專利名稱：一種智能汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及汽車電子、無線通信技術領域，尤其是涉及一種利用傳感器、RF技術保障汽車行駛安全的智能汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)。
技術背景在汽車的高速行駛過程中，輪胎故障是所有駕駛者最為擔心和最難預防的，也是突發(fā)性交通事故發(fā)生的重要原因。據(jù)統(tǒng)計，在中國高速公路上發(fā)生的交通事故有70％是由于爆胎引起的，而在美國這一比例則高達80％。怎樣防止爆胎已成為安全駕駛的一個重要課題。據(jù)國家橡膠輪胎質量監(jiān)督中心的專家分析，保持標準的車胎氣壓行駛和及時發(fā)現(xiàn)車胎漏氣是防止爆胎的關鍵。而TPMS——車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)毫無疑問將是理想的工具。TPMS是“Tire Pressure Monitoring System”的英文縮寫形式，主要用于在汽車行駛時實時地對輪胎氣壓進行自動監(jiān)測，對輪胎漏氣和過高、過低氣壓進行報警，以保障行車安全。目前，TPMS主要分為兩種類型，一種是Wheel-Speed Based TPMS(簡稱WSB TPMS，或稱為間接式TPMS)，要求使用車輛防抱死制動系統(tǒng)(ABS)來確定輪胎壓力變化的系統(tǒng)。ABS通過車速傳感器來確定車輪是否抱死，從而決定是否啟動防抱死系統(tǒng)。對于在4個輪子上都裝有車輪速度傳感器的系統(tǒng)來說，此類軟件的升級可以用于監(jiān)測車速的變化，輪胎壓力變低也會導致車速發(fā)生變化。當輪胎壓力降低時，車輛的重量會使輪胎直徑變小，這反過來會導致車速發(fā)生變化。經(jīng)過正確計算，這種車速變化可用于觸發(fā)警報系統(tǒng)來向司機發(fā)出警告。
另一種是Pressure-Sensor Based TPMS(簡稱PSB TPMS，或稱為直接式TPMS)，這種系統(tǒng)是利用安裝在每一個輪胎里的壓力傳感器來直接測量輪胎的氣壓，并對各輪胎氣壓進行顯示及監(jiān)視，當輪胎氣壓太低或有滲漏時，系統(tǒng)會自動報警。報告認為PSBTPMS從功能和性能上均優(yōu)于WSB TPMS。
目前直接式TPMS技術又分為主動式和被動式兩種，主動式系統(tǒng)是將壓力傳感器安裝在每個輪圈上，而車子既有的各種遙控開關裝置，包括RKE(Remote Key Entry)、Passive Entry、Passive Start System中的射頻組件可作為胎壓量測的接收器，進而整合為一完整的胎壓監(jiān)控系統(tǒng)。主動式技術的優(yōu)點是，它是一成熟的技術，開發(fā)出來的模塊可適用于各廠牌的輪胎，但唯一的缺點，其感應模塊需要電池供電，因此有使用壽命的問題。
至于被動式技術，雖然此技術不用電池供電，但是它需要將轉發(fā)器整合至輪胎中，這牽涉到各輪胎制造商需建立一共通的標準才有可能。因此，雖然目前西門子與米其林正在開發(fā)此一技術，但尚沒有成熟的產品出現(xiàn)。

發(fā)明內容
本實用新型所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術現(xiàn)狀，提供一種電路結構簡單、可靠性高、成本低的，可利用傳感器、RF技術保障汽車行駛安全的智能汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)。
本實用新型解決上述技術問題所采用的技術方案為一種智能汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)，包括有發(fā)射裝置和可接收來自發(fā)射裝置發(fā)射信號的接收裝置；發(fā)射裝置包括有與汽車輪胎數(shù)目相對應個數(shù)的，并分別安裝在每個輪胎內的n個檢測模塊；接收裝置包括有一個安裝在汽車駕駛室的面板上的接收模塊；采取的技術措施包括檢測模塊由射頻發(fā)射芯片、發(fā)射微處理器、壓力傳感器、溫度傳感器、電源管理單元5個部分配接組成；接收模塊由射頻接收芯片、接收微處理器、報警單元、顯示單元及CAN總線接口5個部分配接組成。
為優(yōu)化上述技術方案，具體的技術措施還包括電源管理單元由鋰電池供電，并在電源管理單元中設有振動開關；該振動開關具有在汽車行駛到預設速度打開并通知檢測模塊中的發(fā)射微處理器工作。
壓力傳感器具有由發(fā)射微處理器控制的四種工作模式；分別為空閑模式、檢測壓力模式、檢測溫度模式、讀出模式。
發(fā)射微處理器設置壓力傳感器工作在空閑模式，射頻發(fā)送芯片為STOP模式；壓力傳感器在空閑模式具有每3秒通過觸發(fā)中斷喚醒發(fā)射微處理器；發(fā)射微處理器具有將壓力傳感器的工作模式依次改為檢測溫度、檢測壓力和讀出，射頻發(fā)送芯片調整為SEND模式，射頻發(fā)送芯片具有讀取溫度和壓力數(shù)值的發(fā)送編碼。
射頻接收芯片具有由接收微處理器配置的控制寄存器，該控制寄存器工作在430MHz至440MHz的FSK模式；射頻接收芯片具有接收檢測模塊發(fā)送的MANCHESTER編碼。
FSK模式的數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾适?600波特率，且數(shù)據(jù)通過CAN總線存儲，并結合汽車的電子穩(wěn)定系統(tǒng)和電子制動力分配系統(tǒng)進行智能處理。
壓力傳感器、溫度傳感器包含有作為中心元件的發(fā)射芯片IC1，發(fā)射芯片IC1具有的引腳S1和S0端為控制輸入端，控制待機、測量溫度、測量壓力、測量輸出四種模式；引腳DATA和CLK端為數(shù)據(jù)和時鐘輸入端，用作讀取溫度、壓力數(shù)據(jù)的比較輸入；引腳OUT端為比較輸出端，用作讀出數(shù)據(jù)，并具有輸出周期的脈沖觸發(fā)發(fā)射單片機CPU；引腳RST端為壓力傳感器的復位輸出端；發(fā)射微處理器包括復合發(fā)射單片機CPU，射頻發(fā)射芯片包括RF電路發(fā)射芯片IC2，發(fā)射單片機CPU周期性的對發(fā)射芯片IC1觸發(fā)喚醒，讀取溫度和壓力，把數(shù)據(jù)送至發(fā)射芯片IC2通過FSK調制到434MHz的射頻上發(fā)射出去。
射頻接收芯片為一個單片機FSK的接收芯片IC1，其內部包含PLL電路和超外差接收電路，接收到的信號通過SPI總線發(fā)給構成接收單片機CPU的接收芯片IC3，接收單片機CPU經(jīng)SPI總線將配置信息寫入接收芯片IC1；接收單片機CPU的接收芯片IC3對接收到的數(shù)據(jù)進行初步處理，通過RS232接口發(fā)送給顯示單元；編碼的射頻數(shù)據(jù)，以TTL電平的串行數(shù)據(jù)由MOSI口輸出，并在SCLK口上同步輸出時鐘信號；接收微處理器通過時鐘信號來讀取射頻數(shù)據(jù)。
顯示單元是處理壓力傳感器信號并顯示和報警；接收芯片IC1接收的信號通過RS232接口送給接收芯片IC2；顯示單元的顯示采用LCD顯示電路，其中接收芯片IC4是LCD顯示驅動芯片，CPU和作為顯示驅動芯片的接收芯片IC4通過CAN總線傳輸數(shù)據(jù)。
與現(xiàn)有技術相比，本實用新型采用的檢測模塊由射頻發(fā)射芯片、發(fā)射微處理器、壓力傳感器、溫度傳感器、電源管理單元5個部分配接組成；接收模塊由射頻接收芯片、接收微處理器、報警單元、顯示單元及CAN總線接口5個部分配接組成。
本實用新型有以下三個方面的創(chuàng)新和優(yōu)點一是用振動開關配合軟件的節(jié)能控制方案，延長傳感器使用壽命當車輛啟動時，振動開關自動的工作，喚醒檢測模塊，啟動檢測和發(fā)射功能，在運行的過程中，如果輪胎壓力、溫度正常，檢測模塊降低檢測和發(fā)射頻率。由于振動開關不需增加另外的能耗，所以可以大大的延長系統(tǒng)的使用壽命；二是前的TPMS系統(tǒng)對于檢測到的汽車輪胎壓力和溫度值一般只是進行了顯示，在系統(tǒng)出現(xiàn)異常時進行報警，沒法進行數(shù)據(jù)的存儲以便查詢，本系統(tǒng)將通過外擴的CAN總線接口將輪胎的各項數(shù)據(jù)傳送到汽車中央控制系統(tǒng)，由中央控制系統(tǒng)根據(jù)要求對這些數(shù)據(jù)進行存儲，在需要時通過CAN提取數(shù)據(jù)并進行顯示，便于事故的分析處理；三是目前的TPMS系統(tǒng)在檢測到汽車輪胎壓力和溫度異常時只是通過液晶模塊進行顯示，提醒駕駛者的注意，沒有自動保護的功能。在本系統(tǒng)中，在中央控制系統(tǒng)得到輪胎異常的參數(shù)報警后，一方面進行顯示報警，另一方面啟動汽車的自動保護功能，通知汽車的電子穩(wěn)定系統(tǒng)ESP和電子制動力分配系統(tǒng)EBD，防止汽車因輪胎故障而出現(xiàn)跑偏、翻車等事故，同時也通過汽車后燈向后面行駛的車輛進行報警，以減少交通事故的發(fā)生。因此方便了使用者操作，實用性很強。


圖1是本實用新型實施例的構成方框圖；圖2是圖1中檢測模塊工作流程圖；圖3是圖1中接收模塊程序流程圖；圖4是圖1中檢測模塊電路設計圖；圖5是圖1中接收模塊電路設計圖。
具體實施例
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細描述。
圖1至圖5所示，本實用新型采用的為直接式、主動式技術。
其裝置的整體框圖如圖1所示，系統(tǒng)由n個檢測模塊，本實施例為4個，根據(jù)汽車輪胎數(shù)目確定，每個輪胎配一個，和一個接收模塊組成。檢測模塊主要是由射頻發(fā)射芯片、微處理器、壓力傳感器、溫度傳感器、電源及其管理模塊組成；接收模塊主要由射頻接收芯片、微處理器、報警單元、顯示單元、CAN總線接口等5個部分組成。
檢測模塊具體工作流程如圖2。其安裝在輪胎內，由3V鋰電池供電，在電源管理部分加入了振動開關。振動開關在汽車行駛到一定速度后打開，通知檢測模塊中的微處理器工作，這樣可以有效降低檢測模塊的功耗，從而延長檢測模塊的使用壽命。一般輪胎壓力傳感器有四種工作模式分別為空閑、檢測壓力、檢測溫度、讀出。其工作狀態(tài)由檢測模塊的微處理器控制，上電復位后微處理器設置傳感器工作在空閑模式，射頻發(fā)送芯片為STOP模式。壓力傳感器在空閑模式下每3秒通過觸發(fā)中斷喚醒微處理器。微處理器被喚醒后，將傳感器的工作模式依次改為檢測溫度、檢測壓力和讀出，調整射頻發(fā)送芯片為SEND模式，通知射頻發(fā)送芯片將讀取的溫度和壓力數(shù)值用MANCHESTER編碼方式發(fā)送。發(fā)射完成后再重新讓壓力傳感器進入空閑模式，同時射頻發(fā)送芯片進入STOP模式。這樣的工作模式是為了降低功耗，延長檢測模塊的使用壽命。同時微處理可根據(jù)輪胎壓力、溫度的突變來改變數(shù)據(jù)更新的速度，更及時地告知駕駛員輪胎壓力、溫度的突然變化。
接收模塊具體工作流程如圖3，其安裝在汽車駕駛室的面板上，通過指示燈閃爍、發(fā)出警告聲和液晶顯示來告知駕駛員車輛各輪胎當前的壓力及溫度狀況是否異常。接收模塊的軟件主體是一個循環(huán)接收處理數(shù)據(jù)的循環(huán)，定時器溢出中斷將打斷非完整數(shù)據(jù)的接收過程，并將相關數(shù)據(jù)狀態(tài)初始化后重新回到此循環(huán)中。射頻接收芯片在開始接收之前，需要由射頻接收芯片及微處理器對射頻接收芯片的控制寄存器進行配置，使其工作在434MHz、FSK模式下。此過程中微處理器是主機，射頻接收芯片是從機，可通過微處理器的SPI模塊功能實現(xiàn)。完成配置后，設置射頻接收芯片為主機，微處理器為從機。射頻接收芯片在接收到壓力監(jiān)測模塊發(fā)送的MANCHESTER編碼的射頻數(shù)據(jù)后，將其轉化成TTL電平的串行數(shù)據(jù)從MOSI口輸出，并在SCLK口上同步輸出時鐘。這樣微處理器就可以通過時鐘信號來準確地讀取射頻數(shù)據(jù)。
FSK模式下數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾适?600波特率。為了能剔除錯誤信號，在讀取數(shù)據(jù)每一位時，都開啟定時器溢出中斷來確保濾去不完整的數(shù)據(jù)，并且開始等待下一次的數(shù)據(jù)楨。在每一個數(shù)據(jù)楨接收完畢后，微控制器都要計算校驗和，與接收到的校驗和相比較，從而判斷此次數(shù)據(jù)楨是否正確。同時數(shù)據(jù)將通過CAN總線，進行存儲。并結合車輛的電子穩(wěn)定系統(tǒng)ESP和電子制動力分配系統(tǒng)EBD進行智能處理。具體程序流程如圖3所示。
如圖4所示，圖1中檢測模塊電路設計圖；IC1是汽車輪胎專用的溫度壓力傳感器，可以檢測溫度、壓力，同時內部還有電源管理功能。PIN1(S1)和PIN8(S0)是控制輸入，決定工作模式，有四種模式待機、測量溫度、測量壓力、測量輸出。PIN6(DATA)和PIN7(CLK)是數(shù)據(jù)和時鐘輸入，在讀取溫度、壓力數(shù)據(jù)時需要把比較數(shù)據(jù)輸入，比較輸出從PIN4(OUT)輸出，這樣就可以讀出數(shù)據(jù)。PIN4在待機時會輸出周期的脈沖，喚醒CPU。PIN5(RST)是傳感器的復位輸出，大約一小時輸出一個低脈沖，復位CPU。這樣，可以周期性的喚醒CPU，間隔一小時還會復位CPU，徹底杜絕CPU死機的現(xiàn)象。
IC2是一個復合了CPU和RF電路的芯片，CPU周期性的被IC1喚醒，讀取溫度和壓力，并根據(jù)實際情況，把數(shù)據(jù)通過FSK調制到433.92MHz的射頻上發(fā)射出去。
如圖5所示，為接收模塊電路設計圖；IC1是一個單片F(xiàn)SK接收芯片，內部包含PLL電路和超外差接收電路，接收到的信號通過SPI總線發(fā)給CPU，同時，CPU也通過SPI總線將配置信息寫入IC1。
IC3是CPU，對接收到的數(shù)據(jù)進行初步處理，通過RS232接口發(fā)送給顯示模塊。
顯示模塊功能是處理傳感器信號并顯示和報警。接收模塊來的信號通過RS232接口送給IC2，IC2是飛利浦的一款單片機，功能先進。采用LCD顯示電路，IC4是飛利浦的LCD顯示驅動芯片。CPU和顯示芯片通過12C總線傳輸數(shù)據(jù)。
本方案的TPMS有以下三個方面的創(chuàng)新和優(yōu)點一是用振動開關配合軟件的節(jié)能控制方案，延長傳感器使用壽命當車輛啟動時，振動開關自動的工作，喚醒檢測模塊，啟動檢測和發(fā)射功能，在運行的過程中，如果輪胎壓力、溫度正常，檢測模塊降低檢測和發(fā)射頻率。由于振動開關不需增加另外的能耗，所以可以大大的延長系統(tǒng)的使用壽命；二是前的TPMS系統(tǒng)對于檢測到的汽車輪胎壓力和溫度值一般只是進行了顯示，在系統(tǒng)出現(xiàn)異常時進行報警，沒法進行數(shù)據(jù)的存儲以便查詢，本系統(tǒng)將通過外擴的CAN總線接口將輪胎的各項數(shù)據(jù)傳送到汽車中央控制系統(tǒng)，由中央控制系統(tǒng)根據(jù)要求對這些數(shù)據(jù)進行存儲，在需要時通過CAN提取數(shù)據(jù)并進行顯示，便于事故的分析處理；三是目前的TPMS系統(tǒng)在檢測到汽車輪胎壓力和溫度異常時只是通過液晶模塊進行顯示，提醒駕駛者的注意，沒有自動保護的功能。在本系統(tǒng)中，在中央控制系統(tǒng)得到輪胎異常的參數(shù)報警后，一方面進行顯示報警，另一方面啟動汽車的自動保護功能，通知汽車的電子穩(wěn)定系統(tǒng)ESP和電子制動力分配系統(tǒng)EBD，防止汽車因輪胎故障而出現(xiàn)跑偏、翻車等事故，同時也通過汽車后燈向后面行駛的車輛進行報警，以減少交通事故的發(fā)生。
雖然本實用新型已通過參考優(yōu)選的實施例進行了圖示和描述，但是，本專業(yè)普通技術人員應當了解，在權利要求書的范圍內，可作形式和細節(jié)上的各種各樣變化。
權利要求1.一種智能汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)，包括有發(fā)射裝置和可接收來自發(fā)射裝置發(fā)射信號的接收裝置；所述的發(fā)射裝置包括有與汽車輪胎數(shù)目相對應個數(shù)的，并分別安裝在每個輪胎內的n個檢測模塊；所述的接收裝置包括有一個安裝在汽車駕駛室的面板上的接收模塊；其特征是所述的檢測模塊由射頻發(fā)射芯片、發(fā)射微處理器、壓力傳感器、溫度傳感器、電源管理單元5個部分配接組成；所述的接收模塊由射頻接收芯片、接收微處理器、報警單元、顯示單元及CAN總線接口5個部分配接組成。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種智能汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)，其特征是所述的電源管理單元由鋰電池供電，并在電源管理單元中設有振動開關；該振動開關具有在汽車行駛到預設速度打開并通知檢測模塊中的發(fā)射微處理器工作。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種智能汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)，其特征是所述的壓力傳感器具有由所述的發(fā)射微處理器控制的四種工作模式；分別為空閑模式、檢測壓力模式、檢測溫度模式、讀出模式。
4.根據(jù)權利要求2所述的一種智能汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)，其特征是所述的壓力傳感器具有由所述的發(fā)射微處理器控制的四種工作模式；分別為空閑模式、檢測壓力模式、檢測溫度模式、讀出模式。
5.根據(jù)權利要求1至4任一權利要求所述的一種智能汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)，其特征是所述的發(fā)射微處理器設置壓力傳感器工作在空閑模式，射頻發(fā)送芯片為STOP模式；壓力傳感器在空閑模式具有每3秒通過觸發(fā)中斷喚醒發(fā)射微處理器；發(fā)射微處理器具有將壓力傳感器的工作模式依次改為檢測溫度、檢測壓力和讀出，射頻發(fā)送芯片調整為SEND模式，射頻發(fā)送芯片具有讀取溫度和壓力數(shù)值的發(fā)送編碼。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種智能汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)，其特征是所述射頻接收芯片具有由接收微處理器配置的控制寄存器，該控制寄存器工作在430MHz至440MHz的FSK模式；射頻接收芯片具有接收檢測模塊發(fā)送的MANCHESTER編碼。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種智能汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)，其特征是所述的FSK模式的數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾适?600波特率，且數(shù)據(jù)通過所述的CAN總線存儲，并結合汽車的電子穩(wěn)定系統(tǒng)和電子制動力分配系統(tǒng)進行智能處理。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種智能汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)，其特征是所述的壓力傳感器、溫度傳感器包含有作為中心元件的發(fā)射芯片IC1，所述的發(fā)射芯片IC1具有的引腳S1和S0端為控制輸入端，控制待機、測量溫度、測量壓力、測量輸出四種模式；引腳DATA和CLK端為數(shù)據(jù)和時鐘輸入端，用作讀取溫度、壓力數(shù)據(jù)的比較輸入；引腳OUT端為比較輸出端，用作讀出數(shù)據(jù)，并具有輸出周期的脈沖觸發(fā)發(fā)射單片機CPU；引腳RST端為壓力傳感器的復位輸出端；所述的發(fā)射微處理器包括復合發(fā)射單片機CPU，所述的射頻發(fā)射芯片包括RF電路發(fā)射芯片IC2，所述的發(fā)射單片機CPU周期性的對發(fā)射芯片IC1觸發(fā)喚醒，讀取溫度和壓力，把數(shù)據(jù)送至所述的發(fā)射芯片IC2通過FSK調制到434MHz的射頻上發(fā)射出去。
9.根據(jù)權利要求8所述的一種智能汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)，其特征是所述的射頻接收芯片為一個單片機FSK的接收芯片IC1，其內部包含PLL電路和超外差接收電路，接收到的信號通過SPI總線發(fā)給構成接收單片機CPU的接收芯片IC3，接收單片機CPU經(jīng)SPI總線將配置信息寫入所述的接收芯片IC1；所述的接收單片機CPU的接收芯片IC3對接收到的數(shù)據(jù)進行初步處理，通過RS232接口發(fā)送給顯示單元；所述的編碼的射頻數(shù)據(jù)，以TTL電平的串行數(shù)據(jù)由MOSI口輸出，并在SCLK口上同步輸出時鐘信號；接收微處理器通過時鐘信號來讀取射頻數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權利要求1所述的一種智能汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)，其特征是所述的顯示單元是處理壓力傳感器信號并顯示和報警；所述的接收芯片IC1接收的信號通過RS232接口送給接收芯片IC2；所述的顯示單元的顯示采用LCD顯示電路，其中接收芯片IC4是LCD顯示驅動芯片，CPU和作為顯示驅動芯片的接收芯片IC4通過CAN總線傳輸數(shù)據(jù)。
專利摘要本實用新型公開了一種智能汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)，包括有發(fā)射裝置和可接收來自發(fā)射裝置發(fā)射信號的接收裝置；發(fā)射裝置包括有與汽車輪胎數(shù)目相對應個數(shù)的，并分別安裝在每個輪胎內的n個檢測模塊；接收裝置包括有一個安裝在汽車駕駛室的面板上的接收模塊；采取的技術措施包括檢測模塊由射頻發(fā)射芯片、發(fā)射微處理器、壓力傳感器、溫度傳感器、電源管理單元5個部分配接組成；接收模塊由射頻接收芯片、接收微處理器、報警單元、顯示單元及CAN總線接口5個部分配接組成。其電路結構簡單、可靠性高、成本低的，實現(xiàn)利用傳感器、RF技術保障汽車行駛安全。
文檔編號G08C19/00GK2821727SQ20052001434
公開日2006年9月27日 申請日期2005年8月25日 優(yōu)先權日2005年8月25日
發(fā)明者徐金榜, 黃光祥, 陳克波, 孫強, 呼延吉, 劉坦統(tǒng) 申請人:寧波市科技園區(qū)金榜汽車電子有限公司