汽车轮胎胎压监测系统设计
摘 要为了降低轮胎故障引起的汽车安全问题，轮胎胎压监测系统（TPMS）应运而生，运用电子技术与自动化技术的设计具有稳定、高效的优点，成功的解决了轮胎气压与温度监测的问题 ，对于预防汽车安全问题起了很大的作用。本文采用模块化的设计思想，系统的实现了一套基于单片机技术的轮胎胎压和温度监测系统,并对各个模块分别进行元器件的选择、电路设计、软件编程调试,提高了整个系统的开发效率。本次设计设计了传感器模块、单片机模块、无线数据发送与接收模块、串口通信、MCGS显示与报警模块,并对软件进行模块设计和调试,系统的传感器模块可以测出轮胎气压与温度并把数据送入单片机，单片机通过无线数据发送模块把传感器测到的数据发出去，接收模块把接收到的数据通过串口发到MCGS,MCGS设计模拟界面显示当前胎压和温度，且保存历史数据与报警信息。当传感器检测出轮胎胎压或温度出现异常时,MCGS界面报警灯亮，同时,响起报警音乐,从而实现实时监测轮胎状态的功能。
目录
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 研究目的和意义 1
1.2研究现状 3
1.3 本文主要研究内容 6
第2章 系统总体概要设计 7
2.1系统设计的功能需求 7
2.2系统设计的总体结构 8
第3章 系统硬件设计及实现 11
3.1传感器模块的设计 11
3.2单片机最小系统模块的设计 12
3.3 LCD1602液晶显示模块 16
3.4无线数据发送和接收模块 20
第4章 系统软件设计 31
4.1 AT89C52单片机的C程序 31
4.2 MCGS部分 36
第5章 系统调试 43
5.1上位机调试 43
5.2下位机调试 44
5.3整体运行情况 45
总结与展望 47
总结 47
展望 47
致谢 49
参考文献 50
附录 53
附录1部分 C语言程序 53
附录2相关外国文献翻译及原文
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
58
第1章 绪论
1.1 研究目的和意义
轮胎的胎压与温度直接影响轮胎的使用寿命与汽车的性能。据美国汽车工程师协会给出的的数据说明，在全美，每年因为胎压问题引起的道路交通事故不少于 26 万余次，而高达70%的高速公路事故是由于爆胎而引起的，且此类事故危害性极高。
轮胎故障造成了一起又一起的人间惨剧，并且给整个国家和个人带来了无法估量的经济损失与精神伤害，在人民的呼吁下，美国联邦政府起的交通事故的发要求汽车制造商研发轮胎胎压监测系统 (TPMS：Tire Pressure Monitoring System)。
在中国，据有效地数据统计，在高速公路上发生的交通事故中，因为轮胎故障的原因而造成的交通事故比例已经达到了46%，其中，占轮胎故障事故七成的便是爆胎。如何预防行走中的车辆爆胎，怎样预防轮胎故障，逐渐成为了大众日常关注的一个热点问题。
中国正在逐步向成为全球最大的新兴汽车市场迈进，就中国而言，无论是汽车需求量,还是汽车保有量都出现了加速增长的趋势，据近期统计，中国汽车保有量现在已经突破了4000万辆，与此同时，中国的年汽车销售量将要突破800万辆，成为紧追在美国身后的第二汽车销售大国。因此，关乎安全的汽车安全产品（如：TPMS等）将会成为中国下一个新兴的市场热点，增长速度每年可翻一番。据统计，2007年底，TPMS技术类产品的市场容量已达19万套，价值约6.9亿元人民币[1]；2008年，这个市场容量达到了50万套，约20亿元。据专家预测，2007至2010年汽车需求为：汽车年增长率为20%；轿车年增长率超过20%。综合上述资料分析，预计，未来几年，中国的汽车保有量的速度增长将维持在15%以上[2]。所以TPMS的需求量将与日俱增。
早在2006年，我国就曾组织相关部门专家进行过TPMS标准的调研，但是当时由于我国在这个领域的相关研究并不能和现实的情况匹配，所以还不具备一定的市场规模[3]。到了2008年5月，在中国汽车研究中心的召集下，相关部门专家拟定出了《汽车轮胎气压监测系统》（意见征求稿），彻底的改变了在此之前市面上TPMS的产品参差不齐，没有统一技术标准的现状[4]。在这样的背景下，对TPMS的研究迫在眉睫且十分有意义。
轮胎作为汽车重要的组成部分之一，考量它性能最主要的因素便是气压。轮胎气压过高，会使轮胎鼓起，从而与道路的接触面积变小，而与道路接触的部分则承受了更大的压力，从而使轮胎的磨损加重，使轮胎容易产生裂痕，使用寿命缩短，最终可能会造成轮胎故障引起的安全事故。
而如果轮胎的气压过低的话，同样会对轮胎造成严重的影响，胎压过低对轮胎有如下危害：
1．减短轮胎使用寿命，轮胎气压过低会明显地加大轮胎胎肩、胎圈区域的弯曲程度，同样会加大轮胎的磨损程度，从而严重影响轮胎的使用寿命[5]。
2．产生过多的油耗。汽车胎压过低会使轮胎显著沉量，增大印痕的长度和行驶的阻力，从而增大汽车了的耗油量。
胎压低造成磨损产生热量，进一步加重轮胎磨损，形成恶性循环。在高速公路上行驶时，热破坏是轮胎磨损的“头号罪犯”，轮胎温度的急剧升高会引起轮胎的脱皮，不幸的话，还会引发爆胎，酿成车毁人亡的惨剧。汽车行驶时，轮胎气压过低会导致橡胶的变形系数维持在高值部分，增大轮胎的磨损，使轮胎与地面摩擦产生更多的热量，进一步加重轮胎的磨损。
使轮胎的负载能力减弱。胎压下降会加大轮胎与地面的摩擦力，使轮胎的负载能力减小。
轮胎磨损情况如图1.1所示：
图1.1轮胎磨损情况
胎压过高或过低对车辆行驶来说有着严重的安全影响，但是由于气体渗透作用，胎压下降又是不可避免的。基于此，本文旨在设计一种汽车胎压实时监测系统，轮胎气压异常时及时提醒驾驶人，以确保行车的安全，降低轮胎故障引发事故的概率。
1.2研究现状
在美国，当直接式TPMS普遍被广泛接受的时候，在2005年4月7日这一天，美国高速公路管理委员会发布了联邦机动车辆安全标准，轮胎气压监控系统标准（FMVSS138：Federal Motor Vehicle Safety Standard 138)名为的文件，该文件是具有强制执行属性的安全法规，但在技术上，该文件只规定了最基本的性能要求[6]。具体的要求为：从汽车开动的时候开始，当在胎压降到开始的75%的时，TPMS进行报警；当TPMS出现故障的时,必须有指示灯提醒驾驶员且报警灯要在汽车启动的时候自检一次；进行胎压监测时车速应在50100km/h[7]。据此，从2007年9月开始，美国政府强制要求每一辆新出厂的轻型车必须安装TPMS，以确保行车安全。TPMS安装位置如图1.2所示：
目录
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 研究目的和意义 1
1.2研究现状 3
1.3 本文主要研究内容 6
第2章 系统总体概要设计 7
2.1系统设计的功能需求 7
2.2系统设计的总体结构 8
第3章 系统硬件设计及实现 11
3.1传感器模块的设计 11
3.2单片机最小系统模块的设计 12
3.3 LCD1602液晶显示模块 16
3.4无线数据发送和接收模块 20
第4章 系统软件设计 31
4.1 AT89C52单片机的C程序 31
4.2 MCGS部分 36
第5章 系统调试 43
5.1上位机调试 43
5.2下位机调试 44
5.3整体运行情况 45
总结与展望 47
总结 47
展望 47
致谢 49
参考文献 50
附录 53
附录1部分 C语言程序 53
附录2相关外国文献翻译及原文
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
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第1章 绪论
1.1 研究目的和意义
轮胎的胎压与温度直接影响轮胎的使用寿命与汽车的性能。据美国汽车工程师协会给出的的数据说明，在全美，每年因为胎压问题引起的道路交通事故不少于 26 万余次，而高达70%的高速公路事故是由于爆胎而引起的，且此类事故危害性极高。
轮胎故障造成了一起又一起的人间惨剧，并且给整个国家和个人带来了无法估量的经济损失与精神伤害，在人民的呼吁下，美国联邦政府起的交通事故的发要求汽车制造商研发轮胎胎压监测系统 (TPMS：Tire Pressure Monitoring System)。
在中国，据有效地数据统计，在高速公路上发生的交通事故中，因为轮胎故障的原因而造成的交通事故比例已经达到了46%，其中，占轮胎故障事故七成的便是爆胎。如何预防行走中的车辆爆胎，怎样预防轮胎故障，逐渐成为了大众日常关注的一个热点问题。
中国正在逐步向成为全球最大的新兴汽车市场迈进，就中国而言，无论是汽车需求量,还是汽车保有量都出现了加速增长的趋势，据近期统计，中国汽车保有量现在已经突破了4000万辆，与此同时，中国的年汽车销售量将要突破800万辆，成为紧追在美国身后的第二汽车销售大国。因此，关乎安全的汽车安全产品（如：TPMS等）将会成为中国下一个新兴的市场热点，增长速度每年可翻一番。据统计，2007年底，TPMS技术类产品的市场容量已达19万套，价值约6.9亿元人民币[1]；2008年，这个市场容量达到了50万套，约20亿元。据专家预测，2007至2010年汽车需求为：汽车年增长率为20%；轿车年增长率超过20%。综合上述资料分析，预计，未来几年，中国的汽车保有量的速度增长将维持在15%以上[2]。所以TPMS的需求量将与日俱增。
早在2006年，我国就曾组织相关部门专家进行过TPMS标准的调研，但是当时由于我国在这个领域的相关研究并不能和现实的情况匹配，所以还不具备一定的市场规模[3]。到了2008年5月，在中国汽车研究中心的召集下，相关部门专家拟定出了《汽车轮胎气压监测系统》（意见征求稿），彻底的改变了在此之前市面上TPMS的产品参差不齐，没有统一技术标准的现状[4]。在这样的背景下，对TPMS的研究迫在眉睫且十分有意义。
轮胎作为汽车重要的组成部分之一，考量它性能最主要的因素便是气压。轮胎气压过高，会使轮胎鼓起，从而与道路的接触面积变小，而与道路接触的部分则承受了更大的压力，从而使轮胎的磨损加重，使轮胎容易产生裂痕，使用寿命缩短，最终可能会造成轮胎故障引起的安全事故。
而如果轮胎的气压过低的话，同样会对轮胎造成严重的影响，胎压过低对轮胎有如下危害：
1．减短轮胎使用寿命，轮胎气压过低会明显地加大轮胎胎肩、胎圈区域的弯曲程度，同样会加大轮胎的磨损程度，从而严重影响轮胎的使用寿命[5]。
2．产生过多的油耗。汽车胎压过低会使轮胎显著沉量，增大印痕的长度和行驶的阻力，从而增大汽车了的耗油量。
胎压低造成磨损产生热量，进一步加重轮胎磨损，形成恶性循环。在高速公路上行驶时，热破坏是轮胎磨损的“头号罪犯”，轮胎温度的急剧升高会引起轮胎的脱皮，不幸的话，还会引发爆胎，酿成车毁人亡的惨剧。汽车行驶时，轮胎气压过低会导致橡胶的变形系数维持在高值部分，增大轮胎的磨损，使轮胎与地面摩擦产生更多的热量，进一步加重轮胎的磨损。
使轮胎的负载能力减弱。胎压下降会加大轮胎与地面的摩擦力，使轮胎的负载能力减小。
轮胎磨损情况如图1.1所示：
图1.1轮胎磨损情况
胎压过高或过低对车辆行驶来说有着严重的安全影响，但是由于气体渗透作用，胎压下降又是不可避免的。基于此，本文旨在设计一种汽车胎压实时监测系统，轮胎气压异常时及时提醒驾驶人，以确保行车的安全，降低轮胎故障引发事故的概率。
1.2研究现状
在美国，当直接式TPMS普遍被广泛接受的时候，在2005年4月7日这一天，美国高速公路管理委员会发布了联邦机动车辆安全标准，轮胎气压监控系统标准（FMVSS138：Federal Motor Vehicle Safety Standard 138)名为的文件，该文件是具有强制执行属性的安全法规，但在技术上，该文件只规定了最基本的性能要求[6]。具体的要求为：从汽车开动的时候开始，当在胎压降到开始的75%的时，TPMS进行报警；当TPMS出现故障的时,必须有指示灯提醒驾驶员且报警灯要在汽车启动的时候自检一次；进行胎压监测时车速应在50100km/h[7]。据此，从2007年9月开始，美国政府强制要求每一辆新出厂的轻型车必须安装TPMS，以确保行车安全。TPMS安装位置如图1.2所示：
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