自发电汽车轮胎压力与温度监测系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

自第二次工业革命开始，汽车开始进入人们的生活#65377;而如今，随着科技的迅速发展，汽车已经逐渐成为人们日常生活不可或缺的一部分#65377;随着国内汽车保有量越来越高以及驾驶汽车的人数越来越多，由汽车引发的交通事故也在逐渐增多#65377;其中，不容忽视的是，因爆胎引发的交通事故增多己成为世界性的社会问题#65377;在决定汽车安全的因素中，轮胎的安全占据着十分重要的地位#65377;汽车轮胎运动过程中，其压力、温度都在大范围波动变化，而且这些变化不易察觉，很难预防﹐当温度与压力超出安全范围就会引起恶性交通事故#65377;导致轮胎故障的主要因素有很多，如环境气压、温度的大范围波动、超载车速太快、路况太差长时间行车等，而其中气压和温度变化影响最大#65377;因此，怎样及时检测轮胎运行压力、温度从而防止轮胎故障，保证行车安全，成为人们越来越关注的问题#65377;汽车自发电轮胎温度和压力检测是一项重要的技术，它可以帮助汽车驾驶者检测到轮胎的温度和压力，以便更好地控制汽车的行驶安全性#65377;目前主要采用tpms来检测汽车轮胎内部的压力和温度数据，tpms通过对轮胎温度和压力检测，在压力和温度异常的情况下，能够发出警报从而及时提醒车主及时避免可能出现的安全事故#65377;自发电技术可将温度和压力信号传递给汽车的控制系统，使驾驶者能够及时发现轮胎的温度和压力异常。此外，自发电技术还可以检测到轮胎的速度和转向信息，从而可以帮助驾驶者更好地控制汽车的行驶安全性#65377;它的出现，将有助于改善汽车行驶安全性，使汽车更安全、更稳定。汽车轮胎温度和压力检测系统能够实时检测汽车轮胎的温度和压力，从而提高汽车轮胎的使用安全性#65377;现有的汽车轮胎温度和压力检测系统大多基于传感器，但存在精度低、抗干扰能力差等问题#65377;因此，提出一种新的汽车轮胎温度和压力检测系统设计方案，以提高汽车轮胎的使用安全性，是十分有必要的#65377;

文献[1]针对目前监测系统多采用化学电池供电，在超出使用年限时更换过程复杂的问题，分析了汽车轮胎转动的实际环境和目前微能量收集的基本现状，选择了光电和压电作为能量收集来源，设计出复合压电光电能量收集器，解决了传统供电系统下能量来源单一和在不同环境下，能量收集困难的问题。文献[2]针对目前多数监测系统能量收集效率低的问题，选择采用复合压电光电能量收集器，设计出对应的复合能量收集管理电路，文献[3]实现了能够收集多路压电和光电能量，并将能量收集电路分为两个部分，一部分采用小电容收集能量为芯片工作自身充电，另一部分为超级电容充电，在整个电路中采用超低功耗的元器件，提高了能量收集效率#65377;文献[4]针对现存检测系统灵敏度较低的现状，研究出适用的复合压力传感器，采用硅铝异质结构作为基本结构，文献[5]同时测量压力和温度，通过软件建模编程对其结构进行优化设计，文献[6]在考虑压力温度漂移问题的情况下，采用差分输出，降低温度漂移误差，采用标准mems工艺实际制作符合压力温度传感芯片#65377;文献[7]针对复合压力温度传感器的温度漂移问题，采用了基于蚁群算法优化的elman神经网络进行补偿#65377;文献[8]分析了压电发电和光电发电的基本原理，然后根据实际的tpms应用场景设计出对应复合能量收集器，根据光电和压电能量的特点设计出对应复合能量收集管理电路#65377;

上述文献中，仍存在一些不足，如复合压力温度传感器的性能还可以进一步提高，针对此问题，可以考虑选择更加适合的材料设计金属-半导体结构，进一步提高传感器的灵敏度，同时可以考虑针对温度漂移现象设计性能更加优秀的硬件补偿方式#65377;此外，还需通过大量的实际环境测试，获取更丰富的样本，使用神经网络进行训练进一步提高其算法的准确性，结合硬件补偿，降低温度漂移误差。在复合能量收集管理电路的充电效率上仍需进一步提高，针对此问题，可优化接口电路性能，改进电路充电和管理模式、选择更低功耗的器件和更加合适的储能单元等方面进行优化工作。故根据以上文献中存在的问题，本课题主要着重于对温度与压力的信息采集和控制方式进行优化。针对传感器的精度不够高，数据采集和处理的效率低，受外界干扰的能力差，以及电池供电时间短等问题做出优化#65377;本课题拟采用新型传感器，如热电偶、光学传感器#65380;磁性传感器等，以提高精度和受外界干扰的能力;采用新型数据采集和处理技术，如数据挖掘、机器学习等，以提高效率。

2. 研究内容和预期目标

本课题基于单片机为控制和计算核心，研究并设计一个无线胎压与温度监测系统，实施胎压变化和温度变化的实时采集和传送，以达到汽车司机能够在第一时间掌握汽车轮胎的要求，并做出相应的反应，从而避免事故的发生#65377;

预期目标：

(1)掌握单片机基本原理、硬件组成及结构#65377;

3. 研究的方法与步骤

本设计硬件部分拟采用单片机为控制与计算核心，对采集到的汽车轮胎压力和温度数据先进性初步处理，再输入至单片机中#65377;再对数据进行处理最后，将处理好的数据输出，在显示模块上显示出温度数据和压力数据#65377;

其设计的主要步骤：

(1)查阅相关资料，了解背景，学习单片机的相关知识，并掌握电路仿真软件和程序变异软件的使用方法#65377;

(2)提出设计的总体思路，设计出电路原理图、程序控制流程图。

4. 参考文献

[1]王超.自供电汽车轮胎压力与温度监测系统的研究.2022.南京信息工程大学.

[2]李敏.汽车轮胎压力及温度实时检测系统设计.激光杂志,2014,35(10):127-130.

[3]余真珠,马连湘.智能化轮胎监控技术的研究现状和市场前景.自动化表,2009,30(09):1-4.

[4]赵文.轮胎压力监视系统(tpms)研究与开发.南昌大学,2006.

5. 计划与进度安排

(1)2024-2-20~2024-3-03(2周) 查阅和总结相关背景及技术资料，进一步细化研究计划，初步提出设计方案，撰写开题报告#65377;
(2)2024-3-06~2024-3-17(2周) 完善和优化设计方案，熟悉控制器硬件资源及编程技巧，完成器件选型#65377;
(3)2024-3-20~2024-4-07(3周) 设计电路原理图，制订程序框图，编制控制程序#65377;
(4)2024-4-10~2024-4-28(3周) 系统调试及改进，修正程序错误，撰写毕业设计文档初稿。

(5)2024-5-01~2024-5-19(3周) 整理毕业设计文档，完善毕业设计成果#65377;
(6)2024-5-22~2024-5-26(1周) 提交毕业设计成果，准备答辩#65377;