汽车轮胎压力监测系统设计(附件)
我国汽车行业的持续在进步，交通道路情况不断在提升，人们对于行驶安全性的需求越来越高。研究显示有大量的交通事故是由轮胎气压问题导致的，所以人们开始设计轮胎压力监测系统，此系统可以通过传感器来实时检测轮胎的工况，当轮胎压力出现异常时，会及时向驾驶员发出警报，这已经被证实可以预防由于轮胎气压问题导致的交通事故的发生。 本课题以汽车轮胎压力检测系统为研究对象，通过对汽车TPMS行业的背景及国内外现状的研究，提出了人们对轮胎压力行驶安全问题的越来越多的关注和其重要性，通过比对各类型压力监测系统的性能参数，最终决定选择主动式轮胎压力监测系统为目标。对汽车轮胎压力检测系统进行相关设计，提出具体的系统架构，以及具体模块功能的实现，关键技术的研究。本课题对胎压监测系统的测量方法、技术、功能要求、工作环境要求以及主动式TPMS工作原理进行介绍，后设计一套主动式TPMS的软硬件整体设计方案，并以仿真证明可行性。关键词 胎压，监测，压力传感器，温度传感器，单片机
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究的背景 1
1.2 课题研究的价值 1
1.3 国内外研究生产现状 2
1.4 课题设计的内容 5
2 系统分析与总体方案设计 6
2.1 压力监测系统的整体设计 6
2.2 压力监测系统的设计方案 6
2.3 温度监测功能设计方案 7
2.4 无线传输方案 8
3 系统硬件电路设计 8
3.1 单片机系统 8
3.2 数据采集模块 10
3.3 实时显示模块 15
3.4 声光报警模块 16
3.5 系统电路布置 17
4 软件程序设计 18
4.1 软件开发工具 18
4.2 软件主程序构架 19
5 系统仿真调试 20
5.1 仿真调试工具 20
5.2 系统仿真模拟 20
5.3 系统仿真分析及结论 23
结论 24
致谢 25
参考文献 26
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
/> 附件 27
1 绪论
1.1 课题研究的背景
汽车的行驶与轮胎有着莫大的关联，轮胎对于汽车就如同脚对于人一样重要，汽车的“脚”若出现了问题，车辆便无法再正常行驶，甚至引发严重交通事故。在现今的道路上，很多的交通事故都和轮胎有着莫大的关系，若能够提早知晓轮胎的气压不足并及时防范，绝对是防止爆胎的最佳方法。正是基于以上的种种缘故，汽车轮胎气压监测系统的研发迫在眉睫。它的基本用途是对车辆轮胎气压和温度实施监测，一旦轮胎出现异常状况便会马上对驾驶员进行报警，提醒驾驶员即时采取适当的行为，防止继续在危险状况下运行，以到达事前保护的作用。
1.2 课题研究的价值
轮胎气压是一项影响车辆安全性的关键因素，轮胎气压太低或者太高都会对汽车的行驶动力性和安全性有着较大的影响，若轮胎气压长时间处于不正常状态，会很容易造成爆胎，从而引发交通事故。
轮胎气压过高的危害：
(1)胎面极度伸展，使轮胎胎面接地纹效果被削减，胎面与摩擦面的接触面积减小，从而致使切向摩擦力减小，汽车的动力性、制动性和安全性会下降。
(2)轮胎的胎体会出现不同程度的突起，尤其是轮胎的侧壁，因为比较脆薄，极容易出现鼓包的现象，进而可能会出现爆胎。
(3)轮胎的弹性度减少，于是轮胎的减震效果减弱，而车辆的减震器及弹性元件会承受更大的工作负担，减震系统性能损耗加剧。此外，减震系统无法过滤的颠簸会持续传入车身，长期的会改变车身尺寸，四轮定位发生变化。
轮胎气压过低的危害：
(1)轮胎形变增加.运行不稳定，产生巨大的热量，导致了橡胶加速老化。若是一直保持这样行驶很快就会在胎侧内壁产生驻波现象，然后帘线层会出现分裂甚至断裂.进而引起胎体局部脱层。
(2)轮胎表面会剧烈损耗，虽然轮胎与地面的接触面积得到了加大，但因为轮胎与地面接触部分中间会径向朝上突拱，会使得该部分的压力分布不平均。轮胎接地面中部中部因为压力较小所以损耗情况轻，而轮胎接地面肩部因为压力比较大所以损耗情况较严重。根据这项研究.轮胎气压下降20%，轮胎行驶里程数会下降15%。
(3)轮胎会产生大幅度的形变，而轮胎温度过高也会使得轮胎强度下降，进而可能会形成胎侧帘线断裂、起包的现象，很容易致使轮胎的爆裂。
除压力之外，轮胎的温度也是极其重要的一项参数，在车辆运行时，轮胎与地面相互磨擦，从而会生成巨大的热量，一旦轮胎温度过高，轮胎的材料便会变软，帘线层的应力加大，轮胎强度大幅度降低。若于此种工况下，车辆继续高速行驶，轮胎里面以前的小型裂纹会不断的伸展加大，就可能会引发严重的交通事故。
由于以上种种车辆胎压异常及轮胎温度的危害，所以我们在使用车辆时需要实时掌握到轮胎的压力以及温度情况，这样既能很好的杜绝由于车辆轮胎气压或轮胎温度异常而引发的交通事故，也能让车辆得到更合理有效的使用，延长行驶寿命。
为满足上述的功能要求，进行TPMS的设计与研究是合情合理的，TPMS能为驾驶员实时的反馈轮胎的压力情况以及温度情况，让驾驶员能够实时把控轮胎的工作情况，TPMS还会在轮胎气压异常或温度异常时对驾驶员发出警告，在最大限度上避免因轮胎气压或轮胎温度出现异常引发交通事故的可能性。而本课题所涉及的TPMS能满足如下几个功能：
(1)通过压力传感器以及温度传感器，每秒获得一次轮胎的工作状况，用液晶显示器实时显示当前轮胎的胎压以及温度。
(2)将所得的轮胎气压及轮胎温度数据与预先设定好的上下限值进行比较，若出现异常，将持续以蜂鸣器发声和LED小灯闪烁的方式提醒驾驶员。
所以本课题应用的TPMS具有实际应用价值。
1.3 国内外研究生产现状
1.3.1 国外研究生产现状
在国外，由于相关的法律法规很早就设立，所以研发的TPMS相对比较先进，几大生产商有加拿大SMARTIRE公司、GOODYEAR橡胶公司、MICHELIN集团公司、日本YOKOHAMA公司等。当前很多在道路上行驶的汽车都选择加装TPMS。自2002年之后公布的各国新款车辆中能够看到，美国Ford公司的Lincoln Continental、Daimler．Chrysler大都装配了TPMS。很多欧洲品牌的车型也预装了TPMS，就像BMW公司的Z8、OPEL公司的Vectra、Pontiac旗下的主打车型Bon Neville SE等等。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究的背景 1
1.2 课题研究的价值 1
1.3 国内外研究生产现状 2
1.4 课题设计的内容 5
2 系统分析与总体方案设计 6
2.1 压力监测系统的整体设计 6
2.2 压力监测系统的设计方案 6
2.3 温度监测功能设计方案 7
2.4 无线传输方案 8
3 系统硬件电路设计 8
3.1 单片机系统 8
3.2 数据采集模块 10
3.3 实时显示模块 15
3.4 声光报警模块 16
3.5 系统电路布置 17
4 软件程序设计 18
4.1 软件开发工具 18
4.2 软件主程序构架 19
5 系统仿真调试 20
5.1 仿真调试工具 20
5.2 系统仿真模拟 20
5.3 系统仿真分析及结论 23
结论 24
致谢 25
参考文献 26
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1 绪论
1.1 课题研究的背景
汽车的行驶与轮胎有着莫大的关联，轮胎对于汽车就如同脚对于人一样重要，汽车的“脚”若出现了问题，车辆便无法再正常行驶，甚至引发严重交通事故。在现今的道路上，很多的交通事故都和轮胎有着莫大的关系，若能够提早知晓轮胎的气压不足并及时防范，绝对是防止爆胎的最佳方法。正是基于以上的种种缘故，汽车轮胎气压监测系统的研发迫在眉睫。它的基本用途是对车辆轮胎气压和温度实施监测，一旦轮胎出现异常状况便会马上对驾驶员进行报警，提醒驾驶员即时采取适当的行为，防止继续在危险状况下运行，以到达事前保护的作用。
1.2 课题研究的价值
轮胎气压是一项影响车辆安全性的关键因素，轮胎气压太低或者太高都会对汽车的行驶动力性和安全性有着较大的影响，若轮胎气压长时间处于不正常状态，会很容易造成爆胎，从而引发交通事故。
轮胎气压过高的危害：
(1)胎面极度伸展，使轮胎胎面接地纹效果被削减，胎面与摩擦面的接触面积减小，从而致使切向摩擦力减小，汽车的动力性、制动性和安全性会下降。
(2)轮胎的胎体会出现不同程度的突起，尤其是轮胎的侧壁，因为比较脆薄，极容易出现鼓包的现象，进而可能会出现爆胎。
(3)轮胎的弹性度减少，于是轮胎的减震效果减弱，而车辆的减震器及弹性元件会承受更大的工作负担，减震系统性能损耗加剧。此外，减震系统无法过滤的颠簸会持续传入车身，长期的会改变车身尺寸，四轮定位发生变化。
轮胎气压过低的危害：
(1)轮胎形变增加.运行不稳定，产生巨大的热量，导致了橡胶加速老化。若是一直保持这样行驶很快就会在胎侧内壁产生驻波现象，然后帘线层会出现分裂甚至断裂.进而引起胎体局部脱层。
(2)轮胎表面会剧烈损耗，虽然轮胎与地面的接触面积得到了加大，但因为轮胎与地面接触部分中间会径向朝上突拱，会使得该部分的压力分布不平均。轮胎接地面中部中部因为压力较小所以损耗情况轻，而轮胎接地面肩部因为压力比较大所以损耗情况较严重。根据这项研究.轮胎气压下降20%，轮胎行驶里程数会下降15%。
(3)轮胎会产生大幅度的形变，而轮胎温度过高也会使得轮胎强度下降，进而可能会形成胎侧帘线断裂、起包的现象，很容易致使轮胎的爆裂。
除压力之外，轮胎的温度也是极其重要的一项参数，在车辆运行时，轮胎与地面相互磨擦，从而会生成巨大的热量，一旦轮胎温度过高，轮胎的材料便会变软，帘线层的应力加大，轮胎强度大幅度降低。若于此种工况下，车辆继续高速行驶，轮胎里面以前的小型裂纹会不断的伸展加大，就可能会引发严重的交通事故。
由于以上种种车辆胎压异常及轮胎温度的危害，所以我们在使用车辆时需要实时掌握到轮胎的压力以及温度情况，这样既能很好的杜绝由于车辆轮胎气压或轮胎温度异常而引发的交通事故，也能让车辆得到更合理有效的使用，延长行驶寿命。
为满足上述的功能要求，进行TPMS的设计与研究是合情合理的，TPMS能为驾驶员实时的反馈轮胎的压力情况以及温度情况，让驾驶员能够实时把控轮胎的工作情况，TPMS还会在轮胎气压异常或温度异常时对驾驶员发出警告，在最大限度上避免因轮胎气压或轮胎温度出现异常引发交通事故的可能性。而本课题所涉及的TPMS能满足如下几个功能：
(1)通过压力传感器以及温度传感器，每秒获得一次轮胎的工作状况，用液晶显示器实时显示当前轮胎的胎压以及温度。
(2)将所得的轮胎气压及轮胎温度数据与预先设定好的上下限值进行比较，若出现异常，将持续以蜂鸣器发声和LED小灯闪烁的方式提醒驾驶员。
所以本课题应用的TPMS具有实际应用价值。
1.3 国内外研究生产现状
1.3.1 国外研究生产现状
在国外，由于相关的法律法规很早就设立，所以研发的TPMS相对比较先进，几大生产商有加拿大SMARTIRE公司、GOODYEAR橡胶公司、MICHELIN集团公司、日本YOKOHAMA公司等。当前很多在道路上行驶的汽车都选择加装TPMS。自2002年之后公布的各国新款车辆中能够看到，美国Ford公司的Lincoln Continental、Daimler．Chrysler大都装配了TPMS。很多欧洲品牌的车型也预装了TPMS，就像BMW公司的Z8、OPEL公司的Vectra、Pontiac旗下的主打车型Bon Neville SE等等。
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