大卡车用智能胎压远程监测系统设计

周有平 曾树洪

（1.佛山科学技术学院物理与光电工程学院 佛山 528000；2.惠州学院信息科学技术学院 惠州 516007）

引言

高速公路交通事件人财损失巨大，统计数据显示，国内46 %的高速公路车祸是由轮胎故障引起的，胎压监测是汽车安全行驶的重要保障因素[1-2]。大卡车运行过程中具有负荷重、财产较多、司机主体及胎压安全意识不强等原因，胎压远程监控是加强车辆安全运行和管理重要措施[3-4]。大卡车由于车身长以及货物量等阻碍原因，导致胎压检测中的无线传输信号需要中继才能较好的实现对各轮胎的胎压集中处理。本文基于大卡车胎压检测与远程报警的需要，设计了一套智能胎压远程监测与报警系统，通过温度压力传感器检测各轮胎胎压和温度并通过无线射频传输，胎压温度、压力集中处理单元则根据各胎压情况进行显示和报警提醒，同时通过GSM网络传输车辆运行中的胎压和温度信息，供后台进行管理和监测，必要时提醒司机及时处理胎压，从而极大提高车辆安全运行和过程责任监控。

1 系统硬件设计

1.1 系统总体设计

系统总体设计包括胎压监测的前端、信号中继、驾驶室集中处理器以及远程后台管理等部分组成，如图1所示。

前端放置于各轮胎中用于测量胎压和温度，主要包括图中的胎压、温度数据采集传感器、单片机和RF433发射单元等；后端单元放置驾驶室，主要包括图中的RF433接收、单片机、GSM通信模组、胎压温度和报警信息显示以及用户胎压报警设置等单元；中继放置于大卡车驾驶室后部，车内供电，完成胎压和温度数据从前端到后端的信号中继。系统中单片机选用STC89C52，胎压和胎温检测选用BMP180半导体集成传感器模组。前端由于受纽扣电池供电能量的限制，采用定时唤醒检测和发送数据的工作方式。

图1 智能胎压监测系统总体设计框图

1.2 系统硬件设计

前端硬件主要完成胎压和温度的检测，并采用RF433传输，胎压和温度检测模组BMP180内部集成了高精度的AD，功耗仅为5uA，RF433与CPU采用串行口连接，电源采用2个纽扣电池供电，设计的电路图如图2所示。

后端设计中采用CD4052进行IO扩展，胎压和胎温报警阈值由用户设定并由LED和有源蜂鸣器进行声光报警，远程监控则通过SIM800C GSM模块通过短信进行数据上传和报警下行的方式。根据系统信息流通方向，后端单元中将RF433无线芯片设置为接收模式，其波特率、频道、透传配置与前端和中继的RF433无线发送芯片一致。后端电路设计如图3所示。

图2 大卡车胎压前端测量电路

系统中继单元主要完成前端和后端信号的中继，采取射频出发唤醒的方式，即RF433接收到有效数据后唤醒CPU，同时将数据发送至后端，解决了大卡车因车身过长、货物阻挡射频等导致的数据传输问题，中继电路设计如图4所示。

2 系统软件设计

2.1 前端软件设计

图3 大卡车胎压后端电路

图4 大卡车胎压监测中继电路

前端单元软件设计主要包括上电初始化，由BMP180模块负责采集当前胎压胎温值，单片机向I2C总线发送寻址并读取胎压胎温值[5-6]，随后向串口发送当前数据，经过RF433模块发送。前端单元上的RF433无线芯片设置为发送模式，波特率为9 600 bps，软件程序框图如图5所示。

2.2 后端软件设计

后端单元不受电源能量制约，CPU无线采用唤醒模式节能，射频则采取常接收模。其主要功能是完成数据和报警信息显示、用户报警阈值设置、数据处理及GSM远程传输等。后端单元将RF433设置为接收模式，其波特率前端RF433一致。GSM采取AT命令完成数据远传和接收。程序框图如图6所示。由于中继单元不受电能约束，处于常态接收工作状态，接收到数据后即刻转发，故不再叙述。

3 结论

图5 智能胎压监测系统前端程序框图

图6 智能胎压监测系统后端程序框图

本文针对大卡车安全行驶中胎压的监测和管理需求，设计了智能胎压远程监测系统，并充分考虑了大卡车和无线射频的特点，将前端采取半导体集成传感器，并设置为节能唤醒和单发射工作模式，后端设置为接收模式，中继即时转发模式等，经测试系统能较好的满足大卡车车身长、货物量大且具有一定阻碍性的具体胎压要求，并能即时通过GSM方式管理胎压，极大地督促了司机关注安全运行中胎压的责任，对保障车辆运行中的人身和财产安全具有积极意义。