专利名称：一种汽车轮胎气压在线监测装置及其在线监测方法
技术领域：
本发明涉及汽车在线监测设备技术领域，具体是指一种汽车轮胎气压在线监测装置及其在线监测方法。
背景技术：
目前，高速公路网络的快速发展，使车辆行驶速度得到提高，同时也潜伏了一些交通隐患，如因车胎爆胎等原因造成的交通事故，而这类轮胎事故大部分是由于不合理轮胎气压引起的。另一方面，公路交通量迅速增长，超载现象日益严重，使公路、桥梁及其附属设施遭受到严重破坏，引发的交通事故增多。因此，驾驶者在行车过程中能在线监测轮胎的超压、欠压、温度以及汽车载重量等工作状态，对确保汽车的最佳驾驶状态及汽车行驶的经济性、安全性和操纵稳定性，以及治理货运超载、保护公路等具有重要意义。
现有的轮胎气压在线监测装置主要分为两种类型一种是间接式，通过汽车ABS(防抱制动系统)的轮速传感器及轮胎的力学模型，间接求出轮胎气压，以达到监视轮胎气压的目的；另一种是直接式，通过安装在各个轮胎里以锂离子电池为电源的压力传感器直接测量轮胎的气压，并通过无线调制发射到安装在驾驶台的监视器上，当轮胎气压太低或有渗漏时，该装置就会自动报警。目前，轮胎气压在线监测装置的缺点是装置功能单一，只能实现轮胎气压在线监测与报警等简单功能。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述现有技术中存在的不足之处，提供一种功能多、能实现汽车行驶时即时称重、装载时实时称重、可发电式的汽车轮胎气压在线监测装置及其在线监测方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现所述一种汽车轮胎气压在线监测装置包括主机、从机，所述主机安装在驾驶室，包括数据接收控制及处理模块、无线接收模块、人机交互模块相互连接组成，所述数据接收控制及处理模块分别与无线接收模块、人机交互模块相连接，所述数据接收控制及处理模块外接汽车测速装置；从机安装在车轮上，包括数据采集发送控制模块、无线传输模块、温度传感器和压力传感器相互连接组成，所述数据采集发送控制模块分别与无线传输模块、温度传感器、压力传感器相连接，所述从机连接有电源，所述主机的无线接收模块与从机的无线传输模块相互无线连接。
为了更好地实现本发明，所述数据接收控制及处理模块包括单片机和DSP微处理器相互连接组成；所述无线接收模块包括射频接收模块和解码器相互连接组成，所述解码器与数据接收控制及处理模块中的单片机相连接；所述人机交互模块包括键盘、显示器组成，所述键盘、显示器分别与数据接收控制及处理模块中的单片机相连接；所述数据采集发送控制模块包括单片机组成；所述无线传输模块包括射频发射模块和编码器相互连接组成，所述编码器与数据采集发送控制模块相连接；所述温度传感器和压力传感器安装在轮胎气门上；所述电源包括可充电电池和发电装置相互连接组成；所述发电装置由电磁铁和线圈组成，所述电磁铁安装在车轮轮轴轴套上，所述线圈对应安装在车轮轮轴上。
所述一种汽车轮胎气压在线监测装置的在线监测方法包括如下步骤第一步，测得多组汽车的气压、温度与载重的数据，作为BP神经网络模型的训练样本；第二步，将轮胎的气压、温度变化值作为BP神经网络模型的输入端，汽车载重量作为神经网络模型的输出端，通过多组试验数据训练BP神经网络模型，然后再利用另外多组试验数据对BP神经网络模型进行预测，分析预测结果与试验结果的相对误差，确定最佳BP神经网络模型，利用该模型对汽车运行状态进行识别，获取胎压变化与汽车载重之间的关系；第三步，把超重超压参数输入主机；第四步，从机的数据采集发送控制模块的单片机每隔30毫秒被唤醒一次，并启动一次A/D转换，直接将从压力传感器和温度传感器上获得的模拟信号转换成数字量并存储，按照通信协议构造一帧完整的数据并通过无线传输模块发送；第五步，数据接收控制及处理模块通过射频接收模块接收来自从机的一帧数据，首先检查数据帧的完整性以及是否符合通信协议，若不符合则放弃数据重新等待新的数据；若符合，则提取数据帧中所包含的胎压信息，将其显示到显示器上并判断是否超限，如果不超限，同时将数据送至DSP微处理器，若超限即发出轮胎气压故障报警；第六步，主机中的单片机通过汽车测速装置获取汽车行驶速度信号，汽车刚停止时，DSP微处理器复位，从主机中的单片机获得轮胎气压值并保存作为初始值，同时继续从主机中的单片机获得新的气压数据，BP神经网络模型对数据进行处理，得到实时载重值，并把载重值送回主机中的单片机，控制显示器显示，最后将实际载重和载重限值相比较判断是否超载，若超载则通过警报通知驾驶员并进行数据存储，直至汽车开始行驶。
本发明通过数据接收控制及处理模块实现接收控制、显示控制、键盘采集和报警信号输出，并完成关于胎压变化和载重关系的神经网络数据的处理；通过解码器和射频接收模块实现接收来自从机的数据；通过显示器显示汽车载重和轮胎气压，驾驶者通过键盘进行查询输入。数据接收控制及处理模块还可以预留CAN接口，实现与GPS系统通讯的远程监控，也可以作为汽车“黑匣子”的一部分完成载重量参数的测量与无线监控。
在众多的神经网络模型中，BP网络(即反向误差传播(Back-Propagation)网络)是应用最为广泛、且目前研究最为深入的一种。BP网络最成功的应用之一就是应用于模式识别。它具有逼近任意非线性动态系统的能力，在进行参数调整时不需要知道其它的先验知识，克服了单层感知器只能实现线形决策边界和简单的逻辑函数的缺陷，具有一个隐层的BP网络能够实现任意复杂的决策边界和任意复杂的逻辑功能。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果1、本发明的在线监测方法实现智能化，速度快、精度高，能实现即时或实时测量汽车的胎压和载重量。
2、本发明装置自动化程度高，观察显示器和简单的键盘操作，便于使用者掌握，数据的系统管理也方便了运输行业和交通执法人员。
3、本发明易于使用，装置为车载式，使用场地不受限制。
4、本发明装置便于维护，整个系统主要由电子器件组成，其耐用性好，易于维护和维修。
图1是本发明装置中主机的结构示意图；
图2是本发明装置中从机的结构示意图；图3是本发明装置中发电装置的结构示意图；图4是本发明装置中电源的电路示意图；图5是本发明装置中DSP微处理器的主程序流程图；图6是本发明装置中主机单片机的主程序流程图；图7是本发明装置中从机单片机的主程序流程图；图8是本发明中BP神经网络模型对汽车运行状态进行诊断的原理流程图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一本发明所述一种汽车轮胎气压在线监测装置包括主机、从机，主机安装在驾驶室，如图1所示，包括数据接收控制及处理模块、无线接收模块、人机交互模块，数据接收控制及处理模块分别与无线接收模块、人机交互模块相连接，数据接收控制及处理模块外接汽车测速装置7，数据接收控制及处理模块包括单片机1和DSP微处理器2相互连接组成，无线接收模块包括解码器3(型号为PT2272)和射频接收模块4(型号为J05B)相互连接组成，解码器3与单片机1相连接；人机交互模块包括键盘5、液晶显示器6组成，键盘5、液晶显示器6分别与单片机1相连接。
从机密封安装在车轮上，如图2所示，包括数据采集发送控制模块、无线传输模块、温度传感器11和压力传感器12，数据采集发送控制模块分别与无线传输模块、温度传感器11、压力传感器12相连接，温度传感器11和压力传感器12安装在轮胎气门上，数据采集发送控制模块包括单片机8，无线传输模块包括编码器9(型号为PT2262)和射频发射模块10(型号为F05B)相互连接组成，编码器9与单片机8相连接。主机的无线接收模块与从机的无线传输模块相互无线连接。如图3和4所示，从机连接有电源，电源包括可充电电池13和发电装置14；发电装置由电磁铁15和线圈16组成，电磁铁15安装在车轮轮轴轴套17上，线圈16对应安装在车轮轮轴18上。数据采集发送控制模块、无线传输模块、线圈16以及可充电电池13组成发送单元19密封安装在车轮轮轴上。
实施例二本发明所述一种汽车轮胎气压在线监测装置实现汽车轮胎气压在线监测的过程是第一步，通过多次实验测出多组某车型载货汽车的气压、温度与载重的数据，作为BP神经网络的训练样本；第二步，将四个轮胎的气压、温度变化值作为BP神经网络模型的输入端，汽车载重量作为神经网络模型的输出端，通过多组试验数据训练BP神经网络，然后再利用另外多组试验数据对BP神经网络进行预测，分析预测结果与试验结果的相对误差，通过对多种BP神经网络模型和多种算法的结果比较，确定最佳BP神经网络模型，利用该模型对汽车运行状态进行识别，获取胎压变化与汽车载重之间的关系；第三步，把超重超压参数输入主机；第四步，(如图6所示)四个从机的数据采集发送控制模块的单片机每隔30毫秒被唤醒一次，并启动一次A/D转换，直接将从压力传感器和温度传感器上获得的模拟信号转换成数字量并存储，先根据温度传感器的特性曲线获得准确的温度值，接着单片机根据温度值选择合适的压力传感器特性曲线，再通过特性曲线得到准确的压力值，接下来就可以按照预定的通信协议构造一帧完整的数据并通过无线传输模块发送了；第五步，(如图7所示)当数据接收控制及处理模块通过射频接收模块接收来自某个从机的一帧数据时，首先检查数据帧的完整性以及是否符合预定的协议，若不符合则放弃数据重新等待新的数据；若符合，则提取数据帧中所包含的胎压信息，将其显示到液晶屏(显示器)上并判断是否超限，如果不超限，同时将数据送至DSP，若超限即发出轮胎气压故障报警；第六步，DSP微处理器进行何种操作根据汽车行驶速度信号来决定(如图5所示)，汽车行驶速度信号由数据接收控制及处理模块的单片机通过汽车测速装置获取，汽车刚停止时(即速度减少到0时)，DSP微处理器复位，从数据接收控制及处理模块的单片机获得轮胎气压值并保存作为初始值，DSP微处理器继续从数据接收控制及处理模块的单片机获得新的气压数据，利用BP神经网络模型处理得到实时载重值，并送给所述数据接收控制及处理模块的单片机，控制液晶屏显示，最后还要将实际载重和载重限值相比较判断是否超载，若超载则通过警报通知驾驶员并进行数据存储，直至汽车开始行驶(即速度从0开始增加时)。
如图8所示，在用BP神经网络模型对汽车运行状态进行诊断时，其原理步骤如下(1)采集某一车型汽车的运行状态信号(气压、温度与载重)，提取诊断所需的特征参数；(2)根据建立模型的要求和经验对提取的特征参数进行预处理；(3)根据诊断问题的具体要求确定诊断模型的结构参数，包括BP网络的输入单元数，输出单元数，隐含层数，隐含层单元数，训练样本数和学习参数等；(4)使用BP学习算法选择最优的特征参数集合，同时利用所测得的数据来对神经网络模型进行训练，使模型输出和实际目标输出的误差平方和足够小，建立诊断模型；(5)模型应用应用建立的诊断模型对该车型汽车的运行状态进行诊断。采集该车型运行状态信号，输入与训练样本集模式一致的诊断样本集，得到诊断值。完成了该车型从运行状态特征输入到运行状态模式决策输出。
主要技术参数称重量程1～10t，2～20t；无线通信频率315M；12位高速A/D转换；转换速度10000次/秒；传感器供电12VDC 1A(或24VDC)；点阵LCD液晶显示、轮胎气压超压、欠压、泄漏时预报警以及超重预报警；称重精度静态精度≥95％；动态精度≥90％；通讯接口RS-232C(预留CAN接口)；工作温度-40℃～60℃；相对湿度＜95％。
如上所述，即可较好地实现本发明。
权利要求
1.一种汽车轮胎气压在线监测装置，其特征是，包括主机、从机，所述主机安装在驾驶室，包括数据接收控制及处理模块、无线接收模块、人机交互模块相互连接组成，所述数据接收控制及处理模块分别与无线接收模块、人机交互模块相连接，所述数据接收控制及处理模块外接汽车测速装置；从机安装在车轮上，包括数据采集发送控制模块、无线传输模块、温度传感器和压力传感器相互连接组成，所述数据采集发送控制模块分别与无线传输模块、温度传感器、压力传感器相连接，所述从机连接有电源，所述主机的无线接收模块与从机的无线传输模块相互无线连接。
2.根据权利要求1所述一种汽车轮胎气压在线监测装置，其特征是，所述数据接收控制及处理模块包括单片机和DSP微处理器相互连接组成。
3.根据权利要求1所述一种汽车轮胎气压在线监测装置，其特征是，所述无线接收模块包括射频接收模块和解码器相互连接组成，所述解码器与数据接收控制及处理模块中的单片机相连接。
4.根据权利要求1所述一种汽车轮胎气压在线监测装置，其特征是，所述人机交互模块包括键盘、显示器组成，所述键盘、显示器分别与数据接收控制及处理模块中的单片机相连接。
5.根据权利要求1所述一种汽车轮胎气压在线监测装置，其特征是，所述数据采集发送控制模块包括单片机组成。
6.根据权利要求1所述一种汽车轮胎气压在线监测装置，其特征是，所述无线传输模块包括射频发射模块和编码器相互连接组成，所述编码器与数据采集发送控制模块相连接。
7.根据权利要求1所述一种汽车轮胎气压在线监测装置，其特征是，所述温度传感器和压力传感器安装在轮胎气门上。
8.根据权利要求1所述一种汽车轮胎气压在线监测装置，其特征是，所述电源包括可充电电池和发电装置相互连接组成，所述发电装置由电磁铁和线圈组成，所述电磁铁安装在车轮轮轴轴套上，所述线圈对应安装在车轮轮轴上。
9.权利要求1所述一种汽车轮胎气压在线监测装置的在线监测方法，其特征是，包括如下步骤第一步，测得多组汽车的气压、温度与载重的数据，作为BP神经网络模型的训练样本；第二步，将轮胎的气压、温度变化值作为BP神经网络模型的输入端，汽车载重量作为神经网络模型的输出端，通过多组试验数据训练BP神经网络模型，然后再利用另外多组试验数据对BP神经网络模型进行预测，分析预测结果与试验结果的相对误差，确定最佳BP神经网络模型，利用该模型对汽车运行状态进行识别，获取胎压变化与汽车载重之间的关系；第三步，把超重超压参数输入主机；第四步，从机的数据采集发送控制模块的单片机每隔30毫秒被唤醒一次，并启动一次A/D转换，直接将从压力传感器和温度传感器上获得的模拟信号转换成数字量并存储，按照通信协议构造一帧完整的数据并通过无线传输模块发送；第五步，数据接收控制及处理模块通过射频接收模块接收来自从机的一帧数据，首先检查数据帧的完整性以及是否符合通信协议，若不符合则放弃数据重新等待新的数据；若符合，则提取数据帧中所包含的胎压信息，将其显示到显示器上并判断是否超限，如果不超限，同时将数据送至DSP微处理器，若超限即发出轮胎气压故障报警；第六步，主机中的单片机通过汽车测速装置获取汽车行驶速度信号，汽车刚停止时，DSP微处理器复位，从主机中的单片机获得轮胎气压值并保存作为初始值，同时继续从主机中的单片机获得新的气压数据，BP神经网络模型对数据进行处理，得到实时载重值，并把载重值送回主机中的单片机，控制显示器显示，最后将实际载重和载重限值相比较判断是否超载，若超载则通过警报通知驾驶员并进行数据存储，直至汽车开始行驶。
全文摘要
本发明提供一种汽车轮胎气压在线监测装置及其在线监测方法，该装置包括主机、从机，主机安装在驾驶室，包括数据接收控制及处理模块、无线接收模块、人机交互模块相互连接组成，数据接收控制及处理模块外接汽车测速装置；从机安装在车轮上，包括数据采集发送控制模块、无线传输模块、温度传感器和压力传感器相互连接组成，从机连接有电源，主机的无线接收模块与从机的无线传输模块相互无线连接。该方法通过建立BP神经网络模型，获取胎压变化与汽车载重之间的关系，对汽车胎压进行实时监测，以此判断汽车实际载重以及监控超重超压。本发明实现监测智能化，监测速度快、精度高，装置自动化程度高，易于使用，便于维护。
文档编号G08C17/00GK1648960SQ200510033138
公开日2005年8月3日 申请日期2005年2月5日 优先权日2005年2月5日
发明者林颖, 李勇, 王慧 申请人:华南理工大学