基于MSP430的汽车轮胎压力无线监测系统-郭良振

基于MSP430的汽车轮胎压力无线监测系统设计答辩人：郭良振导师：黄建清AdesignedsystembasedonMSP430-TPMS目录CONTENTS研究背景ResearchBackground01基本概念BasicConception02硬件Hardware05软件Software06理论研究TheoreticalResearch03试验方法ExperimentalMethod04致谢Thanks07PARTONE研究背景研究背景4这段时间，追完了一部剧叫琅琊榜，看了几部电影，其中推荐InsideOutPARTTWOPARTTHREE看完了关于如何做科学研究的几本书，只是觉得像喝了几碗鸡汤，然并卵罢了在信息时代的今天，汽车行业无论在技术上还是管理上都进入到一个相对成熟的阶段。与此同时，汽车安全在当今时代仍然十分关注。因此，研究汽车轮胎压力对于提高汽车安全系数是十分必要和紧急的。据公安部2014年数据显示，中国汽车交通数据占全世界的20%。与此同时，中国是每年因交通事故死亡人数最多的国家，而且常年居于榜首。

和海运、铁路、航空做比较，公路发生交通意外的比重远远大于这三者之和，因此，汽车的安全驾驶问题就亟需提上日程，规范汽车管理和提高驾驶人的操作技能，是相关部门必须关切的点。在信息时代的今天，科学技术更新规律呈摩尔规律向前发展，生产了一批新的电子产品如：汽车防抱死系统、电子制动力分配、牵引力控制系统、电子稳定性控制系统、电子驻车制动以及汽车轮胎压力监测系统。这些新型汽车电子产品的问世，在一定程度上能够有效的保障驾驶人员的安全。据权威数据统计，轮胎质量的好坏直接影响着交通事故的损坏程度，因汽车爆胎引起的交通事故占各类交通事故总数的半数以上。特别是在高速公路上行驶时，由于时速很快，一旦汽车发生爆胎情况，多数都会导致汽车失控进而会可能造成丧命的风险。

一大批的国内外知名企业如米其林、诺基亚轮胎公司、固特异轮胎橡胶公司很早就建立起来了相关的研究工作。与此同时，英飞凌公司、通用电器公司和摩托罗拉公司先后相应的设计出来了基于TPMS的集成芯片，现在已经投入商产使用。研究背景5这段时间，追完了一部剧叫琅琊榜，看了几部电影，其中推荐InsideOutPARTTWOPARTTHREE看完了关于如何做科学研究的几本书，只是觉得像喝了几碗鸡汤，然并卵罢了相比较于国外来说，中国的TPMS起步很晚，这与我国工业基础薄弱、技术和管理方面的落后有一定的线性相关关系。但是，越来越多的高校开始得到政府和企业的资金支持，着手进行相关的研究。目前已有浙江大学、郑州大学、吉林大学等高校的学者对直接型TPMS进行研究，提出了一些切实可行的方案。尤其是上海交通大学，正在研发基于声表波技术可在源智能的测量轮胎压力和温度并具有无线通信功能的SAW传感器，这将使中国自身拥有自主的知识产权。PARTTWO基本概念基本概念7对于汽车轮胎内部气体压力的测量，目前可以分为间接式和直接式两种测量方法。间接式测量法（Wheel-SpeedBasedTPMS，简称WSB），这种系统是通过汽车ABS系统的轮速传感器来比较轮胎之间的转速差别，以达到监测胎压的目的。当轮胎压力降低时，车辆的重量会使轮胎直径变小，这就会导致车速发生变化，这种变化即可用于触发警报系统来向司机发出警告。直接式测量方法（Pressure-SensorBasedTPMS，简称PSB），这种系统是利用安装在每一个轮胎里的压力传感器来直接测量轮胎的气压，利用无线发射器将压力信息从轮胎内部发送到中央接收器模块上的系统，然后对各轮胎气压数据进行显示。当轮胎气压太低或漏气时，系统会自动报警。优劣8

这两种系统各有优劣。

直接系统可以提供更高级的功能，随时测定每个轮胎内部的实际瞬压，很容易确定故障轮胎。间接系统造价相对较低，已经装备了4轮ABS(每个轮胎装备1个轮速传感器)的汽车只需对软件进行升级。但是，间接系统没有直接系统准确率高，它根本不能确定故障轮胎，而且系统校准极其复杂，在某些情况下该系统会无法正常工作，例如同一车轴的2个轮胎气压都低时。由直接式TPMS较于间接式TPMS的优点，所以我们选择直接式的测量方法。PARTTHREE理论研究理论研究10（1）系统架构汽车轮胎压力无线监测系统，是用在实时监测汽车在行驶过程中的轮胎的压力数据和温度数据，并能够进行分析，供给驾驶人员作参考使用，以保障安全。它主要是利用安装在汽车四个轮胎上的压力和温度检测模块来直接获取测量数据，再通过无线射频收发模块将采集的数据传输给驾驶室的人为操作控制模块，驾驶人员通过直观的观察和细致的分析各个轮胎的运转状况，然后及时作出调整，做到人车平安。（2）硬件部分

汽车轮胎压力监测系统的硬件设计总方案,包括汽车轮胎里检测系统的的测量发射模块的设计、无线接收模块的设计、电源模块的设计、RS232-USB接口转换器模块的设计、液晶显示器模块的设计、信号放大器处理模块的设计和中央处理模块的设计。（3）软件部分程序模块要求软件将程序代码通过烧入16位的MSP430系列单片机中，这样可以利用时钟CLK供大量外设工作，又能够作为中断源唤醒CPU,从而能够使系统的功耗达到1μA。程序部分主要包括主程序设计、压力传感器采集子程序设计、温度传感器采集自程序设计、无线收发模块子程序设计、电源管理模块子程序设计和LCD显示模块子程序设计。PARTFOUR试验方法试验方法12考虑到对TPMS系统性能和和功能指标的要求，已经选材和初步确定了汽车轮胎压力无线监测系统由数据采集收集模块、无线射频收发模块和LCD显示模块三部分构成。下面通过硬件电路进行描述。PARTFIVE硬件发射端硬件设计14数据采集发射模块要求能够实时监测轮胎压力和温度两个参数数据的信号，并对这些信号进行滤波放大，做一些信号调试上的处理，然后以射频调制信号的形式通过内置天线发送出去。无线射频收发端设计15无线射频收发模块分为无线发射模块和无线接收模块，它可以看作是模块数据间交换的桥梁。它能够发射和接收射频信号，并且要求能对信号进行处理。射频单元模块实现在微控制器作用下，对调制后的无线射频信号进行发射和接收工作。要求射频芯片做到接收灵敏度高，外围电路要简单，同时要求发射功率要大。无线射频收发端设计16无线射频收发模块分为无线发射模块和无线接收模块，它可以看作是模块数据间交换的桥梁。它能够发射和接收射频信号，并且要求能对信号进行处理。射频单元模块实现在微控制器作用下，对调制后的无线射频信号进行发射和接收工作。要求射频芯片做到接收灵敏度高，外围电路要简单，同时要求发射功率要大。

无线射频收发模块是由电源处理模块供电、MSP430单片机作为微控制器系统主要芯片、以射频调制/解调模块作为载体还有发射射频和接收射频信号的内置天线这几部分构成。其中，单片机为主的微控制器系统是核心，实现对整个射频单元模块的控制和信号传输过程中的基带信号的调试。要求单片机外形尺寸要小，稳定性能要高，运行速度要快，综合各方面的因素还是选择了MSP430系列单片机。LCD显示端设计17

由微处理器系统模块、LCD显示模块、射频接收解调单元模块、电源处理模块以及接收天线构成。微处理器系统作为核心部分，主要工作是控制外围设备单元如LCD显示器模块，进行数据处理，还能提供掉电保存系统设置参数。

射频接收解调单元模块主要用来接收无线发送过来的射频信号并进行解调工作，然后再将处理结果传送给系统核心微控制系统模块。主要硬件选型18压力传感器压力监测系统中的重要组成部分，由各种压力敏感元件将被测压力信号转变成相对来说容易测量和衡量电信号作为输出，给LCD显示屏显示压力值。本次设计采用的是MD-PS002型压力传感器，具有体积小、量程大等优点。其中+IN和-IN为传感器提供恒流源或者是恒压源,

可以是5V恒压源,或者是1mA的恒流源。-OUT和+OUT提供输出电压,150KP的压力传感器输出电压的方位是60-100mV

。

主要硬件选型19DS18B20是一种单总线数字温度传感器。DS18B20数据位越低、转换时间越短、反应越快、精度越低。单总线，即没有时钟线，只有一根通信线。单总线读写数据是靠控制起始时间和采样时间来完成，所以时序要求很严格。作为最受欢迎的一款温度计，它在实际中受到广泛应用。

其中GND接地线，Vdd接接电源电压，用于给温度传感器供电。DQ为数据总线，它的作用是将采集的信号转换成电信号之后通过这个引脚将数字信号发送给控制系统核心-MSP430F149，供单片机处理和计算。原理图20

PARTSIX软件系统的软件设计22

使用的软件：使用编程软件IAREmbeddedworkbenchEvaluation进行C语言程序代码的编写与编译工作；使用AltiumDesigner10.0进行电路原理图的绘制。系统的软件设计23

系统流程图：主函数流程图系统的软件设计24

系