专利名称：基于ZigBee无线技术的汽车车胎温度气压监控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于ZigBee无线技术的汽车车胎温度气压监控系统。属于无线网络通信技术、片上嵌入式系统领域和自动化控制系统领域。
背景技术：
随着世界经济的发展，基础投资的不断加大，已使公路设施的改善和高速公路里程的猛增，使公路交通的平均车速有了很大提高，这无疑给国家和人民带来了巨大财富。但同时交通事故尤其是爆胎事故、轮胎气压差异造成的刹偏事故也相应迅速增加，给人民的生命和财产造成极大损失。据不完全统计，国内高速路上由爆胎引发的交通事故占到交通事故总数的70%。专家表示，汽车在时速100公里以上行驶时发生爆胎事故，驾乘成员死亡率为100%。业内人士告诉说:我国交通事故的年均死亡人数均超过10万人，平均每天死亡300人，每4.8分钟有I人死于车祸，相当于每天坠毁I架满载客人的波音777-200型飞机。爆胎与疲劳驾车、超速行驶并列为中国道路交通的三大杀手。由于国内保险公司对爆胎事故不做理赔，因此，珍惜并关注生命、普及规避爆胎风险的技能，已成为一个迫在眉睫的社会问题。而轮胎爆胎的原因主要有:①胎气压过高②轮胎漏气、欠压③轮胎温度异常升高④各胎气压严重不一致。若解决所述问题便可大量减少交通事故的发生。预防爆胎方法有二:目前，国外普遍流行一种新技术，叫汽车轮胎气压监视系统，简称TPMS。其基本原理是:在轮胎的轮毂或气嘴上安装一个传感器。传感器中包括感应气压的电桥式电子气压感应装置，它将气压信号转换为电信号，通过无线发射装置将信号发射出来。驾驶者从监视器上就可以清楚地知道每个轮胎的气压值以及温度值。当轮胎的气压及温度有异于设定的标准值时，监视器将自动报警。TPMS在轮胎出现危险征兆时及时报警，让驾驶者立即采取措施，将事故消灭在萌芽状态。由于可以监视轮胎的气压及温度，正好可以解决汽车高速行驶发生爆胎的危害，这对于高速行驶车辆尤其重要。另外，TPMS具备护胎省油作用。许多欧美的汽车厂商将TPMS配装于自己的车型之中。目前，TPMS技术也有引入国内，但由于国内的电子科技企业生产成本昂贵、卖价更高，大多车主均不愿安装。另外一种避免高温引起爆胎的方法是给轮胎充氮气。首先，氮气是惰性气体，分子自由行程比氧气大，在橡胶内的渗透率低。因此，轮胎气压下降速率大幅度降低，维持正常胎压时间增长。同时，氮气在温度变化时体积膨胀远比含有水分的空气低，因此降低了爆胎几率。其次，氮气充填轮胎可延缓橡胶老化。充氮气的轮胎比充空气的轮胎多跑26%的里程。另外，由于不含水分，氮气还能保护轮圈内部不受氧化。第三，充氮轮胎，可以按设计的胎压进行充气达到汽车设计时的油耗指标，充氮轮胎比充空气轮胎节油2% 10%。目前市内的各汽车美容店均有轮胎充氮服务，每辆车收费50 80元不等。专利号为:200410086295.5的专利，设计了一种无线监视轮胎气压与温度的装置，但亦有明显缺陷，其无线发射接收装置共用车载收音机的天线，容易造成干扰，采用震动传感器控制设备运行，无法完成温度较低时的需要停止工作，另外，它只提供了监视装置，却未曾提出如何自动解决这种危害的处理。随着无线通信技术的不断发展，近年来出现了面向低成本设备无线联网要求的技术，称之为ZigBee，它是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，主要适合于远程控制、消费型电子、家庭控制、计量和智能能源、楼宇自动化、医疗以及更多领域。ZigBee新一代SOC芯片CC2530是真正的片上系统解决方案，支持IEEE802.15.4标准/218866/218866 Pro协议，可工作在无需申请的免费频段2.4GHz。拥有庞大的快闪记忆体多达256个字节，CC2530是理想ZigBee专业应用。CC2530结合了一个完全集成的，高性能的RF收发器与一个8051微处理器，8kB的RAM，32/64/128/256KB闪存，以及其他强大的支持功能和外设。CC2530提供了 IOldB的链路质量，优秀的接收器灵敏度和健壮的抗干扰性，四种供电模式，多种闪存尺寸，以及一套广泛的外设集-包括2个USARTU2位ADC和21个通用GP10，以及更多。除了通过优秀的RF性能、选择性和业界标准增强8051MCU内核，支持一般的低功耗无线通信，CC2530还可以配备TI的一个标准兼容或专有的网络协议栈(RemoTI, Z-Stack,或SimpliciTI)来简化开发。
发明内容
本发明针对以上两种解决方法，结合目前国内外现状，对现有技术的不足，提出了一种可普遍适用的集无线与自动控制系统于一体的经济节约新型解决方案:基于ZigBee无线技术的汽车车胎温度气压监控系统。该系统可分为四大部分，分别是传感采集部分、无线发射接收部分、控制处理部分和自动喷淋降温装置部分。采集部分由温度、压力、流量传感器组成，分别与一个无线传输芯片ZigBee CC2530相连。无线发射接收机控制处理部分采用ZigBee CC2530无线片上系统，连接有车载显示屏、音响与设置按键。自动喷淋装置由水箱、智能水表、导水管、控制开关和喷水嘴组成。该系统的工作流程为:车主按下设置按键，设置好基本参数。按下开始工作按钮，安装在四个车轮上的压力与温度传感器采集汽车轮胎气压与温度数据与安装连接在水箱上的流量传感器采集已用水的流量，分别交给一个ZigBee CC2530微处理器处理并经射频部分发射出去，安装在驾驶室的控制器ZigBee接收到数据，显示屏实时显示当前各轮胎气压温度与已用水量，控制器判断四个轮胎参数数据是否正常，若某个轮胎参数超出预设范围，车载音响发出语音报警信息，控制器无线发送喷水指令。装载在相应车轮上的ZigBee接收到喷水指令，打开连接在水管上的控制开关，进行喷水降温处理。同时，若监测到水量超出预设范围最小值，车载音响发出语音报警信息，车主应及时加水。当车胎参数稳定之后，控制器发送停止喷水指令，装载在相应车轮上的ZigBee接收到停止喷水指令，关闭连接在水管上的控制开关，停止降温处理。本发明的优点在于:
1、该系统无线部分采用新兴的ZigBee技术，结合最新片上系统CC2530芯片，可工作在免申请免费的工作频段2.4GHz，天线可外接可集成PCB天线，将干扰降到最低。2、该系统具备监测与控制于一体化的自动功能。可实现各轮胎气压与温度实时无线监测，并能及时自动处理不正常情况。3、具备人机交互作用，可手动设定标准参数，显示屏实时显示各轮胎参数，发现问题及时语音报警提醒用户。4、该系统具备成本低、功耗低、高效率、干扰小、人机交互、实时工业自动化并结合车身自身等优点，可广泛应用于汽车行业，为人民人身安全和财产安全提供保障。
图1为系统整体效果2为系统无线传输3为采集节点AB⑶4为采集节点E5为主机控制6为喷淋降温装置7为ZigBee无线电路图
具体实施例方式下面结合附图对本发明提供的监测系统作进一步描述。附图1，为系统整体效果图，包括车身、采集节点AB⑶E和控制主机。采集节点AB⑶装载在四个车轮上，采集节点E连接水箱，放在后备箱，控制主机安装在驾驶室。附图2，为系统无线传输图，以驾驶室的主机为中心，加上五个采集节点AB⑶E，构成一个星型无线网络。附图3，为采集节点AB⑶图，采集节点AB⑶四个节点完全一样，前段连接有压力、温度传感器和喷淋装置的控制开关。负责打开或关闭喷淋降温装置及采集各个汽车轮胎的气压与温度，并无线传输到驾驶室的主机上。附图4，为采集节点E图，安装在水箱上，前段连接智能水表，负责采集已用水量，并无线传输给控制主机。附图5，为主机控制图，安装在驾驶室，与车载显示屏和音响及控制按键相连，是整个系统的控制中心。负责接收各采集节点发来的信息，并及时作出相应处理，包括报警、显示及发送喷淋命令。附图6，为喷淋降温装置图，喷淋装置由水箱、导水管、智能水表、控制开关、喷嘴组成。水从水箱流出，经水管与智能水表连接，然后分为四个方向，分别通往四个车轮，中间连接有控制开关，四个控制开关分别受节点A、B、C、D控制通断，水从喷嘴处喷洒出，给轮胎降温。附图7，为ZigBee电路原理图。包括主芯片CC2530系统、射频信号处理模块、JTAG调试下载接口、串口通信RS232接口、电源稳压模块、LED灯指示模块和控制按键模块。JTAG调试下载接口供调试程序使用，串口 RS232采用MAX232芯片完成电平的转换，实现人机交互作用，电源稳压采用AMSl 17芯片将输入电压稳定到3.3V供片上系统CC2530使用，LED灯起指示作用，按键控制模块完成预定标准值的设定与设备的工作状态设定。系统工作步骤为:第一步:车主按下设置按键，设置好基本参数，包括汽车轮胎温度气压最大安全值与最小安全值和安全水量最小值。第二步:按下开始工作按钮，安装在四个车轮上的压力与温度传感器采集汽车轮胎气压与温度数据，安装连接在水箱上的流量传感器采集已用水的流量，分别交给与自己相连的ZigBee CC2530无线发射模块处理并经射频部分发射出去。第三步:安装在驾驶室的控制器ZigBee接收到数据参数，控制芯片判断四个轮胎参数数据是否正常；同时，若监测到水量超出预设范围最小值，车载音响发出语音报警信息,车主应及时加水。第四步:若各项参数均正常，显示屏实时显示当前轮胎气压温度与已用水量，不进行其他操作。第五步:若某个轮胎参数超出预设范围，车载音响发出语音报警信息，控制器无线发送喷水指令。第六步:装载在车轮上的相应ZigBee接收到喷水指令，命令打开连接在水管上的控制开关，进行喷水降温处理。第七步:当车胎参数稳定之后，控制器发送停止喷水指令，装载在相应车轮上的ZigBee接收到停止喷水指令，命令关闭连接在水管上的控制开关，停止降温处理。第八步:当休息时或冬季时，可按下停止工作按钮，停止监测处理。该系统结合了无线传输、嵌入式片上系统和自动化控制等多领域，设计了一种基于ZigBee技术的汽车轮胎气压、温度实时无线监测及自动喷淋降温控制系统，为解决汽车爆胎隐患提供了一套技术保障。
权利要求
1.基于ZigBee无线技术的汽车车胎温度气压监控系统，其特征是: 该系统可分为四大部分，分别是传感采集部分、无线发射接收部分、控制处理部分和自动喷淋降温装置部分。
2.根据权利要求1所述基于ZigBee无线技术的汽车车胎温度气压监控系统，其特征是，所述传感采集部分由温度、压力、流量传感器组成，一组温度、压力传感器连接一个ZigBee CC2530无线模块，共四组分别安装在四个车轮上；流量传感器采用智能水表，与一个ZigBee CC2530无线模块相连。
3.根据权利要求1所述基于ZigBee无线技术的汽车车胎温度气压监控系统，其特征是，所述无线发射接收机控制处理部分采用ZigBee CC2530无线芯片，连接有车载显示屏、车载音响与控制按键。
4.根据权利要求1所述基于ZigBee无线技术的汽车车胎温度气压监控系统，其特征是，所述自动喷淋装置由水箱、智能水表、导水管、控制开关和喷水嘴组成，水箱可固定在车厢里，智能水表与水箱、导水管连接，并将输出信号连接到ZigBee CC2530无线模块，四个控制开关连接在导水管与喷水嘴之间，受控于车轮上的四个ZigBee CC2530无线模块，导水管经水箱至四个车轮处，中间连接有智能水表和控制开关。
5.权利要求1所述基于ZigBee无线技术的汽车车胎温度气压监控系统，其特征是，包括如下步骤: 第一步:车主按下设置按键，设置好基本参数，包括汽车轮胎温度气压最大安全值与最小安全值和安全水量最小值。
第二步:按下开始工作按钮，安装在四个车轮上的压力与温度传感器采集汽车轮胎气压与温度数据，安装连接在水箱上的流量传感器采集已用水的流量，分别交给与自己相连的ZigBee CC2530无线发射模块处理并经射频部分发射出去。
第三步:安装在驾驶室的控制器ZigBee接收到数据参数，控制芯片判断四个轮胎参数数据是否正常；同时，若监测到水量超出预设范围最小值，车载音响发出语音报警信息，车主应及时加水。
第四步:若各项参数均正常，显示屏实时显示当前轮胎气压温度与已用水量，不进行其他操作。
第五步:若某个轮胎参数超出预设范围，车载音响发出语音报警信息，控制器无线发送喷水指令。
第六步:装载在车轮上的相应ZigBee接收到喷水指令，命令打开连接在水管上的控制开关，进行喷水降温处理。
第七步:当车胎参数稳定之后，控制器发送停止喷水指令，装载在相应车轮上的ZigBee接收到停止喷水指令，命令关闭连接在水管上的控制开关，停止降温处理。
第八步:当休息时或冬季时，可按下停止工作按钮，停止监测处理。
6.权利要求1所述基于ZigBee无线技术的汽车车胎温度气压监控系统，其特征是，所用ZigBee CC2530供电采用电池供电与汽车发电机供电相结合的原则，在车轮上的四个ZigBee CC2530采用锂电池供电，可维持6-24个月，足以供夏季事故频发季节；在驾驶室的控制ZigBee CC2530，采用汽车发电机供电，与汽车音响和显示屏相连接。
7.权利要求1所述基于ZigBee无线技术的汽车车胎温度气压监控系统，其特征是该系统具有低功耗、成本低、高效率、无线自`动机制等优点。
全文摘要
基于ZigBee无线技术的汽车车胎温度气压监控系统。据不完全统计，国内高速路上由爆胎引发的交通事故占交通事故总数的70％，给人民的生命和财产造成极大损失。本发明结合了无线传输、嵌入式片上系统和自动化控制等多领域，设计了一种基于ZigBee技术的汽车轮胎气压、温度实时无线监测及自动喷淋降温控制系统，为解决汽车爆胎隐患提供了一套技术保障。该系统包含传感采集、无线发射接收、控制处理和自动喷淋降温装置四大部分。采集部分由温度、压力、流量传感器组成。无线发射接收机控制处理部分采用无线ZigBee片上系统CC2530芯片，连接有车载显示屏、音响与设置按键。自动喷淋装置由水箱、智能水表、导水管、控制开关和喷水嘴组成。该系统可广泛应用于汽车领域，具有低成本、低功耗、高效率、无线自动化等特点。
文档编号B60C23/18GK103158449SQ20111044332
公开日2013年6月19日 申请日期2011年12月17日 优先权日2011年12月17日
发明者宇文家宝, 余本纯, 郑晓东 申请人:淮南师范学院