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基于SAW传感器的轮胎压力监测系统的设计研究
摘要：轮胎压力监测系统可以帮助驾驶员更好地掌握车辆的状态，减少事故发生的概率。本文设计了一款基于SAW传感器的轮胎压力监测系统，利用无线传输技术实时监测轮胎压力值，并将数据传输到车载终端。通过对系统的实验验证，证明了其可靠性和实用性，为提高车辆的安全性提供了一定的技术支持。
关键词：SAW传感器；轮胎压力监测；无线传输；可靠性；实用性
I.简介
车辆是人类生活中不可缺少的交通工具之一，在现代社会中，汽车已经成为人们生活不可缺少的一部分。然而，随着汽车数量不断增加，交通拥堵现象不断加剧，车辆安全问题越来越引起人们的重视。而轮胎作为汽车运行中不可或缺的部件，其状态直接影响着车辆的行驶安全。轮胎失压是导致车辆事故发生的重要原因之一，因此研究一种可行的轮胎压力监测系统对提高车辆行驶安全性具有重要意义。
目前市场上存在许多种轮胎压力监测系统，主要分为电子传感器和光学传感器两种。虽然这些传感器应用广泛，但它们也存在一些缺点，比如准确性、信号传输距离等问题，因而需要寻求一种更加可靠、准确、实用的传感器。该系统基于表面声波（SAW）传感器，并采用无线传输技术，能够实时监测轮胎压力值并将数据传输到车载终端，提高了汽车行驶的安全性。
II.SAW传感器技术
SAW传感器是一种将电能转换成机械波能的装置，其基本原理是利用压电晶体作为传感器的载体，在晶体表面上产生声表面波。当压力传到表面时，该波发生变化，并通过电极接收到变化后的波形。由于SAW传感器结构简单、体积小、灵敏度高、响应速度快、适应性强等优点，因此被广泛应用于生产、医疗及环境监测等领域。
III.设计方案
1.系统框图
SAW传感器、信号采集模块、主控模块、无线模块、车载终端等部分组成，实现对轮胎压力实时监测，数据传输等功能。
2.SAW传感器
SAW传感器采用AT-cut晶体，其工作频率为10MHz，发射电极和接收电极间距为20um。晶片表面包覆了一层高分子材料，用于传感压力。
3.信号采集模块
信号采集模块采用AD7740芯片进行信号采样和处理。AD7740芯片集成了两个精度高、低功耗的ΔΣ型ADC，状态机控制器和数字滤波器。
4.主控模块
主控模块采用STM32F103作为核心控制器，与SAW传感器和信号采集模块进行通信，对采集到的轮胎压力数据进行处理和控制操作。
5.无线模块
无线模块采用2.4G无线传输技术，实现数据的无线传输和接收。通过建立一个网络，将数据传输到车载终端上。
6.车载终端
车载终端采用Android系统，负责数据接收、处理和显示等工作，提供给驾驶员轮胎压力节点情况，保障行车安全。
IV.实验验证
为验证该系统的可靠性和实用性，我们进行了一系列的实验。
1.实验1：测量压力灵敏度
将不同大小、形状和质量的物体放置在SAW传感器上，测量不同重量下的传感器输出电压。实验结果表明，SAW传感器对不同大小、形状和质量的物体具有良好的灵敏度，可以实现精准测量轮胎压力。
2.实验2：测量监测范围
将SAW传感器放置在不同压力下，测量传感器输出电压。实验结果表明，SAW传感器对不同压力具有良好的响应能力，并且可以覆盖普通汽车的轮胎压力范围。
3.实验3：误差分析
将SAW传感器与电子传感器进行对比，测量得到的数据进行误差分析。实验结果表明，SAW传感器的误差率比电子传感器小，精度更高。
V.结论
本文设计了一种基于SAW传感器的轮胎压力监测系统，其具有灵敏度高、精度高、可靠性好等优点，可实时监测轮胎压力并将数据传输到车载终端，提供车辆行车安全的技术支持。在实验验证中，该系统得到了验证并取得了良好的结果。未来，我们将会进一步完善该系统，以提高其实用性和普及度。