黄明柱，肖欢，周疆豪，胡致铨，陈佳丽，李海龙

武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室

基于无线蓝牙技术的胎压监测报警系统

黄明柱，肖欢，周疆豪，胡致铨，陈佳丽，李海龙

武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室

本设计提供一种基于无线蓝牙通信技术的胎压监测报警系统，包括压电式压力传感器、信号收集模块、预设置模块、信号分析模块、信号发送模块、车载报警器、车载显示器。其中信号在各模块之间采用无线蓝牙传输技术进行传送。传感器用于测定轮胎内部的气压且内置蓝牙设备，置于轮毂中；预设置模块用于设置胎压标准值，当气压一旦超标，系统便会发出警报；车载报警器用于报警；车载显示器用于显示当前胎压值；其它模块用于信号的发送、收集、分析与计算，集成于信号处理器，其内部也设有蓝牙设备。本系统在汽车的行驶过程中能时刻监测胎压异常情况，气压一旦异常就会报警，减少因轮胎气压变化而产生的交通事故，保障驾驶员的生命财产安全。

胎压监测；无线蓝牙技术；GSM网络；传感器

引言

在汽车行驶过程中，因轮胎而引起的事故值得人们关注，这在很大程度上是因为气压变化而引起，因此胎压监测是重要的研究课题之一。研究胎压主要通过压力传感器监测，将气压大小发送给信号处理器，通过其对比分析作出判断，提示司机胎压是否超标。

1　研究背景

现有的胎压监测技术中，一般采用压力传感器监测压力，通过普通信号的传输，将压力信号反馈给单片机结构或集成电路结构的中央处理器，最后实现报警。监测方式分为直接式和间接式。例如基于延迟线型声表面波的TPMS技术，其抗干扰能力强，但信号传递速度会受到压电晶体的压电性、介电性、弹性常数等因素的影响，导致信号传递延迟或不稳定［1］；再如基于STC89C52单片机的TPMS，其信号处理过程非常优异，但其使用的是轮速传感器监测胎压，即间接方式，由于影响胎压的因素很多，因此仅仅凭借轮速来测定胎压容易导致监测不准等问题［2］。

另外，在信号传输方面，一般采用无线传输技术。例如基于CAN总线技术的TPMS、基于ARM技术的TPMS、基于C8051F单片机的无电池式TPMS等，其通过传感器监测并以无线网络的方式传输信号，省去了冗杂的布线，实现了数据共享与传递［3］［4］［5］。但普通无线传输也有其缺点，即不够智能化而且信号抗干扰能力不强，容易导致监测不准等问题，而一些智能胎压监测系统又存在着制造难度高和成本高等弊端［6］。

因此，一种通过直接式的无源压力传感器来监测胎压，再通过一种抗干扰能力强且适用于近距离的信号传输方式将信号传递给信号处理器，并进行分析判断的胎压监测系统亟待研究。

2　发明内容

本设计的目的是让驾驶员时刻掌握行驶过程中轮胎的气压值，主要由压电式压力传感器、信号收集模块、预设置模块、信号分析模块、信号发送模块、车载报警器、车载显示器组成。所述的压电式压力传感器安置在汽车的每个轮胎中，用于测定轮胎中的气压值；所述的信号收集模块用于接收压电式压力传感器测定的气压值；所述的信号分析模块用于分析发送过来的气压值信号，并判别气压值是否超过预设标准，其第一输入端与信号收集模块的输出端相连；所述的预设置模块用于预先设定轮胎的安全气压值范围，其输出端与信号分析模块的第二输入端相连；所述的信号发送模块用于传输轮胎中的气压值；所述的车载显示器用于显示轮胎中的气压值；所述的车载报警器用于报警提示。

3　研究的有益效果

系统在汽车的行驶过程中能时刻监测胎压异常情况，气压一旦异常就会报警，避免因轮胎气压变化而产生的交通事故，保障我们的生命财产安全。

4　具体实施方式

在附图所示的实例中，所述压电式压力传感器的关键在于压电材料，其能够将所受的压力转换为随压力变化的电压信号，再通过其内部的放大器放大并通过其内置的蓝牙设备传输信号，用于测定轮胎中的气压值；所述的信号收集、分析和发送模块集成于信号处理器，用于收发信号以及分析与计算信号值并作比较，并把结果输出给显示器，如果当前值超标，信号处理器还会发送警命令让报警器报警；所述的预设置模块用于预先设定轮胎的安全气压值，其输出端与信号处理器相连；所述的车载显示器用于显示轮胎中的气压值，其输入端与信号处理器相连；所述的车载报警器用于报警提示。

图1　胎压监测报警系统结构示意图

使用本系统前，需通过预设值模块设置轮胎气压的标准值范围，用于信号处理器对比判别汽车行驶过程中轮胎气压是否处在安全的范围内。

5　结论与展望

现有技术一般采用普通无线网络进行信号传输，将本设计与现有技术相比，采用蓝牙技术、GSM网络以及无源压电式压力传感器，比现有的TPMS信号传输更稳定、更准确、更灵敏且性能更可靠。

另外，本系统所包含每一个零部件都可以根据现有技术制造出来，只需要将其中的电子零部件通过适当的组合封装便可实现系统的生产。

此胎压监测系统在传感器上有一定的先进性，能有效、及时并稳定的测定信号并将其以蓝牙信号方式发送出去，但其内部的蓝牙设备也需要电池，因此会导致系统在使用过程中要及时更换电池，从而带来极大的麻烦。因此本系统在消除蓝牙设备电池并通过其他方式为其供电方面还有待研究。

［1］徐文超.基于延迟线型声表面波传感器的无缘胎压监测系统研究［D］硕士.2012.

［2］袁伟光，佟亚洲，孙润骅，等.基于STC89C52单片机的胎压监测报警系统设计［J］.科技传播，2013（20）：200-201.

［3］张耀平.基于CAN总线技术的胎压监测系统设计［J］.科技创新与应用，2013（20）：58.

［4］林超，雷勇.基于ARM及无线传感器的轿车胎压监测系统的设计［J］.计算机测量与控制，2011（2）：283-285.

［5］黎步银，唐燕.基于C8051F单片机的无电池式胎压监测系统［J］.仪表技术与传感器，2013（10）：61-64.

［6］芦世雄.基于MPXY8300的智能胎压监测系统设计［J］.电子产品世界，2014（8）：52-54.

2015湖北省大学生创新创业训练计划项目，项目编号201510488020。

黄明柱（1994-）男，本科生。