汽车胎压监测系统的设计【字数：10511】
随着21世纪科技的不断发展和人们生活质量的提高，汽车也成为每户人家不可或缺的一部分，为人们的日常出行提供了便利。但是据汽车协会统计，美国每年因为轮胎漏气、欠压甚至爆胎造成的事故大约26万起，占总事故的40%。因此，对汽车胎压的监视已成为安全驾驶的关键问题。本设计从机以STC89C52单片机为核心，配有XGZP6847气压传感器和18B20温度传感器，在汽车行驶或静止状态下，实时监测轮胎气压、温度数据，通过无线NRF24L01模块将数值传输给接收器，主机也采用STC89C52单片机，接收端收到主机发来的数据后交给MCU处理，在液晶显示屏12864中显示气压、温度值，当轮胎压力值超过安全阈值（该阈值可在显示屏中设定）或出现高温时，蜂鸣器报警，对应的指示灯也会常亮来提醒驾驶员，以保障行车安全。由于汽车行驶过程中胎内气温的变化也会导致气压有不同程度变化，所以在监测气压的同时也要监测温度。经过实物调试，本设计功能都能实现，运行稳定，很好地解决了汽车安全行驶的问题。
Key words: Automobile tire pressure monitoring system；sensor；wireless；MCU；display；sound alarm 目录
第一章 绪论 1
1.1 汽车胎压监测系统（TPMS）目的和意义 1
1.2 TPMS国内及国外的发展状况 1
1.2.1国内发展状况 1
1.2.2国 外发展状况 1
1.3胎压和胎温对汽车行驶时的影响 2
1.3.1胎压对汽车行驶时的影响 2
1.3.2胎温对汽车行驶时的影响 2
1.4主要内容 4
第二章 TPMS系统总体设计方案 5
2.1系统设计要求 5
2.2系统设计方案 5
2.2.1发射单元 6
2.2.2接收单元 6
2.3元器件的选择 6
2.4 本章小结 7
第三章 TPMS系统总体硬件设计. 8
3.1从机单元硬件电路设计 8
3.1.1MCU最小系统电路设计 8
3.1.2气压采样电路 8
3.1.3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
温度采样电路 10
3.1.4发射电路 11
3.2主机接收单元硬件电路设计 11
3.2.1单片机外围电路及接收电路 11
3.2.2按键电路 12
3.2.3液晶显示电路 13
3.2.4报警电路 13
3.3 本章小结 14
第四章 TPMS总体软件设计 15
4.1设计思路 15
4.2从机单元软件设计 15
4.2.1程序编写的设计 16
4.3主机接收单元软件设计 18
4.3.1软件程序的设计 18
4.4 本章小结 21
第五章 系统功能测试 22
5.1概述 22
5.2数据实时传输显示测试 22
5.3模拟压力超过预设值报警测试 22
5.4温度超过预设值报警测试 24
5.5压力、温度超过预设值报警测试 25
5.6传输距离的测试 25
5.7本章小结 26
第六章 总结与展望 27
参考文献 28
致谢 28
附录一 系统设计原理图 30
附录二 元器件清单 32
附录三 实物图 33
第一章 绪论
1.1 汽车胎压监测系统（TPMS）目的和意义
随着路况的不断发展和完善，高速公路带来的便利，拉近了人们的距离，节省了时间，但是每年由于爆胎引起的交通事故数量也在急剧增加，引起了世界上各国的强烈重视和关注，并开始研究讨论采取相应的应对措施。据调查显示，中国每年由轮胎故障引起的交通事故都占据48%，造成轮胎故障的原因60%都是因为爆胎问题[1]，轮胎故障是最具杀伤力的也是最难预测到的，是突发式事故的主要原因。如何解决轮胎故障问题并能及时预防，是全球关注的首要问题。
TPMS的作用是当汽车在路上行驶时，实时地对胎压、胎温进行监视，当胎内气压不正常或出现异常高温时报警，驾驶员能及时地做出处理。
当汽车在高速行驶时，轮胎的变形会消耗掉大部分能量，部分能量转化成内能，使得轮胎内温度升高，而温度的变化会导致胎内气压的变化，经过一系列连锁反应之后，就会造成事故的发生。
1.2 TPMS国内及国外的发展状况
1.2.1国内发展状况
TPMS产品在中国起步较晚，也就十年左右的历史，等到欧美国家开始大规模推广和普及的时候才开始引起重视，尤其是到2007年，有近百家企业开始涉足其中。TPMS总体上对技术性要求较高，以前大多数芯片等器件都靠欧美进口，如今上海保隆、南京泰晟等国内公司也已经研发生产了好多年了。总的来说，随着国家相关政策法规的引导和消费者安全意识的不断提升，TPMS的普及必然是大势所趋。
1.2.2国外发展状况
TPMS在美国发展由来已久，早在1997年通用汽车率先使用间接式TPMS开始，并于2003年通过了TRAD法案，规定了美国所有汽车在2007年开始必须安装TPMS，也是首个强制性标准推广TPMS的国家。美国国家安全公路管理局特别规定了汽车胎压低于25%或高于标准胎压的30%必须要报警[2]。像德国的飞思卡尔公司在汽车胎压监测这方面研究数年了，同时该公司联手保隆公司创造出了全球最小的TPMS产品。
1.3胎压和胎温对汽车行驶时的影响
1.3.1胎压对汽车行驶时的影响
轮胎最具影响力的就是胎内的气压，气压太高或太低都会影响轮胎使用寿命。如果胎内气压过高时，对汽车行驶过程中的负荷增大，轮胎表面的帘线出现变形、伸缩，例如胎压超过标准胎压（210KPa）的20%时，轮胎的使用寿命就会下降15%，行驶总里程也会比标准减少10%；如果胎内气压过低时，随着路程的增加，轮胎外侧会受到不同挤压，时间长了导致裂开，长时间的磨损也会造成胎温发热，同样地，当胎压低于标准胎压的20%时，轮胎的使用寿命就会下降30%，行驶总里程也会比标准减少18%[3]，还会造成底盘和悬挂系统的磨损。从图1.1可以得出，标准气压下，行驶里程最长，其余都尽可能地减小。
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图1.1胎压与行驶里程关系[4]
Key words: Automobile tire pressure monitoring system；sensor；wireless；MCU；display；sound alarm 目录
第一章 绪论 1
1.1 汽车胎压监测系统（TPMS）目的和意义 1
1.2 TPMS国内及国外的发展状况 1
1.2.1国内发展状况 1
1.2.2国 外发展状况 1
1.3胎压和胎温对汽车行驶时的影响 2
1.3.1胎压对汽车行驶时的影响 2
1.3.2胎温对汽车行驶时的影响 2
1.4主要内容 4
第二章 TPMS系统总体设计方案 5
2.1系统设计要求 5
2.2系统设计方案 5
2.2.1发射单元 6
2.2.2接收单元 6
2.3元器件的选择 6
2.4 本章小结 7
第三章 TPMS系统总体硬件设计. 8
3.1从机单元硬件电路设计 8
3.1.1MCU最小系统电路设计 8
3.1.2气压采样电路 8
3.1.3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
温度采样电路 10
3.1.4发射电路 11
3.2主机接收单元硬件电路设计 11
3.2.1单片机外围电路及接收电路 11
3.2.2按键电路 12
3.2.3液晶显示电路 13
3.2.4报警电路 13
3.3 本章小结 14
第四章 TPMS总体软件设计 15
4.1设计思路 15
4.2从机单元软件设计 15
4.2.1程序编写的设计 16
4.3主机接收单元软件设计 18
4.3.1软件程序的设计 18
4.4 本章小结 21
第五章 系统功能测试 22
5.1概述 22
5.2数据实时传输显示测试 22
5.3模拟压力超过预设值报警测试 22
5.4温度超过预设值报警测试 24
5.5压力、温度超过预设值报警测试 25
5.6传输距离的测试 25
5.7本章小结 26
第六章 总结与展望 27
参考文献 28
致谢 28
附录一 系统设计原理图 30
附录二 元器件清单 32
附录三 实物图 33
第一章 绪论
1.1 汽车胎压监测系统（TPMS）目的和意义
随着路况的不断发展和完善，高速公路带来的便利，拉近了人们的距离，节省了时间，但是每年由于爆胎引起的交通事故数量也在急剧增加，引起了世界上各国的强烈重视和关注，并开始研究讨论采取相应的应对措施。据调查显示，中国每年由轮胎故障引起的交通事故都占据48%，造成轮胎故障的原因60%都是因为爆胎问题[1]，轮胎故障是最具杀伤力的也是最难预测到的，是突发式事故的主要原因。如何解决轮胎故障问题并能及时预防，是全球关注的首要问题。
TPMS的作用是当汽车在路上行驶时，实时地对胎压、胎温进行监视，当胎内气压不正常或出现异常高温时报警，驾驶员能及时地做出处理。
当汽车在高速行驶时，轮胎的变形会消耗掉大部分能量，部分能量转化成内能，使得轮胎内温度升高，而温度的变化会导致胎内气压的变化，经过一系列连锁反应之后，就会造成事故的发生。
1.2 TPMS国内及国外的发展状况
1.2.1国内发展状况
TPMS产品在中国起步较晚，也就十年左右的历史，等到欧美国家开始大规模推广和普及的时候才开始引起重视，尤其是到2007年，有近百家企业开始涉足其中。TPMS总体上对技术性要求较高，以前大多数芯片等器件都靠欧美进口，如今上海保隆、南京泰晟等国内公司也已经研发生产了好多年了。总的来说，随着国家相关政策法规的引导和消费者安全意识的不断提升，TPMS的普及必然是大势所趋。
1.2.2国外发展状况
TPMS在美国发展由来已久，早在1997年通用汽车率先使用间接式TPMS开始，并于2003年通过了TRAD法案，规定了美国所有汽车在2007年开始必须安装TPMS，也是首个强制性标准推广TPMS的国家。美国国家安全公路管理局特别规定了汽车胎压低于25%或高于标准胎压的30%必须要报警[2]。像德国的飞思卡尔公司在汽车胎压监测这方面研究数年了，同时该公司联手保隆公司创造出了全球最小的TPMS产品。
1.3胎压和胎温对汽车行驶时的影响
1.3.1胎压对汽车行驶时的影响
轮胎最具影响力的就是胎内的气压，气压太高或太低都会影响轮胎使用寿命。如果胎内气压过高时，对汽车行驶过程中的负荷增大，轮胎表面的帘线出现变形、伸缩，例如胎压超过标准胎压（210KPa）的20%时，轮胎的使用寿命就会下降15%，行驶总里程也会比标准减少10%；如果胎内气压过低时，随着路程的增加，轮胎外侧会受到不同挤压，时间长了导致裂开，长时间的磨损也会造成胎温发热，同样地，当胎压低于标准胎压的20%时，轮胎的使用寿命就会下降30%，行驶总里程也会比标准减少18%[3]，还会造成底盘和悬挂系统的磨损。从图1.1可以得出，标准气压下，行驶里程最长，其余都尽可能地减小。
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图1.1胎压与行驶里程关系[4]
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