基于無線藍(lán)牙技術(shù)的胎壓監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)

黃明柱，肖歡，周疆豪，胡致銓，陳佳麗，李海龍

武漢科技大學(xué)鋼鐵冶金及資源利用省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

基于無線藍(lán)牙技術(shù)的胎壓監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)

黃明柱，肖歡，周疆豪，胡致銓，陳佳麗，李海龍

武漢科技大學(xué)鋼鐵冶金及資源利用省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

本設(shè)計(jì)提供一種基于無線藍(lán)牙通信技術(shù)的胎壓監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)，包括壓電式壓力傳感器、信號收集模塊、預(yù)設(shè)置模塊、信號分析模塊、信號發(fā)送模塊、車載報(bào)警器、車載顯示器。其中信號在各模塊之間采用無線藍(lán)牙傳輸技術(shù)進(jìn)行傳送。傳感器用于測定輪胎內(nèi)部的氣壓且內(nèi)置藍(lán)牙設(shè)備，置于輪轂中；預(yù)設(shè)置模塊用于設(shè)置胎壓標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)氣壓一旦超標(biāo)，系統(tǒng)便會(huì)發(fā)出警報(bào)；車載報(bào)警器用于報(bào)警；車載顯示器用于顯示當(dāng)前胎壓值；其它模塊用于信號的發(fā)送、收集、分析與計(jì)算，集成于信號處理器，其內(nèi)部也設(shè)有藍(lán)牙設(shè)備。本系統(tǒng)在汽車的行駛過程中能時(shí)刻監(jiān)測胎壓異常情況，氣壓一旦異常就會(huì)報(bào)警，減少因輪胎氣壓變化而產(chǎn)生的交通事故，保障駕駛員的生命財(cái)產(chǎn)安全。

胎壓監(jiān)測；無線藍(lán)牙技術(shù)；GSM網(wǎng)絡(luò)；傳感器

引言

在汽車行駛過程中，因輪胎而引起的事故值得人們關(guān)注，這在很大程度上是因?yàn)闅鈮鹤兓穑虼颂罕O(jiān)測是重要的研究課題之一。研究胎壓主要通過壓力傳感器監(jiān)測，將氣壓大小發(fā)送給信號處理器，通過其對比分析作出判斷，提示司機(jī)胎壓是否超標(biāo)。

1　研究背景

現(xiàn)有的胎壓監(jiān)測技術(shù)中，一般采用壓力傳感器監(jiān)測壓力，通過普通信號的傳輸，將壓力信號反饋給單片機(jī)結(jié)構(gòu)或集成電路結(jié)構(gòu)的中央處理器，最后實(shí)現(xiàn)報(bào)警。監(jiān)測方式分為直接式和間接式。例如基于延遲線型聲表面波的TPMS技術(shù)，其抗干擾能力強(qiáng)，但信號傳遞速度會(huì)受到壓電晶體的壓電性、介電性、彈性常數(shù)等因素的影響，導(dǎo)致信號傳遞延遲或不穩(wěn)定［1］；再如基于STC89C52單片機(jī)的TPMS，其信號處理過程非常優(yōu)異，但其使用的是輪速傳感器監(jiān)測胎壓，即間接方式，由于影響胎壓的因素很多，因此僅僅憑借輪速來測定胎壓容易導(dǎo)致監(jiān)測不準(zhǔn)等問題［2］。

另外，在信號傳輸方面，一般采用無線傳輸技術(shù)。例如基于CAN總線技術(shù)的TPMS、基于ARM技術(shù)的TPMS、基于C8051F單片機(jī)的無電池式TPMS等，其通過傳感器監(jiān)測并以無線網(wǎng)絡(luò)的方式傳輸信號，省去了冗雜的布線，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享與傳遞［3］［4］［5］。但普通無線傳輸也有其缺點(diǎn)，即不夠智能化而且信號抗干擾能力不強(qiáng)，容易導(dǎo)致監(jiān)測不準(zhǔn)等問題，而一些智能胎壓監(jiān)測系統(tǒng)又存在著制造難度高和成本高等弊端［6］。

因此，一種通過直接式的無源壓力傳感器來監(jiān)測胎壓，再通過一種抗干擾能力強(qiáng)且適用于近距離的信號傳輸方式將信號傳遞給信號處理器，并進(jìn)行分析判斷的胎壓監(jiān)測系統(tǒng)亟待研究。

2　發(fā)明內(nèi)容

本設(shè)計(jì)的目的是讓駕駛員時(shí)刻掌握行駛過程中輪胎的氣壓值，主要由壓電式壓力傳感器、信號收集模塊、預(yù)設(shè)置模塊、信號分析模塊、信號發(fā)送模塊、車載報(bào)警器、車載顯示器組成。所述的壓電式壓力傳感器安置在汽車的每個(gè)輪胎中，用于測定輪胎中的氣壓值；所述的信號收集模塊用于接收壓電式壓力傳感器測定的氣壓值；所述的信號分析模塊用于分析發(fā)送過來的氣壓值信號，并判別氣壓值是否超過預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，其第一輸入端與信號收集模塊的輸出端相連；所述的預(yù)設(shè)置模塊用于預(yù)先設(shè)定輪胎的安全氣壓值范圍，其輸出端與信號分析模塊的第二輸入端相連；所述的信號發(fā)送模塊用于傳輸輪胎中的氣壓值；所述的車載顯示器用于顯示輪胎中的氣壓值；所述的車載報(bào)警器用于報(bào)警提示。

3　研究的有益效果

系統(tǒng)在汽車的行駛過程中能時(shí)刻監(jiān)測胎壓異常情況，氣壓一旦異常就會(huì)報(bào)警，避免因輪胎氣壓變化而產(chǎn)生的交通事故，保障我們的生命財(cái)產(chǎn)安全。

4　具體實(shí)施方式

在附圖所示的實(shí)例中，所述壓電式壓力傳感器的關(guān)鍵在于壓電材料，其能夠?qū)⑺艿膲毫D(zhuǎn)換為隨壓力變化的電壓信號，再通過其內(nèi)部的放大器放大并通過其內(nèi)置的藍(lán)牙設(shè)備傳輸信號，用于測定輪胎中的氣壓值；所述的信號收集、分析和發(fā)送模塊集成于信號處理器，用于收發(fā)信號以及分析與計(jì)算信號值并作比較，并把結(jié)果輸出給顯示器，如果當(dāng)前值超標(biāo)，信號處理器還會(huì)發(fā)送警命令讓報(bào)警器報(bào)警；所述的預(yù)設(shè)置模塊用于預(yù)先設(shè)定輪胎的安全氣壓值，其輸出端與信號處理器相連；所述的車載顯示器用于顯示輪胎中的氣壓值，其輸入端與信號處理器相連；所述的車載報(bào)警器用于報(bào)警提示。

圖1　胎壓監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

使用本系統(tǒng)前，需通過預(yù)設(shè)值模塊設(shè)置輪胎氣壓的標(biāo)準(zhǔn)值范圍，用于信號處理器對比判別汽車行駛過程中輪胎氣壓是否處在安全的范圍內(nèi)。

5　結(jié)論與展望

現(xiàn)有技術(shù)一般采用普通無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號傳輸，將本設(shè)計(jì)與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用藍(lán)牙技術(shù)、GSM網(wǎng)絡(luò)以及無源壓電式壓力傳感器，比現(xiàn)有的TPMS信號傳輸更穩(wěn)定、更準(zhǔn)確、更靈敏且性能更可靠。

另外，本系統(tǒng)所包含每一個(gè)零部件都可以根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)制造出來，只需要將其中的電子零部件通過適當(dāng)?shù)慕M合封裝便可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的生產(chǎn)。

此胎壓監(jiān)測系統(tǒng)在傳感器上有一定的先進(jìn)性，能有效、及時(shí)并穩(wěn)定的測定信號并將其以藍(lán)牙信號方式發(fā)送出去，但其內(nèi)部的藍(lán)牙設(shè)備也需要電池，因此會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)在使用過程中要及時(shí)更換電池，從而帶來極大的麻煩。因此本系統(tǒng)在消除藍(lán)牙設(shè)備電池并通過其他方式為其供電方面還有待研究。

［1］徐文超.基于延遲線型聲表面波傳感器的無緣胎壓監(jiān)測系統(tǒng)研究［D］碩士.2012.

［2］袁偉光，佟亞洲，孫潤驊，等.基于STC89C52單片機(jī)的胎壓監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.科技傳播，2013（20）：200-201.

［3］張耀平.基于CAN總線技術(shù)的胎壓監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（20）：58.

［4］林超，雷勇.基于ARM及無線傳感器的轎車胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)測量與控制，2011（2）：283-285.

［5］黎步銀，唐燕.基于C8051F單片機(jī)的無電池式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)［J］.儀表技術(shù)與傳感器，2013（10）：61-64.

［6］蘆世雄.基于MPXY8300的智能胎壓監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.電子產(chǎn)品世界，2014（8）：52-54.

2015湖北省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，項(xiàng)目編號201510488020。

黃明柱（1994-）男，本科生。