基于CAN總線的胎壓監(jiān)測系統(tǒng)在重型車輛上的應(yīng)用研究-設(shè)計應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯基于CAN總線的胎壓監(jiān)測系統(tǒng)在重型車輛上的應(yīng)用研究-設(shè)計應(yīng)用胎壓對于道路安全、乘坐舒適度、輪胎壽命以及車輛油耗來說是一個非常重要的因素。胎壓監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）使用由電池供電的車輪電子設(shè)備，在短時間內(nèi)可測量輪胎內(nèi)部的氣壓和溫度。通過無線電，將這些數(shù)值連同車輪電子設(shè)備的各個識別碼以及電池壽命信息一起以數(shù)據(jù)電文的形式傳輸?shù)桨惭b在輪罩拱中的射頻天線上。然后從那里將數(shù)據(jù)電文通過電纜轉(zhuǎn)發(fā)到電子控制單元。該控制單元對數(shù)據(jù)電文進(jìn)行評估，并識別它們的發(fā)送點，然后確定是否應(yīng)將其告知駕駛員。對每個輪胎進(jìn)行單獨監(jiān)測。借助于溫度特性，將其胎壓轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)壓力。無論是駕駛員還是汽車制造商都可以輸入額定胎壓值，以作為汽車的理想胎壓值。如果由駕駛員進(jìn)行輸入，系統(tǒng)將檢查該輸入值的合理性以避免導(dǎo)致錯誤。檢查該值后，便將其用于胎壓監(jiān)測。系統(tǒng)自動識別車輛所安裝的車輪，因此不會因為安裝新車輪或其他車輪（例如冬季用輪胎）或因鄰近系統(tǒng)的胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的無線電信號干擾而發(fā)生混淆。該系統(tǒng)甚至能夠識別汽車上的某個點，例如安裝有新車輪的后部右側(cè)的點。也可以將作為選配件的備用輪胎納入胎壓監(jiān)測系統(tǒng)。

本文就重型車輛上整合TPMS與汽車行駛記錄儀等汽車安全配件，提出一種全新的實現(xiàn)方法，以一個電控單元統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理取代以往多個汽車安全用品單獨控制，形成汽車安全電控系統(tǒng)。整個汽車安全電控系統(tǒng)由胎壓監(jiān)測系統(tǒng)、倒車?yán)走_(dá)裝置、汽車行駛記錄儀等組成，所有裝置均掛接于CAN總線上，共享儀表盤顯示。其中重點介紹TPMS的實現(xiàn)原理。接收顯示部分的軟件由源碼公開的微型實時操作系統(tǒng)uCOS-II來管理，使整個系統(tǒng)的實時性，可靠性進(jìn)一步提高。

1方案選擇

大卡車用TPMS的發(fā)射器可多至36個，因此后面幾十個輪子的信號都要接力和中轉(zhuǎn)，必須加信號轉(zhuǎn)發(fā)器，因為現(xiàn)在的大卡車從后輪到駕駛室的距離在10米左右，半掛車更長，TPMS的發(fā)射功率如超過10dbm,那么整個產(chǎn)品和系統(tǒng)要受無線電管制委員會管制。信號中轉(zhuǎn)可采用兩種方法：一、無線收發(fā)，即通過無線方式接收發(fā)射模塊的射頻信號，然后又以無線方式傳輸給接收模塊。二、無線接收發(fā)射模塊的射頻信號，通過CAN總線傳輸給接收模塊。

無線收發(fā)方案，中轉(zhuǎn)模塊便于安裝，但是存在可靠性較低，模塊之間射頻信號容易相互串?dāng)_的缺點。相比于無線收發(fā)方案CAN總線傳輸有著較高的通訊速率又有非常高的可靠性；同時，外部接線方便、靈活，且成本低，非常適合于中轉(zhuǎn)模塊的應(yīng)用。故本胎壓監(jiān)測系統(tǒng)采用CAN總線中轉(zhuǎn)信號的方案。

2TPMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1TPMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

TPMS一共由三個功能模塊組成：射頻發(fā)射模塊、信號中轉(zhuǎn)節(jié)點、接收顯示主節(jié)點。圖1所示為TPMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，發(fā)射模塊監(jiān)測輪胎壓力、溫度、電池電量等信息，通過集成射頻芯片的RF2單片機將這些信息以電磁波的形式發(fā)送出來；中轉(zhuǎn)模塊將接收到的射頻信號處理并通過CAN總線傳給接收顯示模塊；接收顯示模塊一方面接收距離較短的兩個前輪發(fā)送的射頻信號，另一方面接收由中轉(zhuǎn)模塊通過CAN傳輸?shù)妮喬毫囟鹊刃盘?。CAN采用短幀方式傳輸，傳輸時間短，受干擾概率小，可靠性高。同時有利于實時傳輸。中轉(zhuǎn)模塊和接收顯示模塊分別安裝于遠(yuǎn)離接收顯示模塊靠近輪胎附近的固定位置和駕駛室儀表盤上。

3系統(tǒng)各功能模塊設(shè)計

3.1發(fā)射模塊

圖2發(fā)射模塊的傳感器連接電路

發(fā)射模塊安裝在輪胎內(nèi)，其測量檢測部分連接電路如圖2所示。傳感器采用Infineon公司的硅壓阻式壓力傳感器SP12T,該芯片胎壓測量范圍為50~1400KPa,是一款專門為重型車設(shè)計的傳感器。SP12T內(nèi)部集成了壓力傳感器、溫度傳感器和電壓傳感器，提供的輪胎狀態(tài)信息。908RF2使用內(nèi)部振蕩器，提供這個單片機的工作時鐘，增強抗干擾能力。SP12T與908RF2之間通過SPI接口相連。908RF2內(nèi)部集成發(fā)射芯片MC33493,使整板面積、成本降低，同時可靠性更高。發(fā)射采用曼徹斯特編碼方式，F(xiàn)SK的調(diào)制方式，發(fā)射頻率433.92MHz.

3.2中轉(zhuǎn)節(jié)點

中轉(zhuǎn)模塊用于將從發(fā)射模塊接收到的信息進(jìn)行處理并轉(zhuǎn)發(fā)給接收模塊，起信號接力的作用。中轉(zhuǎn)模塊主要由接受芯片MC33594和帶CAN接口的成本低廉的單片機MC68HC908GZ16組成。33594將接收到的射頻號以SPI協(xié)議傳送格式傳送給GZ16,GZ16將數(shù)據(jù)信息以CAN協(xié)議的傳送格式傳送給接收模塊。

3.3接收顯示主節(jié)點

接收顯示模塊主芯片采用FREESCALE的16位單片機MC9S12DP256,具有5個CAN接口，2個串口，8路增強型定時器等豐富的內(nèi)部外設(shè)，為系統(tǒng)的升級留下較大的空間。CAN0接口用于接收中轉(zhuǎn)模塊發(fā)送的信息。接收芯片MC33594接收距離較近的兩前輪的射頻信號，并解碼后以SPI傳輸協(xié)議送給MC9S12DP256.CAN接口芯片采用MAXIM公司的MAX3050,為總線提供差分發(fā)射能力，為CAN控制器提供差分接收能力。

4基于uCOS-II的軟件實現(xiàn)

發(fā)射模塊接收中轉(zhuǎn)模塊代碼量很少，軟件采用傳統(tǒng)的前后臺系統(tǒng)方式編寫，既節(jié)省時間又占用的內(nèi)存。發(fā)射模塊的軟件主程序流程非常簡單，上電進(jìn)入系統(tǒng)初始化，完畢進(jìn)入停機狀態(tài)。等待SP12T的定時喚醒中斷。

整個接收顯示關(guān)于TPMS部分一共四個任務(wù)，三個中斷。四個任務(wù)包括MC33594配置任務(wù)，MC33594接收射頻數(shù)據(jù)任務(wù)，液晶顯示任務(wù)，串口發(fā)送數(shù)據(jù)任務(wù)，對應(yīng)的任務(wù)優(yōu)先級分別為6,9,12,15.三個中斷分別為串口接收中斷，CAN總線接收中斷，按鍵中斷。本系統(tǒng)使用了一個信號量，兩個郵箱消息，兩個消息隊列，用于任務(wù)間的通信。具體軟件流程如圖4所示。

圖4任務(wù)流程圖

5結(jié)論

本設(shè)計硬件上將可靠性高的CAN總線傳輸與直接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的無線傳輸結(jié)合，CAN傳輸避免了用無線中轉(zhuǎn)模塊引起的相互之間干擾問題。軟件上將傳統(tǒng)的前后臺系統(tǒng)的編程方式與可移植性好的嵌入式系統(tǒng)的編程方式結(jié)合，優(yōu)勢互補，揚長避短。本系統(tǒng)完全實現(xiàn)胎壓監(jiān)測的所有功能，有著廣大的實際應(yīng)用市場。系統(tǒng)整體可靠性高，穩(wěn)定性好，成本低，利于移植，方便添加其他功能。

參考文獻(xiàn)：

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6SP12Tdatasheet/datasheet/SP12T_617912.html.

7MC33594datas