轮胎爆胎预警系统数据传输及门限算法的研究.doc
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轮胎爆胎预警系统数据传输及门限算法的研究,硕士论文 82页共计37419字摘要随着汽车销售市场的日益升温，汽车的安全性能更加被消费者所关注。轮胎是汽车的重要安全部件，在汽车行驶过程中，如果轮胎处于大负荷、长时间、高气压运行中的任何一种情况，都可能引起爆胎或轮胎漏气，严重时会引起交通事故，造成人员伤亡和财产损失。轮胎爆胎预...
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硕士论文 轮胎爆胎预警系统数据传输及门限算法的研究
82页共计37419字
摘要
随着汽车销售市场的日益升温，汽车的安全性能更加被消费者所关注。轮胎是汽车的重要安全部件，在汽车行驶过程中，如果轮胎处于大负荷、长时间、高气压运行中的任何一种情况，都可能引起爆胎或轮胎漏气，严重时会引起交通事故，造成人员伤亡和财产损失。轮胎爆胎预警系统可以实时监测轮胎的压力和温度，当轮胎出现过压、欠压、温度过高时报警，以避免爆胎事故的发生。
本文分析了影响轮胎安全的主要参数，发现温度、压力参数异常是引起轮胎故障重要因素，对于不同温度和压力产生轮胎爆胎的原因的机理缺乏完备性。同时，由于二者相互制约关系的不确定性，由此研究了主要针对轮胎的温度和压力的阈值门限决策算法及门限的确立。完成射频通信模块、无线通信协议、匹配网络和天线的设计；通过实验验证了无线数据的可靠收发。本文还对轮胎爆胎预警系统检测模块的无源化进行了探究
轮胎爆胎预警系统能够保证轮胎工作在正常的气压和温度范围内，其可以明显提高汽车行驶的平缓性、安全性和舒适性，具有广阔的应用前景。
目 录
第一章 绪 论 1
1.1引言 1
1.2课题的背景 1
1.2.1汽车安全行驶的严峻形势 1
1.2.2汽车电子技术的广泛应用 2
1.3课题的研究意义 3
1.3.1汽车市场潜在的经济效益 3
1.3.2课题研究的社会效益 3
1.4 课题的研究趋势及国内外相关技术 3
1.4.1国内外相关技术 4
1.4.2课题的研究趋势 4
1.5本文的主要研究内容： 4
1.5.1强电磁环境下的无线数据传输及通信协议实现 4
1.5.2轮胎爆胎预警门限确立及决策算法研究 5
第二章 轮胎爆胎预警系统技术 6
2.1间接式TPMS 6
2.2 直接式TPMS 6
2.2.1 主动式TPMS 6
2.2.2 被动式TPMS 7
2.3 间接式TPMS与直接式TPMS的特性比较 7
2.4轮胎爆胎预警系统总体设计 7
第三章 轮胎爆胎预警系统无线数据传输的实现 9
3.1轮胎爆胎预警系统无线传输原理 9
3.1.1无线条件下的通信问题 9
3.1.2无线传输的一些基本概念 10
3.1.3无线传输方式的选择 10
3.1.4无线传输模块的频率选择 12
3.2 轮胎爆胎预警系统的无线传输模块设计 12
3.2.1匹配网络及天线设计 13
3.2.1.1匹配网络 13
3.2.1.2天线设计 16
3.2.2无线发射模块设计 18
3.2.3无线接收模块设计 22
3.2.4轮胎爆胎预警系统无线通信协议设计 24
3.2.4.1协议数据帧格式和曼彻斯特编码 24
3.3系统为保证无线传输可靠性所采取的措施 29
3.3.1系统在硬件上采取的措施 29
3.3.2系统在软件上的措施 30
3.3.2.1软件抗干扰的前提条件 30
3.3.2.2软件抗干扰方法设计 31
第四章 轮胎爆胎预警系统预警门限算法的研究 32
4.1 轮胎爆胎原因分析 32
4.1.1压力对轮胎爆胎的影响 32
4.1.2温度对轮胎爆胎的影响 34
4.1.3其它因素对轮胎爆胎的影响 35
4.2 轮胎爆胎预警门限算法的初探 36
4.2.1轮胎爆胎预警门限的设定 36
4.2.2该设定的缺陷 37
4.3轮胎爆胎预警系统预警门限算法改进 37
4.3.1多传感器数据融合技术 37
4.3.2轮胎检测模块数据融合方法的选择 41
4.3.3轮胎检测模块数据融合算法 41
4.3.4 对轮胎爆胎预警门限的温度补偿 47
4.3.5验证改进方案 49
第五章系统测试及其它工作 53
5.1系统测试 53
5.1.1通信距离实验 53
5.1.1.1 通信理论距离估算 53
5.1.1.2通信实际距离 54
5.1.2系统功耗 54
5.1.2.1理论功耗 54
5.1.2.2实际功耗 55
5.2测试后的其它工作 56
5.2.1轮胎爆胎预警系统轮胎模块无源化的探究 56
5.2.1.1压电发电原理 56
5.2.1.2压电发电方案设计 57
第六章 全文总结与今后待研究的问题 59
6.1本文工作总结 59
6.2今后待研究的问题 59
参考文献 61
摘 要 I
Abstract IV
致 谢 VII
关键字： 预警系统 ，实时性，无线通信，通信协议 ，射频收发，门限算法
参考文献
[1] Jeff Burgess．Tire Pressure Monitoring: An Industry Under Pressure．Sensors (Peterborough, NH) ，July，2003：29-33
[2] RIN 2127-AI33:Federal Motor Vehicle Safety Standards; Tire Pressure Monitoring Systems; Controls and Displays．Department of Transportation (DOT), National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA)
[3] 刘桂飘．轮胎爆裂突发交通事故成因及预防措施．广东公安科技，2000，1：59-61
[4] 邓海燕．轮胎充气压力检测技术开发背景与最新动向．轮胎工业，2003， 23（2）：110-112
[5] RF无线模块通信协议及编程指导书，上海桑博科技有限公司，2001.
[6] 乔俊．高速公路上轮胎爆破的原因和防范措施．轮胎工业，1999，19（9）：551-555
[7] 刘桂飘，罗玉涛．轮胎气压对汽车性能影响的研究．广东公安科技，2003， 1：58-61
[8] 崔胜民，余群编著．汽车轮胎行驶性能与测试．北京：机械工业出版社，1995
[10] 汪秋梅/谭不 HTML---轮胎监测器:减灭爆胎祸因 [EB/OL]
[11] 凌有家．轮胎的使用特性及其应用技术．中南汽车运输，1999，3：16-17
[12] 朱明程，李昆华等．采用双传感器补偿的可燃性气体报警器．测控技术，1999，18（2）：21-23
[13] 王吉忠，魏兆宏．轮胎气压自动监测和报警系统．汽车电器，2002，4：56-58
[14] Kaveh Pahlavan无线网络通信原理与应用.清华大学出版社，2001
[15] 樊昌信，詹道庸等编著．通信原理．北京：国防工业出版社，1995
[16] Motorola, Inc.．MC68HC908RF2 Advance Information．2001
[17] Motorola, Inc.．AN2498/D Application Note：Initial trimming of the MC68HC908 ICG．2003
[18] Freescale Semiconductor, Inc.．MPXY8000 Data Sheet．2004
[19] Motorola, Inc.．MC33493/D Technical Data．2002
[20] 高建平，张芝贤编．电波传播（电磁场理论•微波技术•天线基础）．西安：西北工业大学出版社，2002
[21] Motorola, Inc.．MC68HC908KX8/D Technical Data．2002
[22] Motorola, Inc.．MC33594/D Data Sheet．2002
[23] 王彦等．基于MC33591/ MC33592的315MHz/434MHz OOK/FSK接收电路设计．国外电子元器件，2004，6：17-19
[24] Texas Instruments Inc.．MAX232, MAX232I Dual EIA-232 Driver/Receiver．1999
[25] ON Semiconductor, Inc.．MC7800 Series：Three-Terminal Positive Voltage Regulators．2001
[26] 无线通信距离计算.上海桑博科技有限公司，2001
[27] 杜思深，王轶．单片机控制系统中的抗干扰技术及应用．空间电子技术，2003，1：60-64
[28] nRF Radio protocol guidelines nAN400-07. Nordic VLSI ASA, 2002.
[29] 刘帆，楼巍，周维民.粮情测控中蓝牙技术的应用探索.工业仪表与自动化装置，2003, (5): 7-9.
[30] 徐亮，阮江军等．去耦电容在PCB板设计中的应用．电测与仪表，2002，39（4）：5-8
[31] Motorola, Inc.．AN1951/D Application Note：Motorola Tire Pressure Monitor System Demo．2003
[32] 刘慧银，程建平等编著．Motorola微控制器MC68HC08原理及其嵌入式应用．北京：清华大学出版社，2001
[33] 高如云，陆曼茹等编著．通信电子线路．西安：西安电子科技大学出版社，2002
[34] 高吉祥主编．高频电子线路．北京：电子工业出版社，2003
[35] 孙保华，纪奕才等．VHF/UHF天线宽带匹配网络的优化设计与实验研究．电子学报，2002，30（6）：797-799
[36] 胡树豪著．实用射频技术．北京：电子工业出版社．2003
[37] 侯树梅，王世震．汽车车身总线应用现状及发展趋势．汽车电器，2004，11：1-3
[38] 徐士昌.微机控制的无线粮仓监控系统.大连理工大学硕士学位论文，2002,
[39] Bluetooth Technology Specification, 1999, (7)
[40] Thomas Keil. De-facto standardization through alliances-lesson from BluetoothTelecommunication Policy, 2002, (26): 205-213
[41] Rolf Kraemer, Peter Schwander. Bluetooth based wireless Internet applications forindoor hot spots: experience of a successful experiment during CeBIT 2001，Computer Nerwork, 2003, (41): 303 312.
[42] 陈邦媛 射频通信电路.科学出版社
[43] 王新稳，李萍等编著，微波技术与天线，电子工业出版社，2003年
[44] 刘岩当前六种焦点近距无线技术综述无线应用.2004.12
[45] 吴群.移动通信终端天线设计(1).微波技术课系列讲座.哈尔滨工业大学.2003年
[46] 新电子科技杂志? 2006.3
[47] 王军，苏剑波，席裕庚，多传感器融合综述，数据采集与处理，2004,19(l): 72-77
[48] 周玉兰，基于多传感器信息融合的轮胎压力监测系统研究，西北工业大学硕士论文
[49] 何友，王国宏等，多传感器信息融合及应用，电子工业出版社，2000.11
[51] 何勇，王生泽，光电传感器及其应用(第一版)，化学工业出版社，2004,6
[52] 龚元明，萧德云，王俊杰，传感器数据融合技术(上)，冶金自动化，2002,(4): 4-7
[53] 罗志增，蒋静坪，机器人感觉与多信息融合，机械工业出版社，2002,6
[54] 李圣怡，吴学忠，多传感器融合理论及在智能制造系统中的应用，国防科技大学出版社，1998.11
[55] 郭戈，多传感器数据融合方法的研究与进展，机电一体化，2003, (5):12-17
[56] Hall DL,Llinas J.An introduction to multisensor dada fusion,Proceedings ofthe IEEE. 1997.85(l):6-23
[57] 谷立臣，张优云，丘大谋，多传感器信息融合中的关联特性研究，机械工程学报，2000, 136(4): 53-57
[58] 朱金玲，贝叶斯决策分析及改进，江苏统计，2000, (6): 27-28
[59] 项新建，基于多传感器数据融合的粮食仓库温度监测系统，仪器仪表学报，2003, 24(5): 525-528
[60] 陈福增，多传感器数据融合的数学方法，数学的实践与认识，1995
[63]K.Fujimoto,A.Henderson,K.Hirasawa,andJ.R.James,“SmallAntennas”.Research Studies Press Ltd.John Wiley & Sons,1987
82页共计37419字
摘要
随着汽车销售市场的日益升温，汽车的安全性能更加被消费者所关注。轮胎是汽车的重要安全部件，在汽车行驶过程中，如果轮胎处于大负荷、长时间、高气压运行中的任何一种情况，都可能引起爆胎或轮胎漏气，严重时会引起交通事故，造成人员伤亡和财产损失。轮胎爆胎预警系统可以实时监测轮胎的压力和温度，当轮胎出现过压、欠压、温度过高时报警，以避免爆胎事故的发生。
本文分析了影响轮胎安全的主要参数，发现温度、压力参数异常是引起轮胎故障重要因素，对于不同温度和压力产生轮胎爆胎的原因的机理缺乏完备性。同时，由于二者相互制约关系的不确定性，由此研究了主要针对轮胎的温度和压力的阈值门限决策算法及门限的确立。完成射频通信模块、无线通信协议、匹配网络和天线的设计；通过实验验证了无线数据的可靠收发。本文还对轮胎爆胎预警系统检测模块的无源化进行了探究
轮胎爆胎预警系统能够保证轮胎工作在正常的气压和温度范围内，其可以明显提高汽车行驶的平缓性、安全性和舒适性，具有广阔的应用前景。
目 录
第一章 绪 论 1
1.1引言 1
1.2课题的背景 1
1.2.1汽车安全行驶的严峻形势 1
1.2.2汽车电子技术的广泛应用 2
1.3课题的研究意义 3
1.3.1汽车市场潜在的经济效益 3
1.3.2课题研究的社会效益 3
1.4 课题的研究趋势及国内外相关技术 3
1.4.1国内外相关技术 4
1.4.2课题的研究趋势 4
1.5本文的主要研究内容： 4
1.5.1强电磁环境下的无线数据传输及通信协议实现 4
1.5.2轮胎爆胎预警门限确立及决策算法研究 5
第二章 轮胎爆胎预警系统技术 6
2.1间接式TPMS 6
2.2 直接式TPMS 6
2.2.1 主动式TPMS 6
2.2.2 被动式TPMS 7
2.3 间接式TPMS与直接式TPMS的特性比较 7
2.4轮胎爆胎预警系统总体设计 7
第三章 轮胎爆胎预警系统无线数据传输的实现 9
3.1轮胎爆胎预警系统无线传输原理 9
3.1.1无线条件下的通信问题 9
3.1.2无线传输的一些基本概念 10
3.1.3无线传输方式的选择 10
3.1.4无线传输模块的频率选择 12
3.2 轮胎爆胎预警系统的无线传输模块设计 12
3.2.1匹配网络及天线设计 13
3.2.1.1匹配网络 13
3.2.1.2天线设计 16
3.2.2无线发射模块设计 18
3.2.3无线接收模块设计 22
3.2.4轮胎爆胎预警系统无线通信协议设计 24
3.2.4.1协议数据帧格式和曼彻斯特编码 24
3.3系统为保证无线传输可靠性所采取的措施 29
3.3.1系统在硬件上采取的措施 29
3.3.2系统在软件上的措施 30
3.3.2.1软件抗干扰的前提条件 30
3.3.2.2软件抗干扰方法设计 31
第四章 轮胎爆胎预警系统预警门限算法的研究 32
4.1 轮胎爆胎原因分析 32
4.1.1压力对轮胎爆胎的影响 32
4.1.2温度对轮胎爆胎的影响 34
4.1.3其它因素对轮胎爆胎的影响 35
4.2 轮胎爆胎预警门限算法的初探 36
4.2.1轮胎爆胎预警门限的设定 36
4.2.2该设定的缺陷 37
4.3轮胎爆胎预警系统预警门限算法改进 37
4.3.1多传感器数据融合技术 37
4.3.2轮胎检测模块数据融合方法的选择 41
4.3.3轮胎检测模块数据融合算法 41
4.3.4 对轮胎爆胎预警门限的温度补偿 47
4.3.5验证改进方案 49
第五章系统测试及其它工作 53
5.1系统测试 53
5.1.1通信距离实验 53
5.1.1.1 通信理论距离估算 53
5.1.1.2通信实际距离 54
5.1.2系统功耗 54
5.1.2.1理论功耗 54
5.1.2.2实际功耗 55
5.2测试后的其它工作 56
5.2.1轮胎爆胎预警系统轮胎模块无源化的探究 56
5.2.1.1压电发电原理 56
5.2.1.2压电发电方案设计 57
第六章 全文总结与今后待研究的问题 59
6.1本文工作总结 59
6.2今后待研究的问题 59
参考文献 61
摘 要 I
Abstract IV
致 谢 VII
关键字： 预警系统 ，实时性，无线通信，通信协议 ，射频收发，门限算法
参考文献
[1] Jeff Burgess．Tire Pressure Monitoring: An Industry Under Pressure．Sensors (Peterborough, NH) ，July，2003：29-33
[2] RIN 2127-AI33:Federal Motor Vehicle Safety Standards; Tire Pressure Monitoring Systems; Controls and Displays．Department of Transportation (DOT), National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA)
[3] 刘桂飘．轮胎爆裂突发交通事故成因及预防措施．广东公安科技，2000，1：59-61
[4] 邓海燕．轮胎充气压力检测技术开发背景与最新动向．轮胎工业，2003， 23（2）：110-112
[5] RF无线模块通信协议及编程指导书，上海桑博科技有限公司，2001.
[6] 乔俊．高速公路上轮胎爆破的原因和防范措施．轮胎工业，1999，19（9）：551-555
[7] 刘桂飘，罗玉涛．轮胎气压对汽车性能影响的研究．广东公安科技，2003， 1：58-61
[8] 崔胜民，余群编著．汽车轮胎行驶性能与测试．北京：机械工业出版社，1995
[10] 汪秋梅/谭不 HTML---轮胎监测器:减灭爆胎祸因 [EB/OL]
[11] 凌有家．轮胎的使用特性及其应用技术．中南汽车运输，1999，3：16-17
[12] 朱明程，李昆华等．采用双传感器补偿的可燃性气体报警器．测控技术，1999，18（2）：21-23
[13] 王吉忠，魏兆宏．轮胎气压自动监测和报警系统．汽车电器，2002，4：56-58
[14] Kaveh Pahlavan无线网络通信原理与应用.清华大学出版社，2001
[15] 樊昌信，詹道庸等编著．通信原理．北京：国防工业出版社，1995
[16] Motorola, Inc.．MC68HC908RF2 Advance Information．2001
[17] Motorola, Inc.．AN2498/D Application Note：Initial trimming of the MC68HC908 ICG．2003
[18] Freescale Semiconductor, Inc.．MPXY8000 Data Sheet．2004
[19] Motorola, Inc.．MC33493/D Technical Data．2002
[20] 高建平，张芝贤编．电波传播（电磁场理论•微波技术•天线基础）．西安：西北工业大学出版社，2002
[21] Motorola, Inc.．MC68HC908KX8/D Technical Data．2002
[22] Motorola, Inc.．MC33594/D Data Sheet．2002
[23] 王彦等．基于MC33591/ MC33592的315MHz/434MHz OOK/FSK接收电路设计．国外电子元器件，2004，6：17-19
[24] Texas Instruments Inc.．MAX232, MAX232I Dual EIA-232 Driver/Receiver．1999
[25] ON Semiconductor, Inc.．MC7800 Series：Three-Terminal Positive Voltage Regulators．2001
[26] 无线通信距离计算.上海桑博科技有限公司，2001
[27] 杜思深，王轶．单片机控制系统中的抗干扰技术及应用．空间电子技术，2003，1：60-64
[28] nRF Radio protocol guidelines nAN400-07. Nordic VLSI ASA, 2002.
[29] 刘帆，楼巍，周维民.粮情测控中蓝牙技术的应用探索.工业仪表与自动化装置，2003, (5): 7-9.
[30] 徐亮，阮江军等．去耦电容在PCB板设计中的应用．电测与仪表，2002，39（4）：5-8
[31] Motorola, Inc.．AN1951/D Application Note：Motorola Tire Pressure Monitor System Demo．2003
[32] 刘慧银，程建平等编著．Motorola微控制器MC68HC08原理及其嵌入式应用．北京：清华大学出版社，2001
[33] 高如云，陆曼茹等编著．通信电子线路．西安：西安电子科技大学出版社，2002
[34] 高吉祥主编．高频电子线路．北京：电子工业出版社，2003
[35] 孙保华，纪奕才等．VHF/UHF天线宽带匹配网络的优化设计与实验研究．电子学报，2002，30（6）：797-799
[36] 胡树豪著．实用射频技术．北京：电子工业出版社．2003
[37] 侯树梅，王世震．汽车车身总线应用现状及发展趋势．汽车电器，2004，11：1-3
[38] 徐士昌.微机控制的无线粮仓监控系统.大连理工大学硕士学位论文，2002,
[39] Bluetooth Technology Specification, 1999, (7)
[40] Thomas Keil. De-facto standardization through alliances-lesson from BluetoothTelecommunication Policy, 2002, (26): 205-213
[41] Rolf Kraemer, Peter Schwander. Bluetooth based wireless Internet applications forindoor hot spots: experience of a successful experiment during CeBIT 2001，Computer Nerwork, 2003, (41): 303 312.
[42] 陈邦媛 射频通信电路.科学出版社
[43] 王新稳，李萍等编著，微波技术与天线，电子工业出版社，2003年
[44] 刘岩当前六种焦点近距无线技术综述无线应用.2004.12
[45] 吴群.移动通信终端天线设计(1).微波技术课系列讲座.哈尔滨工业大学.2003年
[46] 新电子科技杂志? 2006.3
[47] 王军，苏剑波，席裕庚，多传感器融合综述，数据采集与处理，2004,19(l): 72-77
[48] 周玉兰，基于多传感器信息融合的轮胎压力监测系统研究，西北工业大学硕士论文
[49] 何友，王国宏等，多传感器信息融合及应用，电子工业出版社，2000.11
[51] 何勇，王生泽，光电传感器及其应用(第一版)，化学工业出版社，2004,6
[52] 龚元明，萧德云，王俊杰，传感器数据融合技术(上)，冶金自动化，2002,(4): 4-7
[53] 罗志增，蒋静坪，机器人感觉与多信息融合，机械工业出版社，2002,6
[54] 李圣怡，吴学忠，多传感器融合理论及在智能制造系统中的应用，国防科技大学出版社，1998.11
[55] 郭戈，多传感器数据融合方法的研究与进展，机电一体化，2003, (5):12-17
[56] Hall DL,Llinas J.An introduction to multisensor dada fusion,Proceedings ofthe IEEE. 1997.85(l):6-23
[57] 谷立臣，张优云，丘大谋，多传感器信息融合中的关联特性研究，机械工程学报，2000, 136(4): 53-57
[58] 朱金玲，贝叶斯决策分析及改进，江苏统计，2000, (6): 27-28
[59] 项新建，基于多传感器数据融合的粮食仓库温度监测系统，仪器仪表学报，2003, 24(5): 525-528
[60] 陈福增，多传感器数据融合的数学方法，数学的实践与认识，1995
[63]K.Fujimoto,A.Henderson,K.Hirasawa,andJ.R.James,“SmallAntennas”.Research Studies Press Ltd.John Wiley & Sons,1987
