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基于ZigBee的轮胎压力监测系统设计

作　者: 贾亚沛
导　师: 陈家新
学　校: 河南科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: ZigBee 轮胎压力监测 TPMS 低功耗设计 无线传感器网络
分类号: U463.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 192次
引　用: 4次
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内容摘要


随着汽车工业的蓬勃发展,人们越来越关注行车安全问题。经统计分析,由于胎压不足引起的爆胎事故占了高速路上恶性交通事故中很大的比例。因此,怎样防止爆胎已经是一个很重要的课题。轮胎压力监测系统(Tire Pressure Monitoring System)能够对轮胎状态进行实时监控,并能够实现异常报警。它是一种事前报警系统,能够把危险消灭在萌芽状态,保障人们的行车安全,减少爆胎事故的发生。本文在前人已有的基础上,针对直接式TPMS的一些不足,将ZigBee无线网络技术应用于轮胎压力监测系统的设计。论文首先分析研发TPMS在社会和经济方面的意义,说明TPMS的重要性;介绍ZigBee技术的特点,并阐述了网络系统具有低功耗、低成本、高可靠性和易实现的优点。然后根据系统的技术要求和功能特点,详细介绍TPMS系统的基本原理,提出系统硬件的总体设计方案,并针对星型网络的实现和系统的低功耗管理提出了相应的方案;从实际应用出发,对系统软硬件的低功耗设计做了一定的改进:在软件方面,将异常时实时唤醒和正常时定时唤醒结合起来,减少检测模块的发送次数,降低功耗;在硬件方面的低功耗设计就是选用高度集成的低功耗芯片CC2430和SP12来减少组件的数量,简化电路;对系统的抗干扰性做了进一步改进,利用ZigBee直接序列扩频技术和信号避免碰撞机制和合理设计PCB,提高了系统的抗干扰性。与现有的TPMS设计方案相比,改进后的方案在提高系统稳定性的同时,系统的体积更小,电路更简化,耗能更低,使用寿命更长。定位技术采用可靠、便捷和低成本的定位技术,引入ZigBee绑定机制,它在轮胎在换台保养后能够自动更新绑定链表,达到自动定位的功能。完成了系统的电气原理图和PCB图的设计;根据ZigBee无线通信协议完成了主机和轮胎模块的数据交流。按系统的功能要求,本文完成了轮胎模块的数据采集和发送程序;主机模块的数据接收、存储和显示程序、数据处理程序和报警提示程序。最后,对轮胎模块进行了功耗分析,阐明了本设计满足低功耗设计要求。

全文目录


摘要  2-4
ABSTRACT  4-9
第1章 绪论  9-18
  1.1 课题的研究背景  9-10
  1.2 课题的研究目的和意义  10-12
    1.2.1 轮胎压力与行车安全  10-11
    1.2.2 轮胎压力与使用寿命  11-12
    1.2.3 课题研究的意义  12
  1.3 TPMS 的发展状况  12-13
    1.3.1 国外发展状况  12-13
    1.3.2 国内发展状况  13
  1.4 传统TPMS 实现的方案  13-16
    1.4.1 间接式TPMS  14
    1.4.2 直接式TPMS  14-16
    1.4.3 传统直接式TPMS 方案的不足  16
  1.5 课题的研究内容及论文结构  16-18
第2章 ZigBee 技术分析  18-28
  2.1 ZigBee 技术  18-22
    2.1.1 ZigBee 技术和其它无线通信技术的比较  18-20
    2.1.2 ZigBee 网络类型  20-22
  2.2 ZigBee 协议栈模型  22-25
    2.2.1 PHY 层  23
    2.2.2 MAC 层  23-24
    2.2.3 NWK 层  24
    2.2.4 APL 层  24-25
  2.3 IEEE802.15.4 调制方式  25-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章 TPMS 总体设计及关键技术  28-38
  3.1 汽车轮胎简介  28-29
  3.2 系统设计要求  29-30
    3.2.1 工作环境  29
    3.2.2 功能要求  29
    3.2.3 技术要求  29-30
  3.3 系统的总体设计  30-32
    3.3.1 组件选择和功耗管理  30
    3.3.2 TPMS 总体设计  30-31
    3.3.3 TPMS 轮胎检测模块设计  31-32
    3.3.4 TPMS 主机接收模块设计  32
  3.4 轮胎发射模块的定位  32-34
  3.5 ZigBee 星型网络的设计和实现  34-36
    3.5.1 网络设计  34-36
    3.5.2 网络的实现  36
  3.6 本章小结  36-38
第4章 轮胎压力检测模块的设计  38-55
  4.1 轮胎压力检测模块的分析  38-39
    4.1.1 技术难点分析  38
    4.1.2 技术难点解决方案  38-39
  4.2 轮胎压力检测模块的硬件设计  39-47
    4.2.1 智能芯片SP12  39-42
    4.2.2 ZigBee 芯片CC2430  42-45
    4.2.3 锂亚电池  45
    4.2.4 硬件电路设计  45-47
  4.3 轮胎压力检测模块软件设计  47-53
    4.3.1 轮胎模块软件总体设计  47-50
    4.3.2 压力传感器软件设计  50-51
    4.3.3 无线发射部分设计  51-53
  4.4 轮胎模块的PCB 图  53-54
  4.5 本章小结  54-55
第5章 主机接收模块的设计  55-64
  5.1 主机接收模块的硬件设计  55-59
    5.1.1 LCD 介绍  55-57
    5.1.2 电路硬件设计  57-58
    5.1.3 报警电路  58
    5.1.4 人机接口设计  58-59
  5.2 主机接收模块软件设计  59-62
    5.2.1 主机模块软件总体设计  59-60
    5.2.2 LCD 显示子程序设计  60-61
    5.2.3 无线接收子程序的设计  61-62
  5.3 主机模块的PCB 图  62-63
  5.4 本章小结  63-64
第6章 功耗分析及系统测试  64-69
  6.1 检测模块的功耗分析  64-65
  6.2 系统测试  65-67
    6.2.1 CC2430 无线通信模块测试  65
    6.2.2 ZigBee 网络测试  65-67
  6.3 本章小结  67-69
第7章 总结与展望  69-71
  7.1 总结  69
  7.2 展望  69-71
参考文献  71-74
附录A 附录轮胎检测模块电路原理图  74-75
附录B 附录主机接收模块电路原理图  75-76
致谢  76-77
攻读硕士学位期间的研究成果  77

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 汽车工程 > 汽车结构部件 > 电气设备及附件
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