汽车轮胎压力及温度实时监测系统设计硬件设计
汽车行业不断发展，人们的交通工具方便了很多，但伴随而来的却是不断增加的就交通事故。人们对汽车只是使用，往往忽略了汽车潜在的一些危害。汽车轮胎的不正确使用，导致轮胎气压偏离标准值，从而发生惨痛的事故。汽车轮胎压力及温度实时监测系统（TPMS）能对轮胎的气压、温度进行实时监测，还能提早做出提醒，帮助驾驶员离开危险。系统主要分为监测模块和接收模块，信号检测模块可对测汽车轮胎的压力与温度进行实时监测并通过无线传输到信号接收模块显示在车内显示屏上。当轮胎压力与温度正常时，信号接收模块不断接收信号采集模块信号并在显示屏显示轮胎实时胎压及温度。当轮胎胎压温度过高或过低超过预警值时，系统发出声光报警。关键字 轮胎压力，监测，TPMS，采集端，接收端
目 录
1绪论1
1．1 课题的研究背景1
1．2 TPMS在国外研究现状1
1．3 TPMS在国内研究现状2
1．4 设计要求以及主要研究内容2
2 系统总体方案3
2．1 间接式TPMS和直接式TPMS 的比较与选择3
2．2 汽车轮胎压力监测系统的总体方案4
3 硬件设计5
3．1 选择元器件5
3．2 信号检测模块设计10
3．3 信号接收模块设计14
4 系统调试17
结论19
致谢20
参考文献21
附录A信号检测端电路图22
附录B信号接收端电路图23
1 绪论
1．1 课题的研究背景
当今社会，人们生活水平提高了不少，拥有一辆汽车也不成问题，伴随而年来的就是交通事故的发生。汽车事故发生需要考虑的因素涉及范围特别多，比如轮胎爆胎，超速行驶，疲劳驾驶，醉酒行驶等等[1]。轮胎爆胎在众多的交通事故中由于其无法提前预防从而成为重要因素。在高速路上轮胎爆胎通常会造成交通事故，相似的交通事故发生比例是70％，反观美国，相对于中国来说更是增加了10百分比[2]。因此解决轮胎爆胎是当前防止交通事故发生的重要问题[3]。
根据交通局发布的2009年交通事故数据显示，交通事故发生在国内的数据令人震惊，高达20万余起 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
，其中有6万余人在事故中死亡，二十七万余人造成身体受伤，并且造成的经济损失将近九亿元，因此交通事故不但对国民安全造成重大危害，并且对国家经济也要重大影响[4]。针对在20万余起交通事故中，将近一半的交通事故都与轮胎故障有关，并且将近70％的交通事故是由于汽车轮胎内部压力超过正常气压值或低于正常气压值而引发的[5]。
汽车轮胎压力和温度都会对轮胎带来很多不利的影响。汽车轮胎压力在高速行驶中过低时，内部气压过低，并且在标准气压过低的环境下，轮胎维持较长时间，可能会导致整个轮胎外形发生变化，导致汽车在高速行驶中爆胎。除此之，轮胎压力过低会造成轮胎与地面摩擦阻力增大，造成转向性能降低，从而引发汽车侧翻。当轮胎压力过高时，轮胎内部压力和胎体承受的压力急剧上升，形成凹凸不平的轮胎表面，造成轮胎表面与地面接触面积不等，从而导致轮胎损害加大[5]。
在高速路上行驶时，由于速度较快，当出现轮胎气压和温度出现异常时，驾驶员一般不能立即发现异常，因而不能对轮胎异常及时处理，最后造成交通事故，所以怎样及时发现轮胎异常也是防止交通事故也是重要问题。
总言而之，解决轮胎爆胎的关键问题是如何解决轮胎内部压力、温度和及时发现轮胎出现的异常，而汽车轮胎压力及温度实时监测系统是解决这个难题的最理想工具。
1．2 TPMS在国外研究现状
2000年，经过凡士通公司轮胎因质量问题引发重大交通事故，美国颁布强制法令，总毛重在4536kg以下的车辆必须按要求安装TPMS。接下来，美国国家高速公路安全管理局 （NTHTSA）在2005年6月5日[7]，发布轮胎气压监测系统标准的正式条列，然后接下来的三年之内强制要每一辆汽车安装汽车轮胎压力及温度实时监测系统。
由于美国对TPMS相关条令的制定，使得美国TPMS拥有巨大的市场前景，现如今，美国汽车制造业，电子产业的大公司纷纷研究并开发TPMS[8]。
国外在这方面的技术早早就成型了,到目前国外TPMS已经能进行很大强度的测试，，并且出现的问题少之甚少。
并且国外直接TPMS近几年发展迅速，而且研究领域比间接式扩大了很多，测量精度，成本，环境等性能都比较好，因此本次研究可采用直接式TPMS作为研究方向[9]。
1．3 TPMS在国内研究现状
在我国，由于相关条约颁布的较晚，所以发展过程相对于欧美来说比较晚。国内最早出现早期代理国外TPMS产品是在2000年，但当时技术含量较低，规模较小，所以当时我国对这个系统不太重视[10]。中华人民共和国在2003年11月24日颁布了的《机动车运行安全技术条件》对TPMS做出了明确说明：“载货汽车DE 总质量大于1.2吨、旅游客车、长途客车和载货牵引车的车长大于6米的应安装TPMS” [11]。相对于国外来说国美条令颁布的玩了两年，但此时人们对TPMS已经有了初步的重视。
虽然汽车TPMS生产厂家有50多家左右，但由于发展实际较晚，总体产品质量都不够好，并且目前国家对装TPMS装置没有硬性安装的条令制约，再加上安装TPMS装置费用高昂，所以许多普通的公司不想浪费这么多的资金，反观拥有私家车的使用者，他们都在路面条件比较好的城市使用汽车，对轮胎使用通常不够重视，所以目前TPMS前景不太好[1213]。
放眼未来，拥有汽车的人越来越多，不能提前预防的事故也随之而来，所以这个行业需要制定条令来规范行业标准及TPMS国家标准[14]。近年来，国内许多公司都开始投入生产并销售TPMS，标志着这个系统将来道路甚宽。
1．4 设计要求以及主要研究内容
设计要求：系统主要分为监测模块和接收模块，信号检测模块可对测汽车轮胎的压力与温度进行实时监测并通过无线传输到信号接收模块显示在车内显示屏上。当轮胎压力与温度正常时，信号接收模块不断接收信号采集模块信号并在显示屏显示轮胎实时胎压及温度。当轮胎胎压温度过高或过低超过预警值时，系统发出声光报警提醒驾驶员[15]。
论文研究内容如下：
1.系统总体方案的设计。将直接式 TPMS 和间接式TPMS方案进行分析比较，接着对系统的任务、技术、工作环境和功能要求进行了深化剖析，依据系统的设计要求和工作原理，制定系统总体方案；
目 录
1绪论1
1．1 课题的研究背景1
1．2 TPMS在国外研究现状1
1．3 TPMS在国内研究现状2
1．4 设计要求以及主要研究内容2
2 系统总体方案3
2．1 间接式TPMS和直接式TPMS 的比较与选择3
2．2 汽车轮胎压力监测系统的总体方案4
3 硬件设计5
3．1 选择元器件5
3．2 信号检测模块设计10
3．3 信号接收模块设计14
4 系统调试17
结论19
致谢20
参考文献21
附录A信号检测端电路图22
附录B信号接收端电路图23
1 绪论
1．1 课题的研究背景
当今社会，人们生活水平提高了不少，拥有一辆汽车也不成问题，伴随而年来的就是交通事故的发生。汽车事故发生需要考虑的因素涉及范围特别多，比如轮胎爆胎，超速行驶，疲劳驾驶，醉酒行驶等等[1]。轮胎爆胎在众多的交通事故中由于其无法提前预防从而成为重要因素。在高速路上轮胎爆胎通常会造成交通事故，相似的交通事故发生比例是70％，反观美国，相对于中国来说更是增加了10百分比[2]。因此解决轮胎爆胎是当前防止交通事故发生的重要问题[3]。
根据交通局发布的2009年交通事故数据显示，交通事故发生在国内的数据令人震惊，高达20万余起 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
，其中有6万余人在事故中死亡，二十七万余人造成身体受伤，并且造成的经济损失将近九亿元，因此交通事故不但对国民安全造成重大危害，并且对国家经济也要重大影响[4]。针对在20万余起交通事故中，将近一半的交通事故都与轮胎故障有关，并且将近70％的交通事故是由于汽车轮胎内部压力超过正常气压值或低于正常气压值而引发的[5]。
汽车轮胎压力和温度都会对轮胎带来很多不利的影响。汽车轮胎压力在高速行驶中过低时，内部气压过低，并且在标准气压过低的环境下，轮胎维持较长时间，可能会导致整个轮胎外形发生变化，导致汽车在高速行驶中爆胎。除此之，轮胎压力过低会造成轮胎与地面摩擦阻力增大，造成转向性能降低，从而引发汽车侧翻。当轮胎压力过高时，轮胎内部压力和胎体承受的压力急剧上升，形成凹凸不平的轮胎表面，造成轮胎表面与地面接触面积不等，从而导致轮胎损害加大[5]。
在高速路上行驶时，由于速度较快，当出现轮胎气压和温度出现异常时，驾驶员一般不能立即发现异常，因而不能对轮胎异常及时处理，最后造成交通事故，所以怎样及时发现轮胎异常也是防止交通事故也是重要问题。
总言而之，解决轮胎爆胎的关键问题是如何解决轮胎内部压力、温度和及时发现轮胎出现的异常，而汽车轮胎压力及温度实时监测系统是解决这个难题的最理想工具。
1．2 TPMS在国外研究现状
2000年，经过凡士通公司轮胎因质量问题引发重大交通事故，美国颁布强制法令，总毛重在4536kg以下的车辆必须按要求安装TPMS。接下来，美国国家高速公路安全管理局 （NTHTSA）在2005年6月5日[7]，发布轮胎气压监测系统标准的正式条列，然后接下来的三年之内强制要每一辆汽车安装汽车轮胎压力及温度实时监测系统。
由于美国对TPMS相关条令的制定，使得美国TPMS拥有巨大的市场前景，现如今，美国汽车制造业，电子产业的大公司纷纷研究并开发TPMS[8]。
国外在这方面的技术早早就成型了,到目前国外TPMS已经能进行很大强度的测试，，并且出现的问题少之甚少。
并且国外直接TPMS近几年发展迅速，而且研究领域比间接式扩大了很多，测量精度，成本，环境等性能都比较好，因此本次研究可采用直接式TPMS作为研究方向[9]。
1．3 TPMS在国内研究现状
在我国，由于相关条约颁布的较晚，所以发展过程相对于欧美来说比较晚。国内最早出现早期代理国外TPMS产品是在2000年，但当时技术含量较低，规模较小，所以当时我国对这个系统不太重视[10]。中华人民共和国在2003年11月24日颁布了的《机动车运行安全技术条件》对TPMS做出了明确说明：“载货汽车DE 总质量大于1.2吨、旅游客车、长途客车和载货牵引车的车长大于6米的应安装TPMS” [11]。相对于国外来说国美条令颁布的玩了两年，但此时人们对TPMS已经有了初步的重视。
虽然汽车TPMS生产厂家有50多家左右，但由于发展实际较晚，总体产品质量都不够好，并且目前国家对装TPMS装置没有硬性安装的条令制约，再加上安装TPMS装置费用高昂，所以许多普通的公司不想浪费这么多的资金，反观拥有私家车的使用者，他们都在路面条件比较好的城市使用汽车，对轮胎使用通常不够重视，所以目前TPMS前景不太好[1213]。
放眼未来，拥有汽车的人越来越多，不能提前预防的事故也随之而来，所以这个行业需要制定条令来规范行业标准及TPMS国家标准[14]。近年来，国内许多公司都开始投入生产并销售TPMS，标志着这个系统将来道路甚宽。
1．4 设计要求以及主要研究内容
设计要求：系统主要分为监测模块和接收模块，信号检测模块可对测汽车轮胎的压力与温度进行实时监测并通过无线传输到信号接收模块显示在车内显示屏上。当轮胎压力与温度正常时，信号接收模块不断接收信号采集模块信号并在显示屏显示轮胎实时胎压及温度。当轮胎胎压温度过高或过低超过预警值时，系统发出声光报警提醒驾驶员[15]。
论文研究内容如下：
1.系统总体方案的设计。将直接式 TPMS 和间接式TPMS方案进行分析比较，接着对系统的任务、技术、工作环境和功能要求进行了深化剖析，依据系统的设计要求和工作原理，制定系统总体方案；
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