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1、基于CAN总线技术的胎压监测系统摘 要伴随着工业经济的快速发展，汽车已经在社会上得到大量的使用，方便和便捷的公路交通，给人们带来了很多便利，但是伴随着汽车的大量使用，各种恶性的公路交通事故给人们的生命安全和社会经济的发展带来了严重的危害和损失。统计表明引起交通事故增长的主要原因是由于在公路行驶当中因轮胎故障所引起的轮胎爆胎，因而如何解决和防止轮胎爆胎，已成为全球的首要问题。为了防止和解决轮胎爆胎，轮胎压力监测系统（TPMS）就这样应运而生，并且作为汽车三大安全系统之一，与汽车安全气囊、防抱死制动系统（ABS）一起被大众认可并受到应有的重视。同时，在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性
2、、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来，而CAN总线协议所具有的高可靠性和良好的错误检测能力受到重视，被广泛应用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。针对当今的汽车运行安全问题，基于CAN总线技术在胎压监测系统中应用的设计，以及对于CAN总线通信协议技术如何提高汽车安全性能的研究具有非常重要的现实意义。本次论文对CAN总线技术和胎压监测系统的相关知识进行了系统的研究，并提出了基于CAN总线技术的胎压监测系统设计方案，从而实现轮胎压力和温度变化信息的实时采集、传送以及通过CAN总线协议传输到驾驶室的主控元件中并显示的显示屏中，以达到汽车驾驶员能够在
3、第一时间掌握汽车轮胎压力和温度的变化要求，并做出相应的反应，从而避免事故的发生。本次设计采用检测技术、无线通信技术、单片机技术、软件编程以及CAN总线技术来设计总体的系统。系统的设计包括数据的采集、监测和处理，无线发射、无线接收以及MCU数据的处理、CAN总线模块、MCU控制显示以及报警模块。通过基于CAN总线技术在胎压监测系统中应用的设计，实现对于汽车轮胎的气压和温度进行实时的监测、显示、处理以及报警的功能，实现设计的各项指标。关键词：CAN总线技术；胎压监测系统；轮胎压力；轮胎温度AbstractAlong with the rapid development of industrial
4、economy, the car has been in the community with a lot of use, convenience and ease road traffic, a lot of convenience to the people, but along with the extensive use of motor vehicles, a variety of malignant road traffic accidents to people safety of life and socio-economic development has brought s
5、erious damage and loss. Statistics show that the main cause accidents growth is a tire puncture caused by tire failure in which the highway, and thus how to solve and prevent the tire puncture has become the worlds most important issue. In order to prevent and solve tire puncture, the tire pressure
6、monitoring system (TPMS) thus came into being, and as one of the car the three safety systems, and automotive airbags, anti-lock braking system (ABS) with public recognition and due attention. Meanwhile, in the current automotive industry, for safety, comfort, convenience, low pollution, low-cost re
7、quirements of a variety of electronic control system is developed, the CAN bus protocol has a high reliability and error detection capabilities attention, is widely used in harsh automotive computer control systems and the ambient temperature, the strong electromagnetic radiation and vibration of in
8、dustrial environments. Run security issues for todays automotive, tire pressure monitoring system based on CAN bus technology in design, as well as how to improve vehicle safety performance for the CAN bus communication protocol technology has a very important practical significance. This paper a sy
9、stematic study of the knowledge of the CAN bus technology and tire pressure monitoring system and a tire pressure monitoring system based on CAN bus technology design in order to achieve the tire pressure and temperature changes in real-time information collection, transmission and protocol transmis
10、sion via the CAN bus to the main control component of the cab and displayed in the display, in order to achieve that car drivers the first time to grasp the tire pressure and temperature requirements, and react accordingly, thus avoiding accidents occurred. The design of detection technology, wirele
11、ss communication technology, microcomputer technology, software programming and CAN bus technology to design the overall system. System design, including data collection, monitoring and processing, wireless transmitter, wireless receiver and MCU data processing, the CAN bus module, MCU control and a
12、larm module. Through the design of the tire pressure monitoring system based on CAN bus technology to achieve real-time monitoring vehicle tire pressure and temperature, display, processing and alarm functions, the design of the indicators. Keywords：CAN bus technology; tire pressure monitoring syste
13、m; tire pressure; tire temperature目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章11.1 课题的研究背景11.2 课题的研究目的及意义11.3 课题的研究现状分析21.4 毕业设计的主要研究内容2第2章 CAN总线技术和轮胎压力监测系统分析42.1 CAN总线技术概述42.2 轮胎压力监测系统技术概述92.2.1 轮胎压力监测系统工作原理92.2.3 间接式胎压监测系统92.2.4 直接式胎压监测系统92.2.5 轮胎压力监测系统主要作用102.3 本章小结11第3章 系统方案的选择和确定123.1 轮胎压力监测系统（TPMS）工作方式的选择和确定123
14、.2 系统各个主控元件的选择和确定133.2.1 方案一133.2.2 方案二133.2.3 方案三133.3 传感器模块的选择和确定143.3.1 方案一143.3.2 方案二143.4 无线收发模块的选择和确定153.5 CAN总线模块的选择和确定153.6 本章小结17第4章 系统总体方案的设计和软件工具的介绍184.1 系统总体方案的设计184.2 软件工具的介绍194.2.1 IAR软件介绍194.2.2 KEIL软件介绍204.3 本章小结20第5章 系统各模块的设计215.1 数据采集和无线发射模块设计215.2 无线接收和CAN发射模块设计225.3 CAN接收和显示报警模块设
15、计235.4 本章小结24第6章 系统软件的设计256.1 数据采集和无线发射模块软件设计256.1.1 数据采集和无线发射模块主程序设计256.1.3 CC1101无线发射子程序设计266.2 无线接收和CAN发射模块软件设计276.2.1 无线接收和CAN发射模块主程序设计276.2.2 CC1101无线接收子程序设计276.2.3 CAN总线发射子程序设计286.3 CAN接收和显示报警模块软件设计296.3.1 CAN接收和显示报警模块主程序设计296.3.2 LCD12864显示子程序设计306.4 本章小结31第7章 实物的焊接与调试327.1 实物的焊接327.2 本章小结32第
16、8章 论文结论与展望348.1 论文的结论348.2 对本设计的展望35参考文献36致 谢3938第1章1.1 课题的研究背景随着工业经济的快速发展，汽车在社会上的大量使用，方便和便捷的公路交通，改变了人们的时空观念，拉近了地域距离，改善了人们的生活方式。但是伴随着汽车的大量使用，各种恶性的公路交通事故给人们的生命安全和社会经济的发展带来了严重的危害和损失，不断引起人们的重视。据2002年美国一个汽车学会调查，全美由于轮胎气压低或渗漏造成的交通事故平均每年有26万起；而在高速公路上发生的交通事故有70%是由于爆胎引起的；此外，轮胎发生故障的最主要原因是充气不足或轮胎渗漏。统计表明交通意外增加的
17、主要原因是高速行驶中因轮胎故障引起的爆胎。另据统计，在中国，46%的高速公路车祸缘于轮胎故障，这其中由于爆胎引起的交通事故占到总交通事故的70%之多。在高速公路上或是高速行驶中，由轮胎故障引起的交通事故具有极大地杀伤力，并且是一项很难预防的隐患，给人们的生命带来很大威胁1-6。1.2 课题的研究目的及意义在高速公路上或是高速行驶中，由轮胎故障引起的交通事故具有极大地杀伤力，并且是一项很难预防的隐患，给人们的生命带来很大威胁。因而如何解决和防止轮胎爆胎，已成为全球的首要问题。为了防止和解决轮胎爆胎，轮胎压力监测系统（TPMS）就这样应运而生，并且作为汽车三大安全系统之一，与汽车安全气囊、防抱死制
18、动系统（ABS）一起被大众认可并受到应有的重视。同时，在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来，而CAN总线协议可靠性高、性能极佳以及设计方法独特，受到越来越多的重视，在诸多领域得到广泛应用。同时利用CAN总线技术的系统排查错误能力极强，数据传输快，CAN在距离达到10km时仍可提供50kbit/s的数据传输速率。鉴于以上优点，CAN总线技术在高速网络和低速网络都得到了广泛的应用 7-8。因此，CAN总线技术己经在汽车业、航空业、工业控制、安全防护等领域中得到广泛应用。所具有的高可靠性和良好的错误检测能力受到重视，被广泛应用于汽
19、车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。因此针对当今的汽车运行安全问题，基于CAN总线技术在胎压监测系统中应用的设计，以及对于CAN总线通信协议技术如何提高汽车安全性能研究具有非常重要现实意义。1.3 课题的研究现状分析轮胎压力监测系统（TPMS）的技术在国外已经比较成熟，而且轮胎压力监测系统（TPMS）的模块设计将向着高度集成化、单一化、无源化的方向发张。在2000年11月1日美国总统克林顿签署批准了美国国会关于修改联邦运输法的提案，联邦法案要求2003年以后出产的所有新车都需将轮胎压力监测系统（TPMS）作为标准配置；2006年11月1日起所有需要行驶在高速公路上的汽
20、车都需配置轮胎压力监测系统（TPMS）。由此TPMS汽车轮胎智能监测系统得到广泛的认可，与防抱死制动系统（ABS）、汽车安全气囊一起构成汽车三大安全系统。因此，全球将会对TPMS的需求增大，今后我国也将会成为TPMS的生产大国，而且在我国现在已经有数百家的公司和生产厂家进行着TPMS的研发、设计和生产。同时，在当前的汽车产业中，出于对舒适性、安全性、低公害、低成本、方便性的要求，多种电子控制系统应用到了汽车系统中。由于多种电子控制系统之间数据的不兼容性，数据总线数量增加。为减少总线数量、提高数据传输质量，1986 年德国电气商博世公司推出了CAN 通信协议9-12。此后，CAN 通过ISO11
21、898 及ISO11519 进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。1.4 毕业设计的主要研究内容本文将主要对CAN总线技术和胎压监测系统进行分析、研究。论文的主要任务就是研究并设计一个基于CAN总线技术在胎压监测系统中应用的方案，实现轮胎压力和轮胎温度的变化信息的实时采集、传送以及通过CAN总线到达驾驶室主控元件中进行数据处理并且显示在显示器中，以达到汽车司机能够在第一时间掌握汽车轮胎压力和轮胎温度变化的要求，并做出相应的反应，从而避免事故的发生。采用检测技术、无线通信技术、单片机技术、软件编程以及CAN总线技术来设计总体的系统。系统的硬件设计包括数据的采集、监测和MCU数据处理，无
22、线发射、无线接收以及MCU数据的处理、CAN总线模块、MCU数据处理、显示以及报警模块。系统的发射模块包括数据的采集、处理和数据的无线发送，能够实时的监测和处理轮胎的压力和温度参数，并且通过无线的方式将监测的数据处理后通过无线的方式传送给接收模块，接收模块能够校验数据并通过MCU进行处理，并通过CAN总线模块传输，汽车驾驶室里通过CAN总线模块的接受以及MCU数据的处理并且将数据显示在显示屏上，从而实现实时的显示结果，用来告知驾驶员的各个轮胎的工作情况，并且能够实现报警的功能。系统的软件设计是对于硬件电路中的各个模块进行软件的编程，包括数据的监测、采集，以及无线的发射与接收程序，以及数据处理、
23、CAN模块程序设计、显示和报警的程序。通过基于CAN总线技术在胎压监测系统中应用的设计，实现对于汽车轮胎的气压和温度进行实时的监测、显示、处理以及报警的功能，实现基于CAN总线技术在胎压监测系统中应用的设计的各项指标。本论文的主要结构如下：第一章为绪论，概述了轮胎压力监测系统（TPMS）和CAN总线技术的研究背景和研究现状分析；第二章从理论上对CAN总线技术和轮胎压力监测系统（TPMS）的基本内容进行系统的研究与分析；第三章通过方案的比较来选择和确定系统的方案，确定系统中轮胎压力监测系统（TPMS）的工作方式以及系统的各个工作模块中所采用的元件；第四章综合考虑论文设计要达到的指标来进行系统总体
24、方案的设计，并描述了系统的总体工作框图和各个模块的工作框图，并介绍了本次论文设计所使用的软件工具；第五章根据系统的方案设计进行各个模块的设计，包括数据采集和无线发射模块设计、无线接收处理模块以，及CAN总线发射模块设计和CAN接收和显示报警模块设计并分析了各个模块的工作原理；第六章通过分析各个模块的设计和工作原理进行系统的软件设计，包括数据采集和无线发射模块软件设计、无线接收和CAN发射模块软件设计和CAN接收和显示报警模块软件设计；第七章根据系统的方案和各个模块的原理图进行实物的焊接和调试，并对调试的结果进行分析和总结。第2章 CAN总线技术和轮胎压力监测系统分析由于本文研究的是基于CAN总
25、线技术的胎压监测系统设计，因此在本章节中将对该CAN总线技术和轮胎压力监测系统（TPMS）的基本内容进行详细的介绍。2.1 CAN总线技术概述 CAN全称是控制器局域网（Controller Area Network），是一种控制现场网络的总线，也是一种支持实时控制和分布式控制的串行通讯网络。CAN总线规范已被ISO规定为国际标准，是很有前途的一种现场总线技术。CAN总线在低成本多线路网络和高速网络中都得到广泛应用，尤其是在控制系统中的执行机构和检测机构间的数据通信。CAN总线设计通讯可靠、成本低，在电力系统中得到了广泛应用，尤其是在早期的变电站综合自动化系统建设中起了很大作用。CAN总线上用
26、“显性”(Dominant)和“隐性”(Recessive)两个互补的逻辑值表示“0”和“1”。当总线上出现同时发送显性和隐性位时，其结果是总线数值为显性（即“0”与“1”的结果为“0”）。CAN_H 和CAN_L为CAN总线收发器与总线之间的两接口引脚，信号时以两线之间的“差分”电压形式出现。在隐性状态，CAN_H 和CAN_L被固定在平均电平附近，Vdiff近似于0。在隐性位期间或总线空闲时，总线发送隐性位。显性位以差分电压的形式表示。CAN总线位的数值表示如图2.1所示13-15。图2.1 CAN总线位的数值表示为了达到CAN总线设计的透明度以及实施的灵活性， CAN被细分为物理层(Ph
27、ysical Layer)和数据链路层(Data Link Layer)和。而数据链路层又可细分为介质访问控制子层(MAC)和逻辑链路控制子层(LLC)。其中逻辑链路控制子层(LLC)具有为远程数据传输以及数据请求提供服务的作用，确定LLC子层接收的报文是否被验收，为过载通知和恢复管理提供手段。介质访问控制子层(MAC)的主要是起到传送规则界定的作用，也就是执行仲裁、控制帧的结构、错误的标定、错误监测、故障的界定等。总线发送新报文以及接受报文状态均在MAC子层里确定，位定时(Bit Timing)的一般功能即可看做是其中的一部分。物理层是实际传输层，它根据所有的电气属性不同，实现其在不同节点间
28、的传送。对不同的节点而言，同一网络的物理层是相同的。CAN的层结构如图2.2所示16-18。图2-2 CAN的ISO/OSI参考模型的结构图在CAN系统里，系统结构信息与CAN节点无关（比如，站地址），这使得系统灵活性更好。在CAN系统里，可以直接添加网络节点而无需改变应用层或软件和硬件。标示符指定报文的寻址内容，但报文的目的地不在标识符中指出，然而，其数据特征使得网络上所有的节点可以通过一定的方式来判断该数据是否与它们相符合，其中采用的方式便是报文滤波，它可以使得任何数目的节点对同一报文独立相应；报文是否被所有的节点接受是靠错误处理和多点传送的功能来实现的。在一个给定的CAN系统里，位速率是
29、惟一的，并且是固定的。报文中的数据帧和远程帧都有标识符段，在访问总线期间，报文通过标识符确定了一个静态的（固定的）优先权。当多个CAN单元同时传输报文发生总线冲突时，标识符码值越小的报文优先级越高19。在CAN系统中，当总线处于空闲状态时，所有的单元都可将报文发送至总线。但是多个单元同时传送报文就会出现总线访问冲突的问题出现，CAN总线系统是采用标示符的逐位仲裁解决这个问题的，它确保了时间和报文均不损失。当同时发送的数据帧和远程帧具有相同标识符的时，数据帧优先于远程帧发送。在仲裁过程中，每一个发送器都对比自身电平与被监控的总线电平，电平相同则继续发送。如果发送电平而监视到电平显隐性是不同的，那
30、么自动退出仲裁，同时退出发送状态。在CAN系统中，为了保证数据发送的正确性和安全性，每一个CAN节点均采取了错误检测、错误自检以及错误标定等措施。CAN协议可使用循环冗余检查（CRC) 、应答错误、帧检查、位填充、总线检测等措施，其中含有报文内容检查和总线检测措施。 CAN协议支持两种帧格式，它们只是在确认区存在差异，一种被称为CAN标准帧，在CAN2.0协议的Part A进行定义，标准帧支持11bit的确认区长度，；另一种称为CAN扩展帧，在CAN2.0协议的Part B进行定义，扩展帧支持29bit的确认区长度20-22。数据帧的标准格式如图2.3所示，数据帧的扩展格式如图2.4所示。仲裁
31、场控制场数据场11位标识符SOFRTRIDEr0DLC图2.3 数据帧的标准格式仲裁场控制场11位标识符SOFRTRIDEDLC18位标识符 r1 r0SRR图2.4 数据帧的扩展格式编码即位编码(Bit Stream Coding)23-24。帧的帧起始、控制域、帧仲裁、CRC序列以及数据域均是采用位填充的方法实现编码的。检测过程中，只要检测到有5个连续位值对应相同，发送器便自动在检测的位流里插入一个补充位。数据帧或远程帧的其余位域(CRC界定符、应答域和帧结尾)格式固定，没有填充，错误帧和过载帧的格式也固定，它们不用位填充的方法编码。报文的位流根据“不归零”(NRZ)方法来编码。这就是说，
32、在整个时间里，位的电平或者为显性，或者为隐性。同步段4时间份额1时间份额1位时间=10时间份额传播段1时间份额4时间份额相位缓冲段1相位缓冲段2采样点一个标称的位时间分为：同步段、传播段、相位缓冲段1、相位缓冲段2。同步段用于同步各节点，正常情况下跳变沿落在此段内25-26。传播段用于补偿网络内的传输延时。采样点时刻读取的电平代表这个位的电平。位时间的定义如图2.5所示。图2.5 位时间的定义一个硬同步后，内部的位时间以同步段重新开始。因此，硬同步迫使引起硬同步的跳变沿位于重新开始的位时间同步段之内。重新同步的结果使相位缓冲段1增长，或使相位缓冲段2缩短。相位缓冲段加长或缩短的数量有一个上限，
33、此上限取决于重新同步跳转宽度。重新同步跳转宽度应设置为在1和最小值之间，时钟信息可以从位值转变中提取。只有一个固定的最大数量的连续位具有相同的值，这个属性使得总线单元可能在帧期间重新同步于位流。重新同步跳变时间的最大长度为29个位时间。相位误差以时间额数度量，由相对于同步段边沿的位置给出。当此误差的值小于或等于重新同步跳转宽度值时，硬件同步和重新同步的作用相同。当此误差大于重新同步跳转宽度时，差为正则相位缓冲段1就增长一个重新同步跳转宽度的值；如果相位误差为负，则相位缓冲段2就缩短一个重新同步跳转宽度的值。硬件同步和重新同步是同步的两种形式，应该遵循同步的规则：第一，在一个位时间里只允许一个同
34、步；第二，仅当采样点之前探测到的值与紧跟边沿之后的总线值不相符合时，才把边沿用于同步；第三，在总线空闲期间，无论何时有一由隐性转变到显性的边沿，就会执行硬同步；第四，符合规则第一和规则第二的所有其他从隐性转变为显性的边沿都对重新同步有效。例外的情况是，如果只有隐性到显性的边沿用于重新同步，所有发送显性位的节点的重新同步动作不同，将不会执行如同具有正相位误差的由隐性转变为显性的边沿所引起的那种重新同步。2.2 轮胎压力监测系统技术概述 胎压监测系统（TPMS）通过采用无线射频通信的胎压传感单元和胎压监测单元，实现了对轮胎压力的实时监控。其作用是实时自动检测轮胎气压，并对轮胎低气压和漏气进行报警，
35、以确保行车安全。胎压监测系统可分为两种：一种是间接式胎压监测系统，是通过轮胎的转速差来判断轮胎是否异常；另一种是直接式胎压监测系统，通过在轮胎里面加装四个胎压监测传感器，实现对轮胎气压和温度进行实时自动监测，并对轮胎高压、低压、高温进行及时报警，避免因轮胎故障引发的交通事故，以确保行车安全27-32。2.2.1 轮胎压力监测系统工作原理轮胎的胎骰上安装一个内置传感器，传感器中包括感应气压的电桥式电子气压感应装置，它将感应压力信号转换为电信号，通过无线发射装置将信号发射出来。 TPMS主要采用高灵敏度的传感器，实时检测汽车轮胎内部的压力、温度等数据，然后将采集的数据以无线方式传送到数据接收端，经
36、过嵌入式系统处理后并作出相应的响应，如显示数据变化、报警等，提醒驾车者，以确保行车安全 33-34。2.2.3 间接式胎压监测系统间接式（Wheel-Speed Based TPMS，简称WSB），这种系统是通过汽车ABS 系统的轮速传感器来比较轮胎之间的转速差别，以达到监测胎压的目的35-36。ABS通过轮速传感器来确定车轮是否抱死，从而决定是否启动防抱死系统。当轮胎压力降低时，车辆的重量会使轮胎直径变小，这就会导致车速发生变化，车速变化就会触发WSB的报警系统，从而提醒车主注意轮胎胎压不足。因此间接式的TPMS属于事后被动型TPMS。2.2.4 直接式胎压监测系统直接式（Pressure-
37、Sensor Based TPMS，简称PSB），这种系统是利用安装在每一个轮胎里的压力传感器来直接测量轮胎的气压和温度，利用无线发射器将压力信息从轮胎内部发送到中央接收器模块上的系统，然后对各轮胎气压数据进行显示。当轮胎出现高压，低压，高温时，系统就会报警提示车主。并且车主可以根据汽车的车型，用车习惯，地理位置自行设定胎压报警值范围和温度报警值。因此直接式的TPMS属于事前主动防御型TPMS。这两种系统各有优劣。直接系统功能更加全面，可以实时此采集每个轮胎内部的实际瞬压数据，并及时进行处理，第一时间发现故障轮胎。间接系统相对廉价，可在一些已经装备了4轮ABS的汽车上进行改进。但是，间接系统有
38、其局限性，最主要的劣势是准确率不高，不能及时准确的确定故障轮胎。当然还有一种复合式TPMS，它综合了上述两个系统的优点，轮胎内装备直接传感器配置在两个互相成对角的车胎内，并装备一个4轮间接系统。与上面介绍的两种单一系统相比，这种复合式系统成本相对而言更合理，同时克服间接系统的缺点，如一个轮胎出问题导致系统无法检测。但是，它采集4个轮胎内实际压力和温度实时数据的能力还是比较差37-40。 当前的轮胎压力监测系统缺点还是比较明显的，需要不断完善。对于间接系统而言，任一轮胎出现问题就导致系统停止工作，从而不能显示多个轮胎的故障问题；车速过高，如100 km/h以上时监测性能极差直至丧失。而对于直接系
39、统而言，无线信号传输的可靠性和稳定性、报警提示的准确性（有无误报、错报）、传感器的使用寿命、以及传感器的耐压性等都是亟待提高的。2.2.5 轮胎压力监测系统主要作用1. 在预防事故发生方面，胎压监测系统有其独特的优势。现有的大多数汽车安全措施如EDS、ABS、安全气囊等，均是交通事故发生后才能起到保护车上人员的人身安全，而TPMS则是在交通事故发生之前就提醒驾车人员轮胎出现问题，所以驾驶员可以及时采取措施，避免了交通事故的发生。2. 使轮胎在正常状态下工作，延长轮胎使用寿命。通过使用该系统，驾驶员可以实时了解汽车车胎内部的气压和温度，一旦轮胎出现了异常情况，驾驶证便可采取措施，保证车胎的气压在
40、一个正常的水平工作，从而延长其使用寿命。 3. 减少能源消耗，使得行车消费更经济，同时有利于环保。有实验数据显示，汽车轮胎气压不正常时，油耗将上升。例如汽车胎压低于标准气压值 30% ，将会导致油耗将上升 10% 。 4. 有效的延长了汽车零部件的使用寿命。当汽车胎压不稳定时，汽车会在一个颠簸的情况下行驶，这种情况的长时间累计，会给汽车的悬挂系统和汽车发动机底盘造成一定的伤害，日积月累的摩擦使得汽车各部件的使用寿命缩减，而使用 TPMS能有效避免了汽车在胎压不稳情况下的行驶。 2.3 本章小结本章主要介绍了CAN总线技术和轮胎压力监测系统（TPMS）的基本内容，介绍了CAN总线技术的数值表示、
41、结构图、数据帧等内容，以及CAN总线技术工作的原理，介绍了轮胎压力监测系统（TPMS）的各种工作方式、工作原理，以及相互之间的区别。通过这些介绍，为本次毕业设计给予了很好的理论基础。第3章 系统方案的选择和确定基于CAN总线技术的胎压监测系统设计，综合运用传感器检测技术、无线通信技术、单片机技术及CAN总线技术来设计。该系统能检测轮胎温度和压力波动情况，并对检测数据进行分析和实时处理。由于本次设计中的胎压监测模块采用的是无线方式，因此系统的数据采集和发射模块无需通过有线方式向轮胎外面发送数据，整个数据采集系统封闭在轮胎的中，所以要求系统硬件体积要小；同时在轮胎中系统维修和器件更换不方便，因而要
42、求数据采集和发射模块功耗要低，工作时间要长，性能好。有数据表明，轮胎在高速运转时，如果轮胎压力为正常标准的1.2倍，则会因为轮胎与地面接触面积减少而导致单位面积轮胎的压力增高，从而使轮胎磨损更严重。已经有试验证明：提高轮胎内部压力25会使其寿命降低15.20左右；而降低轮胎内部压力25会导致轮胎寿命降低30左右；轮胎温度的升高会导致其变形，正常运转温度不能超过80，当轮胎内部的温度高达95及以上时，轮胎就极有可能出现故障而十分危险。因此本次系统的设计能够实现的技术要求是轮胎的压力高于275kpa（标准胎压）的1.2倍或低于275kpa的75时，系统给驾驶员进行报警，当轮胎内的温度高于70（标准
43、温度安全值）时进行报警41-42。3.1 轮胎压力监测系统（TPMS）工作方式的选择和确定这两种系统各有优劣。直接系统功能更加全面，可以实时此采集每个轮胎内部的实际瞬压数据，并及时进行处理，第一时间发现故障轮胎。间接系统相对廉价，可在一些已经装备了4轮ABS的汽车上进行改进。但是，间接系统有其局限性，最主要的劣势是准确率不高，不能及时准确的确定故障轮胎。所以为了能够准确的实时定位到每个轮胎的数据，综合考虑轮胎压力监测系统（TPMS）的直接式和间接式工作方式，本次论文的设计采用轮胎压力监测系统（TPMS）的直接式方式进行检测。3.2 系统各个主控元件的选择和确定3.2.1 方案一 无线发射模块的
44、主控元件采用AT89S52单片机21，可以很好的处理传感器采集到的数据，并且外围元件比较简单，编程容易实现，但是供电电压为5V供电。无线接收以及CAN发射的模块的主控元件采用AT89S52单片机，可以很好地处理无线接收到的数据，并且和CAN发射模块有着良好的电平匹配性，易于实现控制。CAN接收以及控制显示报警模块的主控元件采用AT89S52单片机，和CAN发射模块有着良好的电平匹配性，易于实现控制，并且控制显示在LCD12864液晶屏上容易实现，报警系统也容易编程实现43-44。3.2.2 方案二 无线发射模块的主控元件采用MSP430单片机，可以很好的处理传感器采集到的数据，并且外围元件比较
45、简单，编程容易实现，并且供电电压为3.3V供电，可以很好实现设计要求的在轮胎里面模块的低功耗性，使用时间更长久。无线接收以及CAN发射的模块的主控元件采用MSP430单片机，可以很好地处理无线接收到的数据，但是和CAN发射模块的连接需要电平转换模块。CAN接收以及控制显示报警模块的主控元件采用MSP430单片机，控制显示在LCD12864液晶屏上容易实现，报警系统也容易编程实现，但是和CAN发射模块的连接需要电平转换模块45-46。3.2.3 方案三 无线发射模块的主控元件采用MSP430单片机，可以很好的处理传感器采集到的数据，并且外围元件比较简单，编程容易实现，并且供电电压为3.3V供电，
46、可以很好实现设计要求的在轮胎里面模块的低功耗性，使用时间更长久。无线接收以及CAN发射的模块的主控元件采用AT89S52单片机，可以很好地处理无线接收到的数据，并且和CAN发射模块有着良好的电平匹配性，易于实现控制。CAN接收以及控制显示报警模块的主控元件同样采用AT89S52单片机，可以实现和CAN发射模块良好的电平匹配性，易于实现控制，并且控制显示在LCD12864液晶屏上容易实现，报警系统也容易编程实现。综上所述，以及参考论文设计的要求，即在轮胎内部的模块要求设计的低功耗性，以及在CAN发射和接受模块与主控元件的电平匹配性以及电路易于实现的程度，系统各个主控元件的选择采用方案三，即无线发
47、射模块的主控元件采用MSP430单片机，无线接收以及CAN发射的模块的主控元件采用AT89S52单片机，CAN接收以及控制显示报警模块的主控元件同样采用AT89S52单片机。3.3 传感器模块的选择和确定传感器模块需要监测到轮胎的压力和温度，由于需要放在轮胎里面，并且需要用很长时间，故传感器模块需要外围电路简单，易于实现，并且功耗低。并且传感器的测量压力范围，温度范围，以及测量的精度都是传感器选择时的参考条件。3.3.1 方案一 飞思卡尔公司生产的MPXY8020A是一种表面微机械加工的电容性微机电系统(micro electromechanical system，MEMS)压力传感器25，专
48、用于TPM温度和压力测景，是一款8引脚的胎压监视传感器，输出经过校准的8位数字压力和温度数据。SSOP封装可提供强大的介质保护，体积小巧，抗干扰能力强。MPXY8020A是基于IVIEMS技术的压力温度传感器，电压为2.7 V3.3 V，温度为0C70C，压力为250 kPa450 kPa，即轮胎正常运行时，压力测景的误差为10.0 kPa47-48。3.3.2 方案二 英飞凌科技的TPMS开发系统采用了基于MEMS技术的硅压阻式压力传感器作为胎压监测单元，SP12T传感器26可以同时传输4组不同的数据(温度、压力、加速度和供电电压)。主要特性如下：卓越的介质兼容性和可靠性;独特传感器ID，可实现轻松识别;片上LF(低频)输入接口实现双向通信，LF方式