大卡車用智能胎壓遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周有平 曾樹洪

（1.佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院物理與光電工程學(xué)院 佛山 528000；2.惠州學(xué)院信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院 惠州 516007）

引言

高速公路交通事件人財(cái)損失巨大，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)46 %的高速公路車禍?zhǔn)怯奢喬ス收弦鸬?，胎壓監(jiān)測是汽車安全行駛的重要保障因素[1-2]。大卡車運(yùn)行過程中具有負(fù)荷重、財(cái)產(chǎn)較多、司機(jī)主體及胎壓安全意識(shí)不強(qiáng)等原因，胎壓遠(yuǎn)程監(jiān)控是加強(qiáng)車輛安全運(yùn)行和管理重要措施[3-4]。大卡車由于車身長以及貨物量等阻礙原因，導(dǎo)致胎壓檢測中的無線傳輸信號(hào)需要中繼才能較好的實(shí)現(xiàn)對(duì)各輪胎的胎壓集中處理。本文基于大卡車胎壓檢測與遠(yuǎn)程報(bào)警的需要，設(shè)計(jì)了一套智能胎壓遠(yuǎn)程監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)，通過溫度壓力傳感器檢測各輪胎胎壓和溫度并通過無線射頻傳輸，胎壓溫度、壓力集中處理單元?jiǎng)t根據(jù)各胎壓情況進(jìn)行顯示和報(bào)警提醒，同時(shí)通過GSM網(wǎng)絡(luò)傳輸車輛運(yùn)行中的胎壓和溫度信息，供后臺(tái)進(jìn)行管理和監(jiān)測，必要時(shí)提醒司機(jī)及時(shí)處理胎壓，從而極大提高車輛安全運(yùn)行和過程責(zé)任監(jiān)控。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)包括胎壓監(jiān)測的前端、信號(hào)中繼、駕駛室集中處理器以及遠(yuǎn)程后臺(tái)管理等部分組成，如圖1所示。

前端放置于各輪胎中用于測量胎壓和溫度，主要包括圖中的胎壓、溫度數(shù)據(jù)采集傳感器、單片機(jī)和RF433發(fā)射單元等；后端單元放置駕駛室，主要包括圖中的RF433接收、單片機(jī)、GSM通信模組、胎壓溫度和報(bào)警信息顯示以及用戶胎壓報(bào)警設(shè)置等單元；中繼放置于大卡車駕駛室后部，車內(nèi)供電，完成胎壓和溫度數(shù)據(jù)從前端到后端的信號(hào)中繼。系統(tǒng)中單片機(jī)選用STC89C52，胎壓和胎溫檢測選用BMP180半導(dǎo)體集成傳感器模組。前端由于受紐扣電池供電能量的限制，采用定時(shí)喚醒檢測和發(fā)送數(shù)據(jù)的工作方式。

圖1 智能胎壓監(jiān)測系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

1.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

前端硬件主要完成胎壓和溫度的檢測，并采用RF433傳輸，胎壓和溫度檢測模組BMP180內(nèi)部集成了高精度的AD，功耗僅為5uA，RF433與CPU采用串行口連接，電源采用2個(gè)紐扣電池供電，設(shè)計(jì)的電路圖如圖2所示。

后端設(shè)計(jì)中采用CD4052進(jìn)行IO擴(kuò)展，胎壓和胎溫報(bào)警閾值由用戶設(shè)定并由LED和有源蜂鳴器進(jìn)行聲光報(bào)警，遠(yuǎn)程監(jiān)控則通過SIM800C GSM模塊通過短信進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳和報(bào)警下行的方式。根據(jù)系統(tǒng)信息流通方向，后端單元中將RF433無線芯片設(shè)置為接收模式，其波特率、頻道、透傳配置與前端和中繼的RF433無線發(fā)送芯片一致。后端電路設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖2 大卡車胎壓前端測量電路

系統(tǒng)中繼單元主要完成前端和后端信號(hào)的中繼，采取射頻出發(fā)喚醒的方式，即RF433接收到有效數(shù)據(jù)后喚醒CPU，同時(shí)將數(shù)據(jù)發(fā)送至后端，解決了大卡車因車身過長、貨物阻擋射頻等導(dǎo)致的數(shù)據(jù)傳輸問題，中繼電路設(shè)計(jì)如圖4所示。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 前端軟件設(shè)計(jì)

圖3 大卡車胎壓后端電路

圖4 大卡車胎壓監(jiān)測中繼電路

前端單元軟件設(shè)計(jì)主要包括上電初始化，由BMP180模塊負(fù)責(zé)采集當(dāng)前胎壓胎溫值，單片機(jī)向I2C總線發(fā)送尋址并讀取胎壓胎溫值[5-6]，隨后向串口發(fā)送當(dāng)前數(shù)據(jù)，經(jīng)過RF433模塊發(fā)送。前端單元上的RF433無線芯片設(shè)置為發(fā)送模式，波特率為9 600 bps，軟件程序框圖如圖5所示。

2.2 后端軟件設(shè)計(jì)

后端單元不受電源能量制約，CPU無線采用喚醒模式節(jié)能，射頻則采取常接收模。其主要功能是完成數(shù)據(jù)和報(bào)警信息顯示、用戶報(bào)警閾值設(shè)置、數(shù)據(jù)處理及GSM遠(yuǎn)程傳輸?shù)?。后端單元將RF433設(shè)置為接收模式，其波特率前端RF433一致。GSM采取AT命令完成數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳和接收。程序框圖如圖6所示。由于中繼單元不受電能約束，處于常態(tài)接收工作狀態(tài)，接收到數(shù)據(jù)后即刻轉(zhuǎn)發(fā)，故不再敘述。

3 結(jié)論

圖5 智能胎壓監(jiān)測系統(tǒng)前端程序框圖

圖6 智能胎壓監(jiān)測系統(tǒng)后端程序框圖

本文針對(duì)大卡車安全行駛中胎壓的監(jiān)測和管理需求，設(shè)計(jì)了智能胎壓遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，并充分考慮了大卡車和無線射頻的特點(diǎn)，將前端采取半導(dǎo)體集成傳感器，并設(shè)置為節(jié)能喚醒和單發(fā)射工作模式，后端設(shè)置為接收模式，中繼即時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)模式等，經(jīng)測試系統(tǒng)能較好的滿足大卡車車身長、貨物量大且具有一定阻礙性的具體胎壓要求，并能即時(shí)通過GSM方式管理胎壓，極大地督促了司機(jī)關(guān)注安全運(yùn)行中胎壓的責(zé)任，對(duì)保障車輛運(yùn)行中的人身和財(cái)產(chǎn)安全具有積極意義。