(shù)間的關(guān)系與其滾動(dòng)半徑間的關(guān)系成反比。研究同一車輪在

5、不同工況下的滾動(dòng)半徑是確定輪胎掇警模式的基磁。氣壓對車輪滾動(dòng)半徑的影響將車速分別按和兩組進(jìn)行試驗(yàn)，得出這種車速下車輪滾動(dòng)半徑與氣壓的關(guān)系魏圖所示。巍圖圭（）看出，當(dāng)車速哥一時(shí)，軍輪的滾動(dòng)半徑與輪胎氣壓成較好的線性關(guān)系，線性擬合方程為一，（）式審秀輪髓氣蓬，由圖（）看出，當(dāng)車速礎(chǔ)一時(shí)，車輪的滾動(dòng)半徑與輪胎氣壓也成較好的線性關(guān)系，線性擬合方程為萬方數(shù)據(jù)刪（）。幽秭垂?jié)L凌警徑與氣篷戇關(guān)豢，（）試驗(yàn)結(jié)果分析試驗(yàn)車型力韓國璦代奏鳴蓬；試駿車的輪胎燮號(hào)為輪胎的滾動(dòng)半徑與輪胎胎壓近似成線性關(guān)系，輪胎胎腰每增加，輪胎滾動(dòng)半徑約增加，談差值成為判斷輪胎胎壓是否正常的重要依據(jù)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)輪胎氣壓異常報(bào)警系統(tǒng)的組

6、成如圖所示。個(gè)輪速傳感器給電子控裁器輸入熬凈信號(hào)；瑟板主要顯示聲光報(bào)警信息，駕駛員通過操絳按鍵取消或確認(rèn)報(bào)警信息；外部信號(hào)部分主要是將制動(dòng)燈開關(guān)信號(hào)和點(diǎn)火開關(guān)信號(hào)引人到電子控制器；電子控制器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，完成輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換、宣檢、計(jì)算等功能，同時(shí)，它還贅有故障代碼輸出接疆輪速傳感器黼輪幕面檄黼后右輪。輪速傳感器（）卜乙一藏予燕懿器卜輪遺傳敷礙黻輪崮幫躺崮腦輪小速傳感器圖系統(tǒng)的組成。接避開關(guān)式輪速傳感器采用專用的輪速傳感器，傳感器頭使用霍爾式接近開關(guān)，齒圈采用圓盤形齒圈選用浙江洞頭光電京理工火學(xué)學(xué)報(bào)第卷開關(guān)廠生產(chǎn)的型接近開關(guān)，接線圖如圖所示，輸爨倍號(hào)波形魏圖掰示圖接線圖強(qiáng)耱爨信號(hào)渡形接近開關(guān)要

7、求輸入的電源電壓為，汽車的電源電壓為，可直接用蓄電池作為接近齊關(guān)的輸入電源接近開關(guān)允許通過的最大電流為，雋提高接近舞關(guān)的壽命，選用的限流電阻接近開關(guān)的開啟距離范圍為，車輪振動(dòng)和擺振聰，傳感器頭和齒圈的間隙始終在此范圍內(nèi)試驗(yàn)表瞬，接近開關(guān)輸出的電疰傣號(hào)咒乎不受外界電磁信號(hào)干擾從圖可見，輸磁波形為矩形波，占空比取決于齒圈齒形輸出電壓為電源電壓，在汽車上即為電壓，不存在因干擾漸產(chǎn)生的偽脈沖翻低撩脈凈。單痔橇計(jì)數(shù)器的允許輸入信號(hào)電壓是，接近開關(guān)的輸如電壓經(jīng)電阻分蘧后麓直接記錄，不需要信號(hào)處理電路，不存在輸入信號(hào)處理誤差單片機(jī)采用上升沿觸發(fā)計(jì)數(shù)，在一個(gè)采樣周期內(nèi)，記錄誤差是一個(gè)脈沖。采用接近開關(guān)和齒圈作

8、為輪速傳感器熊保證脈沖數(shù)的采樣記錄精度口】。當(dāng)齒圈隨車輪一同轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，傳感器頭將產(chǎn)生交變的矩形電壓信號(hào)輸出信號(hào)的頻率與齒圈的齒數(shù)及車輪的轉(zhuǎn)速成正比，當(dāng)齒圈的齒數(shù)一定肘，其頻率只與轉(zhuǎn)速成正院平臺(tái)系統(tǒng)電控單元采用內(nèi)核的，它是整個(gè)系統(tǒng)的控制、數(shù)據(jù)處理的核心，包括記錄輪速傳感器的辣沖數(shù)、控制算法的實(shí)現(xiàn)、面板驅(qū)動(dòng)和系統(tǒng)自檢、系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控及故障診斷它接受系統(tǒng)故障信息，將其轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的故障萬方數(shù)據(jù)代碼，存入存儲(chǔ)器中，并能通過專門接日輸送至勰碼器解讀其圭簧構(gòu)成及功能特點(diǎn)如下。；外部存儲(chǔ)器控制器；控制器；個(gè)通道；通道；個(gè)多燕總線控制器；個(gè)總線控制器；通道定時(shí)器及一個(gè)痰郄定時(shí)器；個(gè)通蔫瑟；個(gè)外部中斷源；實(shí)時(shí)時(shí)鐘；

9、通道位支持?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)的大小端選擇（通過外部引腳進(jìn)行選擇）；地址空間：有個(gè)存儲(chǔ)體，每個(gè)存儲(chǔ)體可達(dá)，總共達(dá)；對所有存赭薅囂訪闋長度均可進(jìn)行改變（位位位）；個(gè)存儲(chǔ)體中，一可支持，；，可支持，及等單芯片的功能完全滿足方案中對系統(tǒng)功熊的定義，纛盈預(yù)黧了充是的擴(kuò)展能力除此之外，還支持調(diào)試，大大方便了硬件系統(tǒng)的開發(fā)與維護(hù)隨著近年嵌入式平臺(tái)的普及，各種芯片價(jià)格也大大降低，本文巾采用位嵌入式微處理器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采震大容量，成本酶增加也是有限的在引入嵌入式操終系統(tǒng)之前，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)矮軟件的設(shè)計(jì)一般都是單流程的形式，并且應(yīng)用軟件是直接位于硬件之上的，因此它的移植性很差為了盡量提高響應(yīng)速度，可以將控制軟件的整個(gè)流程分為咒

10、個(gè)攘對獨(dú)立鷯部分進(jìn)行并發(fā)處瑾。這種方法的根本霞的是虛羧一種多任務(wù)調(diào)度靜環(huán)境，通過使襁多流程之間不停切換以提高處理速度但是這種虛擬的多任務(wù)調(diào)度并不是在完善的調(diào)度機(jī)制下進(jìn)行的，更多要依靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)秘編程技巧。兔尋求一種籬便有效的設(shè)計(jì)方法，本文孛引入嵌入式操作系統(tǒng)引入嵌入式操作系統(tǒng)后，應(yīng)用軟件的各個(gè)任務(wù)直接位于嵌入式操作系統(tǒng)之上，即嵌入式操作系統(tǒng)在整個(gè)應(yīng)震軟件孛一方蟊網(wǎng)硬俘壹接接觸，努一方面又控制著各個(gè)任務(wù)的運(yùn)行雖然從根本上來說仍在順序執(zhí)行操作，但是由于嵌入式操作系統(tǒng)的調(diào)度，使得能夠更加充分地得到利用，從而營造出了一種多任務(wù)懿環(huán)境因詫使震嵌入式操終系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件一定要合璦劃分任務(wù)，并且要根據(jù)設(shè)

11、計(jì)要求和系統(tǒng)性能來初始化操作系統(tǒng)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)第期臧懷泉等：嵌入式汽車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用嵌入式操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件的步驟以弘為例，在的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)應(yīng)用程序，首先要按照系統(tǒng)的功能和要求進(jìn)行任務(wù)劃分，確定任務(wù)的個(gè)數(shù)、優(yōu)先級(jí)及任務(wù)之間的關(guān)系，選擇信號(hào)量觸發(fā)或其它功能實(shí)現(xiàn)任務(wù)之間的通信其次，要根據(jù)程序的需要確定各任務(wù)所需堆棧的大小、估計(jì)所需的代碼存儲(chǔ)器及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的大小，在應(yīng)用時(shí)還要選定它的存儲(chǔ)模式，最后寫出各個(gè)任務(wù)程序及中斷服務(wù)程序，完成整個(gè)軟件的編寫引用且設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件的軟件結(jié)構(gòu)為多任務(wù)的軟件結(jié)構(gòu)，用實(shí)時(shí)多任務(wù)的方法可以比較方便地進(jìn)行程序設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)（）提供了各種管理功能，可以在它的基

12、礎(chǔ)上設(shè)計(jì)多任務(wù)應(yīng)用程序雖然肛系統(tǒng)的大部分源代碼都是用語言實(shí)現(xiàn)的，但仍需要使用匯編語言來完成一些與處理器、寄存器相關(guān)的代碼本系統(tǒng)中對肛系統(tǒng)的移植主要與，有關(guān)其中在中要移植的主要是（）函數(shù)，它通過（）初始化堆棧結(jié)構(gòu)在中移植的函數(shù)有：（）時(shí)鐘中斷處理函數(shù)，其主要實(shí)現(xiàn)發(fā)送中斷結(jié)束信號(hào)通知及調(diào)用時(shí)鐘節(jié)拍函數(shù)（）執(zhí)行用戶定義的時(shí)鐘節(jié)拍外連函數(shù)（）（）函數(shù)，它將任務(wù)棧中保存的值彈回到寄存器中，然后執(zhí)行一條中斷返回指令，中斷返回指令強(qiáng)制執(zhí)行該任務(wù)代碼（）任務(wù)級(jí)的任務(wù)切換函數(shù)及（）中斷級(jí)的任務(wù)切換函數(shù)應(yīng)用弘設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，要根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際要求建立不同優(yōu)先級(jí)的任務(wù)弘本身帶有統(tǒng)計(jì)、任務(wù)創(chuàng)建、空閑個(gè)任務(wù)，為系統(tǒng)所創(chuàng)建，

13、其余的任務(wù)確定為個(gè)應(yīng)用任務(wù)，如表所示表應(yīng)用程序任務(wù)表萬方數(shù)據(jù)完成了各個(gè)任務(wù)子程序和中斷子程序的編寫以后就可建立工程的主程序整個(gè)控制軟件的主函數(shù)結(jié)構(gòu)如下（）（）；配置寄存器，硬件初始睨（”）；（）；操作系統(tǒng)初始化（，（），（），）；（）；啟動(dòng)系統(tǒng)以下編寫了一個(gè)用戶任務(wù)，此程序的功能是檢測每個(gè)任務(wù)實(shí)際用到的堆棧大小及執(zhí)行時(shí)間，這里運(yùn)行了個(gè)任務(wù)，包括堆棧檢查任務(wù)及空閑任務(wù)，最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)是建立其他任務(wù)的任務(wù)，并在運(yùn)行時(shí)啟動(dòng)系統(tǒng)節(jié)拍其他個(gè)任務(wù)的代碼相同，實(shí)現(xiàn)相同的功能，但優(yōu)先級(jí)不同（）定義局部變量（”，一，（）；（）；啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)鐘節(jié)拍中暾（”）；（）；統(tǒng)計(jì)任務(wù)初始化（”）；創(chuàng)建其他任務(wù)（）功能實(shí)現(xiàn)代

14、碼（）；調(diào)用延時(shí)函數(shù)）基于嵌入式操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖所示根據(jù)文獻(xiàn)，個(gè)輪胎之間的最高與最低氣壓之間的壓差超過，則認(rèn)為輪胎之間存北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)第卷圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖在氣壓異常現(xiàn)象脈沖采集時(shí)間間隔為最后需要注意的是，在使用嵌入式操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制軟件時(shí)，需要根據(jù)工程要求和自己的硬件設(shè)備情況對軟件設(shè)計(jì)過程進(jìn)行調(diào)整，這是因?yàn)榍度胧讲僮飨到y(tǒng)的引入總會(huì)給系統(tǒng)帶來不必要的消耗，程序設(shè)計(jì)時(shí)要考慮這一問題在作者的設(shè)計(jì)中，用設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，除中斷堆棧外，每個(gè)任務(wù)都有自己的堆棧當(dāng)任務(wù)被中斷時(shí)，任務(wù)堆棧要保存此時(shí)各寄存器的值，此外參數(shù)傳遞和局部變量也占用堆棧，設(shè)計(jì)時(shí)要將其考慮在內(nèi)在資源充足的情況下，堆棧應(yīng)選大一些，在資源緊

15、張的情況下，可在調(diào)試過程中逐漸縮小堆棧的大小在本文中任務(wù)任務(wù)的堆棧都取為，考慮到的需要，選用大存儲(chǔ)模式結(jié)論作者設(shè)計(jì)的平臺(tái)選用位處理器，在計(jì)算速度、功能、可靠性、功耗方面超越了簡單的單片機(jī)系統(tǒng)；采用嵌入式操作系統(tǒng)后，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性由于直接使用了提供給用戶的各種完善的管理功能，所以縮短了軟件開發(fā)時(shí)間，增強(qiáng)了軟件的可靠性，使得軟件結(jié)構(gòu)模塊化，從而提高了軟件的可讀性和移植性可以預(yù)萬方數(shù)據(jù)見，在高度重視汽車安全的未來，輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)將成為所有汽車上的標(biāo)準(zhǔn)配置參考文獻(xiàn)：何仁，胡青訓(xùn)，薛翔輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展綜述中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，（）：，（）：（）（），（）：，（）：，孫達(dá)汽車輪胎滾動(dòng)半徑試驗(yàn)研究秦皇

16、島：燕山大學(xué)，：，（），（）：源碼公開的實(shí)時(shí)嵌人式操作系統(tǒng)邵貝貝，譯北京：中國電力出版社，：，：，（）汽車電器，（）：，（）：（）（）：，（）：（）師，（）：，（）：（）（責(zé)任編輯：匡梅）婁云，朱命怡上海別克轎車輪胎氣壓監(jiān)視系統(tǒng)檢測楊輝別克轎車輪胎氣壓監(jiān)控系統(tǒng)刀汽車實(shí)用技術(shù)，熊建國別克轎車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)汽車維修技嵌入式汽車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)作者：作者單位：臧懷泉， 田超， 趙保軍， ZANG Huai-quan， TIAN Chao， ZHAO Bao-jun臧懷泉,田超,ZANG Huai-quan,TIAN Chao(燕山大學(xué),河北省工業(yè)計(jì)算機(jī)控制工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北,秦皇島,0660

17、04)， 趙保軍,ZHAO Bao-jun(北京理工大學(xué),信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院電子工程系,北京,100081)北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)TRANSACTIONS OF BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY2008,28(10)2次刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次數(shù)：參考文獻(xiàn)(9條)1.熊建國 別克轎車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)期刊論文-汽車維修技師 2003(10)2.楊輝 別克轎車輪胎氣壓監(jiān)控系統(tǒng)期刊論文-汽車實(shí)用技術(shù) 2003(09)3.婁云;朱命怡 上海別克轎車輪胎氣壓監(jiān)視系統(tǒng)檢測期刊論文-汽車電器 2003(06)4.Labrosse J J;邵貝貝 C/OS-II:源碼公開的實(shí)時(shí)嵌人式操作系統(tǒng) 20015.Hernandez W Improving the response of a wheel speed sensor using an adaptive line enhancer2003(33)6.孫達(dá) 汽車輪胎滾動(dòng)半徑試驗(yàn)研究學(xué)位論文 20057.Christian B;Halsband M Direct measuring tire pressure monito