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基于CAN总线的重型卡车轮胎压力监测系统TPMS设计CANTPMS分类号:U463.341单位代码:10110学号:S20100623基于中北大学总线硕士学位论文的重型卡车轮基于CAN总线的重型卡车轮胎压力胎压力监监测系统(TPMS)设计测系统()设计陶晓玲硕士研究生陶晓玲指导教师姚竹亭中北大学科专业模式识别与智能系统学2013年5月30日图书分类号U463.341密级非密UDC硕士学位论文基于CAN总线的重型卡车轮胎压力监测系统(TPMS)设计陶晓玲指导教师(姓名、职称)姚竹亭(教授)申请学位级别工学硕士专业名称模式识别与智能系统论文提交日期2013年4月24日论文答辩日期2013年5月30日学位授予日期________年___月日论文评阅人续欣莹、刘波答辩委员会主席___郑海起____2013年5月30日原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在指导教师的指导下,独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名:日期:关于学位论文使用权的说明本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定,其中包括:①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件;②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文;③学校可允许学位论文被查阅或借阅;④学校可以学术交流为目的,复制赠送和交换学位论文;⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容(保密学位论文在解密后遵守此规定)。签名:日期:导师签名:日期:中北大学学位论文基于CAN总线的重型卡车轮胎压力监测系统(TPMS)设计摘要近年来随着汽车行业的不断升温,相关电子技术迅速发展,在该行业得到了广泛的应用。比如重型卡车,由于其行车时造成的交通事故给人民生命财产安全造成了巨大损失,因此人们对重型卡车的安全性、舒适性和可靠性的要求也越来越高。而轮胎故障是突发性交通事故发生的重要原因之一,是驾驶人员最难预防的。轮胎故障中最常见的就是因胎压不正常或温度太高而引起爆胎,从而导致交通事故。所以如何防止爆胎已成为汽车安全的一个重要课题,其关键就是保持标准的轮胎气压和及时发现轮胎故障,这样使得实时监测轮胎的压力和温度状态非常重要。本论文首先通过对TPMS现状的分析,提出了适用于本系统设计的TPMS类型为直接式双向有源类型,据此设计了系统的总体结构,并将其划分为不同的功能模块,包括CAN总线模块、CAN/LIN总线模块、低频唤醒模块、TPMS模块和电源模块。其次按照各模块需要完成的功能进行电路设计,对于CAN总线模块设计采用了高级光耦6N137进行数据传输隔离,并在总线与地之间加入了防雷防浪涌的瞬态抑制二极管,提高数据传输的可靠性和安全性。在低频唤醒模块设计中采用TC4422驱动芯片以及LC电路中电感采用绕线式电感来提高低频信号的强度。在TPMS模块设计中传感器采用SP37芯片,实现了该模块高集成度和小型化的需求。在电路板设计过程中针对系统的抗干扰性采取了一些必要的措施。最后对电路板进行调试和功能检测,结果显示CAN总线通信功能良好,数据传输准确可靠,TPMS模块可以实现对温度和压力数值的采集,并可以准确地传输到控制台,无线通信功能良好,所以该系统设计合理,基本功能得以实现。关键字:CAN,TPMS,LF低频唤醒,SP37中北大学学位论文TheDesignofHeavyTruckTirePressureMonitoringSystemBasedonCANBusAbstractInrecentyears,withthegrowingofautomobileindustry,relatedelectronictechnologydevelopingrapidlyandwidelyused.Suchasheavytruck,thetrafficaccidentscausedhugelosstopeople'slifeandpropertysafety,sopeople'srequirementofthesafety,comfortandreliabilityofheavytrucksishigherandhigher.Andtiredefectisoneofthemostimportantreasonsforthesuddentrafficaccidents,whichisthemostdifficulttoprevent.Tireburstisoneofthemostcommoncauseoftiredefect,whichcanleadtotrafficaccidentsisalwayscausedbyabnormaltirepressureortiretemperatureistoohigh.Sohowtopreventtirebursthasbecomeanimportantsubjectforautomobilesecurity,thekeyistokeepstandardtirepressureandfoundthetiredefectpromptly.SohowtomonitortirepressureandtemperatureconditionsintimeisveryimportantInthispaper,firstofallanalysisthecurrentsituationofTPMS,thenputforwardthesuitabletypeofTPMSisthedirecttwo-wayactivetype,thendesigntheoverallstructureofthesystem,anddivideitintodifferentfunctionmodules,suchasCANbusmodule,theCAN/LINbusmodule,thelowfrequencyawakensmodule,TPMSmodulesandpowersupplymoduleSecondlycompletethecircuitdesignbasedonthefunctionofeachmodule.ThedesignofCANbusmoduleadoptstheadvancedopticalisolationchip6N137toisolatedatatransmission,betweenCANbusandgroundwirejoiningthemine-resistantsurgetransientsuppressiondiodes,toimprovethereliabilityandsecurityofdatatransmission.InthelowfrequencyawakensmoduleadoptsTC4422drivechip,andcircuitinductanceofLCcircuitadoptswindinginductance,toimprovethestrengthofthelowfrequencysignal.SensorsusedinTPMSmodulesisSP37chip,whichcanrealizedthehighintegrationdensityandminiaturizationofthemoduledemand.AndinthedesignofPCBtakesomerulestostrengthentheabilityofanti-interference中北大学学位论文Finallytodebugandtestthefunction,resultsshowtheCANbuscommunicationfunctionisgood,datatransmissionisaccurateandreliable,TPMSmodulerealizedthemonitorofthetiretemperatureandpressurevalues,thewirelesscommunicationfunctionisgood,sothesystemisreasonable,andrealizethebasicfunctionKeywords:CAN,TPMS,LFlowfrequencywakemodel,SP37中北大学学位论文目录1绪论11.1课题研究的背景及意义11.2轮胎气压异常及温度的影响21.3轮胎监测系统简介及国内外研究发展状况31.3.1TPMS系统的功能及分类简介31.3.2国内外研究现状及发展.51.3.3TPMS发展阶段及趋势71.4论文研究的内容82系统整体结构设计92.1系统的总体结构92.2系统中的主要技术和协议102.2.1CAN总线技术102.2.2LIN总线技术122.2.3数据通信协议简介132.3本章小节153CAN总线功能实现电路设计163.1CAN总线模块163.1.1CAN总线模块主要芯片选型163.1.2CAN总线模块硬件设计193.1.3CAN总线控制器程序设计.203.2CAN/LIN总线模块213.2.1CAN/LIN模块主要芯片选型213.2.2CAN/LIN模块硬件设计243.2.3CAN/LIN模块软件设计253.3电源电压转换与隔离电路设计26I中北大学学位论文3.4本章小结284轮胎参数测量功能实现电路设计.294.1TPMS模块294.1.1TPMS模块相关器件的选型294.1.2TPMS模块电路设计324.1.3TPMS模块软件设计334.2射频接收模块RFM01354.3低频唤醒模块.364.3.1低频唤醒模块主要芯片的选型364.3.2低频唤醒模块硬件设计374.3.3低频唤醒电路的调试程序设计.394.4系统各模块实物图404.5硬件电路抗干扰设计424.6本章小结445系统硬件调试与功能检测.455.1电路板调试455.2CAN总线通信测试465.3SP37程序下载.475.4系统功能测试485.4.1温度测量功能测试.495.4.2压力测量功能495.5本章小结50结论参考文献致谢攻读硕士学位期间发表的论文II中北大学学位论文1绪论1.1课题研究的背景及意义轮胎作为汽车的重要部件,肩负汽车的全部重量包括其自重和载重,所以其性能的优劣直接影响着车辆的驱动性、稳定性和安全性。由于轮胎气压的偏高或者偏低严重的缩短了轮胎的使用寿命,也给道路行驶安全带来了很大的隐患,从而给汽车使用者带来经济上的损失[1]和人身安全的威胁。轮胎问题在交通事故的原因中排在第三位。由此可见,轮胎在汽车安全行驶中起着重要作用。由英国的一家调查机构AvonTyres的调查数据显示,由于对轮胎的状态不够重视,直接增加了发生车祸的风险,仅英国来说每年就浪费10亿英镑。据其调查可知,英国大约有九成的汽车都有胎压偏低的状况,加速了车胎的老化,如果胎压长期低于最佳胎压的10%[2]其正常使用时间就会减少15%,为此每年购买新轮胎的花费大约为2.3亿英镑。但这与因胎压不足而增加的燃油费相比仅为其1/3,以一辆油耗为30mpg的汽车为例,假设其1年的行程为1万英里,则1年的燃油费就为7.9亿英磅。而据英国交通部的数据显示,其车祸发[3]生因素中七成是由于轮胎的爆胎引起的。德国轮胎制造商(Continental)的调查报告显示,约三成车辆的轮胎压力小于标准值约20kPa~70kPa,而对于轿车来说其轮胎气压每下降50kPa其承重能力就降低100kg,当其气压高于标准值的四分之一时,轮胎寿命就会降低15%~20%。如果其胎压都满足标准值的话,那么德国每年就可以节省2亿升燃油。而降低[4]轮胎的磨损也间接地有助于减轻橡胶碎沫对空气和土壤的污染。由此可见轮胎故障不仅威胁乘车人的生命安全也会导致巨大的经济损失,因此如何及时的发现轮胎故障成为当下车辆安全关注的热点。而轮胎故障发生之前的主要可知的参数为胎压和胎温,这就使得实时检测车胎是否漏气或胎温是否正常变得越