周有平 曾樹洪

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

引言

高速公路交通事件人財損失巨大，統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)46 %的高速公路車禍是由輪胎故障引起的，胎壓監(jiān)測是汽車安全行駛的重要保障因素[1-2]。大卡車運行過程中具有負荷重、財產(chǎn)較多、司機主體及胎壓安全意識不強等原因，胎壓遠程監(jiān)控是加強車輛安全運行和管理重要措施[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需要中繼才能較好的實現(xiàn)對各輪胎的胎壓集中處理。本文基于大卡車胎壓檢測與遠程報警的需要，設(shè)計了一套智能胎壓遠程監(jiān)測與報警系統(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、壓力集中處理單元則根據(jù)各胎壓情況進行顯示和報警提醒，同時通過GSM網(wǎng)絡(luò)傳輸車輛運行中的胎壓和溫度信息，供后臺進行管理和監(jiān)測，必要時提醒司機及時處理胎壓，從而極大提高車輛安全運行和過程責任監(jiān)控。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計

系統(tǒng)總體設(shè)計包括胎壓監(jiān)測的前端、信號中繼、駕駛室集中處理器以及遠程后臺管理等部分組成，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、GSM通信模組、胎壓溫度和報警信息顯示以及用戶胎壓報警設(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中繼。系統(tǒng)中單片機選用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)計框圖

1.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

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個紐扣電池供電，設(shè)計的電路圖如圖2所示。

后端設(shè)計中采用CD4052進行IO擴展，胎壓和胎溫報警閾值由用戶設(shè)定并由LED和有源蜂鳴器進行聲光報警，遠程監(jiān)控則通過SIM800C GSM模塊通過短信進行數(shù)據(jù)上傳和報警下行的方式。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)計如圖4所示。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 前端軟件設(shè)計

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)計主要包括上電初始化，由BMP180模塊負責采集當前胎壓胎溫值，單片機向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

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)和報警信息顯示、用戶報警閾值設(shè)置、數(shù)據(jù)處理及GSM遠程傳輸?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

本文針對大卡車安全行駛中胎壓的監(jiān)測和管理需求，設(shè)計了智能胎壓遠程監(jiān)測系統(tǒng)，并充分考慮了大卡車和無線射頻的特點，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，并能即時通過GSM方式管理胎壓，極大地督促了司機關(guān)注安全運行中胎壓的責任，對保障車輛運行中的人身和財產(chǎn)安全具有積極意義。