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基于CAN总线的轮胎智能实时监控系统

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0引言
汽车行驶安全是人们随着生活水平的提高，越来越关心的话题。汽车轮胎压
力将直接影响汽车行驶安全，还将影响车辆的油耗和轮胎的寿命[1]。TPMS是
汽车轮胎压力监视系统（TirePressuremonitoringSystem），主要用于在汽车
行驶时实时地对轮胎气压进行自动监测，对轮胎漏气、低气压、高压、高温等异
常情况进行报警，以保障行车安全。
纵观国内外这几年TPMS产品的发展变化，可以看出，国外TPMS产品的发
展主要集中在智能传感器的研究上，TPMS发射模块将向高度集成化、单一化、
无源化方向发展。本文阐述了一种新TPMS的发射和接受的设计原理。设计中采
用摩托罗拉面向TPMS的集成芯片MPXY8020A作为轮胎压力检测单元的主器件，
进一步减小了系统的体积、降低了系统的功耗.该系统不仅把采集到的压力、温
度值显示出来，并且该数值以CAN的格式发送到总线上，挂接在CAN总线上的
子系统，根据接收到的报文做出措施，这样使轮胎的重要性显得越来越明显。如
挂接在CAN系统上的发动机模块，如果从总线上采集到的数据表明压力值低于
标准值，则可以使它减速，避免对发动机系统造成磨损等等[2]。并且在现流行
的TPMS模块上加一个泄压模块，使得胎内压力永远不可能达到过压至爆胎状
态，使我们的行车更为安全、可靠。轮胎智能压力监控系统工作原理
1.1轮胎智能压力监控系统测压原理
它以锂亚电池为电源，通过植入轮胎里的压力温度传感器来直接测量轮胎的
气压和温度，并经无线调制发射出去，中央监视器模块通过无线接收、处理接收
的轮胎压力、温度信号和模块状态，通过显示部分可轮流显示各轮胎气压和温度，
驾驶者可以直观地了解各个轮胎的气压温度状况，根据提示，采取相关措施;
当轮胎气压过高、太低，温度过高，接收出现异常等系统就会自动进行报警。
1.2轮胎智能压力监测系统泄压原理在气门上安装一安全阀。安全阀是用来防
止系统内压力超过昀大许用压力以保护由于压力过高导致的爆胎现象，以保证行
车的安全。
图1安全阀的工作原理图。阀的输入口与控制系统（或装置）相连，当系
统压力小于此阀的调定压力时，弹簧力使阀芯紧压在阀座上，如图1（a）所示。
当系统压力大于此阀的调定压力时，则阀芯开启，压缩空气从R口排放到大气
中，如图1（b）所示。此后，当系统中的压力降低到阀的调定值时，阀门关闭，
并保持密封。
轮胎智能压力监测系统硬件设计整个系统由各个轮胎胎内模块、泄压模块和中
央控制器三部分组成。图1为轮胎压力监测系统的结构图，主要包括高精度集成
传感器MPXY8020[3]，胎内微控制和发射器MC68HC908RF2[4]，射频接收器
MC33594，主微控制器MC68HC908GZ16,CAN总线驱动器TJA1050T。
2.1胎内模块
图3所示为轮胎模块电路原理图。模块安装在轮胎气门芯上,由锂电池供电。
射频芯片的晶振频率为9.84MHZ,通过将MODE引脚置低电平选择FSK发射调制方
式，发射频率为434MHZ[5]。天线印制版电路的设计中利用环形天线技术[6]。

2.2中央模块中央模块包括射频接收和处理模块、报警显示模块和CAN总线收
发模块。射频和中央处理模块的功能是射频接收芯片MC33594解调出信号后送给
单片机MC68HC908GZ16进行数据处理,通过数码管进行显示、通过蜂鸣器发光二
极管进行声光报警，并通知其他CAN子系统，从而有效防止爆胎，减少其他系
统的磨损。硬件电路为图4、图5。

5CAN收发模块
2.3泄压模块在轮胎的气门嘴上安装一泄压阀，根据各种的轮胎，各类车型的不
同要求，自行设定一个轮胎胎内可以达到的昀高值，当胎压超过这一压力值时，
自动打开泄压阀进行泄压，因而，完全避免了在高压情况下产生的爆胎而引起的
交通事故。
3系统软件设计
3.1轮胎监测模块软件设计
监测模块要完成的功能主要有：对各芯片的初始化，压力、温度与极限报警阀值
的比较，当温度或压力超过极限报替阀值时对压力、温度进行精确采样、生成数
据帧、发射数据帧。流程图如下图6。
3.2中央控制模块软件设计
主控程序就是主函数，通过调用各子模块完成系统的工作。接收报瞥模块要
完成的主要功能为：各芯片初始化、配置接收器MC33594、接收数据、数据校验、
数据处理、显示数据、信息共享及声光报警。数据校验包括轮胎模块ID校验和
数据CRC校验。若接收的轮胎模块ID号为本系统中轮胎模块的ID，则进行CRC
校验，否则返回重新接收数据。若CRC校验合格即Crcb=0则进行数据处理。数
据处理是对接受到到温度、压力数据和各阀值进行比较，显示温度值、压力值、
轮胎标识