Nghiên cứu chế tạo hệ thống theo dõi áp suất lốp (tire pressure monitoring system tpms)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
HÀNG LÊ ANH MINH

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ THỐNG THEO DÕI ÁP XUẤT LỐP
(TIRE PRESSURE MONITORING SYSTEM - TPMS)

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116

S K C0 0 4 4 3 6

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09/2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
HÀNG LÊ ANH MINH

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO
HỆ THỐNG THEO DÕI ÁP SUẤT LỐP
(TIRE PRESSURE MONITORING SYSTEM - TPMS)

NGÀNH: KĨ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116



TP.Hồ Chí Minh – tháng 09/ 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
HÀNG LÊ ANH MINH

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO
HỆ THỐNG THEO DÕI ÁP SUẤT LỐP
(TIRE PRESSURE MONITORING SYSTEM - TPMS)

NGÀNH: KĨ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116
Hướng dẫn khoa học:
PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG


TP.Hồ Chí Minh – tháng 09/ 2014


LÝ LỊCH KHOA HỌC
(Dùng cho nghiên cứu sinh & học viên cao học)
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC
Họ & tên:

Hàng Lê Anh Minh

Ngày, tháng, năm sinh:

Quê quán:

08/03/1989

Chợ Gạo, Tiền Giang

Giới tính:

Nam

Nơi sinh:

Tiền Giang

Dân tộc:

Kinh

Chức vụ, đơn vị công tác trước khi học tập, nghiên cứu:
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc:

119 Ô2 Khu II Huyện Chợ Gạo-Tỉnh Tiền Giang

Điện thoại cơ quan:

Điện thoại nhà riêng:

Fax:

E-mail:

(0733)837569



II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo:

Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ ……

Nơi học (trường, thành phố):
Ngành học:
2. Đại học:
Hệ đào tạo:

Thời gian đào tạo từ 09/2007 đến 05/2012

Chính quy tập trung

Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Nghiên cứu hệ thống nhiên liệu động cơ
commonrail trên xe Toyota Hiace, chế tạo hệ thống lạnh trên xe du lịch 12 chỗ ngồi.
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp:Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải
Thành Phố Hồ Chí Minh
Người hướng dẫn:

ThS. Cao Đào Nam

3. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo:

Chính quy tập trung

Nơi học (trường, thành phố):

Thời gian đào tạo từ 10/2012 đến

10/2014

Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM

Ngành học:

Kỹ thuật Cơ khí Động lực

Tên luận văn:

Nghiên cứu chế tạo hệ thống TPMS - Tyre Pressure Monitoring System.

Ngày & nơi bảo vệ luận văn:
Người hướng dẫn:

Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM

PGS.TS Đỗ Văn Dũng

4. Tiến sĩ:
Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ ……
Tại (trường, viện, nước):

Phòng Đào tạo – Bộ phận Sau đại học; Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM – ĐT: 37225.766


Tên luận án:
Người hướng dẫn:
Ngày & nơi bảo vệ:
5. Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ):

tiếng Anh – trình độ B

6. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi cấp:
Nơi cấp
ĐH GTVT
TPHCM

Chuyên ngành đào tạo

Văn bằng

Số hiệu bằng

Ngày cấp

Cơ khí Động lực

Kỹ sư

00382666

29/05/2012

III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Thời gian

Nơi công tác

Công việc đảm
nhiệm

IV. CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ

XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN CỬ ĐI HỌC
(Ký tên, đóng dấu)

Ngày23 tháng 8 năm 2014
Người khai ký tên

Hàng Lê Anh Minh

Phòng Đào tạo – Bộ phận Sau đại học; Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM – ĐT: 37225.766


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2014
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Hàng Lê Anh Minh

ii


HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

Tire Pressure Monitoring System
LỜI CẢM ƠN

Đề tài " Nghiên cứu chế tạo hệ thống theo dõi áp suất lốp TPMS" đã nhận được rất
nhiều sự giúp đỡ từ quí Thầy Cô, các anh chị và bạn bè trong và ngoài Trường Đại
Học Sư Phạm Kĩ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh.
Cảm ơn quí Thầy Cô trong Khoa Cơ Khí Động Lực - Trường Đại Học Sư Phạm Kĩ
Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện để chế tạo, lắp đặt và thử nghiệm.
Chân thành cảm ơn tất cả quí Thầy, Cô đã nhiệt tình hướng dẫn trong suốt khoá học.
Cảm ơn các anh chị, các bạn trong lớp CKO12B đã đóng góp những ý kiến quí giá.
Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn Thầy hướng dẫn-Thầy PGS.TS Đỗ Văn Dũng đã xây
dựng ý tưởng, phương hướng, nội dung cùng với những kiến thức và lời khuyên quí
báo của Thầy.
Xin chân thành cảm ơn!

HV: Hàng Lê Anh Minh


HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

Tire Pressure Monitoring System
TÓM TẮT

Theo thống kê cho thấy, cứ 4 xe ô tô đang lưu thông thì có 1 xe chạy với áp suất lốp

không đủ. Rất ít người lái thường xuyên để ý đến áp suất lốp cho đến khi lốp quá mềm
gây cảm giác nặng tay lái, đánh lái không chuẩn. Khi ô tô chuyển động với áp suất lốp
không đủ sẽ gây ra rất nhiều tác hại như: tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn, khả năng điều
khiển không tối ưu, tai nạn do nổ lốp, v.v..Nhận thấy những tác hại to lớn từ việc chạy
xe với áp suất lốp "non" các hãng xe đã nhanh chóng nghiên cứu và chế tạo "Hệ thống
theo dõi áp suất lốp" nhằm giúp cho người lái biết được chính xác tình trạng lốp xe
mọi lúc mọi nơi.
Nhằm góp phần vào việc nghiên cứu và chế tạo một sản phẩm " Hệ thống theo dõi áp
suất lốp" của người Việt với đầy đủ các tính năng, độ chính xác, hoạt động ổn định và
dài lâu với giá thành rẻ hơn sản phẩm đang có mặt trên thị trường người nghiên cứu
đã chọn và thực hiện đề tài " Nghiên cứu chế tạo hệ thống theo dõi áp suất lốp"
Hệ thống được chế tạo gồm 2 module: một module phát RF và một module thu RF.
Trong đó, module phát thu thập dữ liệu áp suất, nhiệt độ từ cảm biến và được truyền
đi bằng sóng RF, module thu nhận tín hiệu RF, xử lí, giải mã và hiển thị thông số lên
màn hình LCD.
Kết quả thử nghiệm cho thấy rằng, hệ thống hoạt động với độ ổn định và chính xác
cao trong mọi điều kiện. Hệ thống phù hợp với tất cả các loại xe, kể cả xe máy. Hệ
thống theo dõi áp suất lốp sẽ góp phần làm giảm tai nạn đáng tiếc do nổ lốp và tiết
kiệm một lượng lớn nhiêu liệu cho cộng đồng..v.v. Ngoài ra, hệ thống cần có những
chính sách hỗ trợ nghiên cứu và chế tạo để hoàn thiện hơn để được sử dụng rộng rãi
trong cộng đồng.

HV: Hàng Lê Anh Minh


HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

Tire Pressure Monitoring System
SUMMARY

According to statistics, one fourth of the vehicle on traffic are low tire pressure. Few
drivers attend to tire pressure until the pressure is too low to cause problem in
steering,. When cars move with low tires pressure, there will be alot of many issues
such as: accident, waste fuel, ability to control not optimal..v.v.. Recognizing the
disadvantages of driving car with low tire pressure, many manufacturers are
researching and manufacturing " Tire Pressure Monitoring System" quickly to help
drivers know the exact condition of tires anytime, anywhere.
To contribute to the research and manufacture a product "monitoring system tire
pressure" made in Vietnam with full functionality, accuracy, stable performance and
cheaper than products are available in the market and I chose to implement the project
"Researching and manufacturing Tire Pressure Monitoring System".
The system has 2 module: one is RF transmitter module and one is receiver module
RF.
Test results show that the system operates with high precision and high stability under
all conditions. System is suitable for all types of vehicles, including motorcycles. The
"Tire Pressure Monitoring System" will help reduce the tragic accident due to tire
burst and saving a large amount of fuel for the community. In addition, the system
should have policies supporting to research and manufacture for more complete and
are widely used in the community.

HV: Hàng Lê Anh Minh


MỤC LỤC
Trang tựa

TRANG

Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân

i

Lời cam đoan

ii

Cảm tạ

iii

Tóm tắt

iv

Mục lục

v

Danh sách các chữ viết tắt

vi

Danh sách các hình

vii

Danh sách các bảng

viii

Chương 1: TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu tổng quát

1
1

1.1.1 Khái niệm TPMS

2

1.1.2 Sự ra đời và lịch sử phát triển TPMS

2

Những nghiên cứu về TPMS được nghiên cứu và công bố
1.1.3 Các lí do nên trang bị TPMS

3
5

1.3 Mục đích đề tài

7

1.4 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đê tài

7

1.4 Phương pháp nghiên cứu

7

2.1 Hướng Nghiên Cứu

8

Chương 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT
2.1 Cơ sở lí thuyết truyền dữ liệu không dây

10
10

2.1.1 Các cách thức truyền dữ liệu không dây

10

2.1.2 Kết luận

14


2.1.3 Cơ sở lí thuyết việc phát sóng RF

14

2.2 Giới thiệu về hệ thống TPMS

18

2.3 Đánh giá, so sánh hệ thống TPMS hiện đang được

21

trang bị trên các hãng xe
Chương 3: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ THỐNG TPMS

23

3.1 Cơ sở thiết kế

23

3.2 Hệ thống điều khiển

23

3.2.1 Phần cứng

23

3.2.1.1 Cảm biến áp suất

23

3.2.1.2 Module truyền dữ liệu nRF24L01+

24

3.2.1.2.1 Module phát dữ liệu qua sóng RF

26

3.2.1.2 Module thu dữ liệu qua sóng RF

27

3.2.1.3 Board mạch xử lí và hiển thị tín hiệu

28

3.2.1.3.1 Module xử lí tín hiệu

28

3.2.1.3.2 Module hiển thị-LCD

45

3.2.2 Phần mềm

54

3.3 Chế tạo hệ thống TPMS

55

Chương 4: THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH

58

4.1 Mục tiêu

58

4.2 Thiết kế

58

4.3 Qui trình

58

4.4 Kết quả

59

Chương 5: KẾT LUẬN

62

TÀI LIỆU THAM KHẢO

63


HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

Tire Pressure Monitoring System

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
STT
1
2
3
4
5

CHỮ VIẾT TẮT
TPMS
VĐK
RF
PIC
ADC

HVTH: Hàng Lê Anh Minh

CHỮ VIẾT ĐẦY ĐỦ
Tire Pressure Monitoring System
Vi Điều Khiển
Radio Frequency
Programeable Inteled Computer
Analog to Digital Converter

vi


HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

Tire Pressure Monitoring System

DANH MỤC HÌNH

STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18

HÌNH
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7

2.8
2.9
2.10
2.11
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7

19
20
21
22
23
24
25

3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
4.1
4.2

26

4.3

TÊN
Truyền dữ liệu bằng hồng ngoại trực tiếp
Truyền dữ liệu bằng hồng ngoại gián tiếp
Nguyên lí phát sóng RF
Sơ đồ bố trí TPMS trên ô tô
Cảm biến áp suất loại gắn trong
Cảm biến áp suất loại gắn ngoài
Màn hình hiển thị thông số trong cabin
TPMS hãng General Motor
TPMS hãng Honda
TPMS hãng Mercedes-Benz
TPMS hãng Toyota
Cảm biến áp suất BMP085
Module nRF24L01+
Sơ đồ nguyên lí nRF24L01+
Sơ đồ nguyên lí module phát RF
Sơ đồ nguyên lí module thu/xử lí và hiển thị
Sơ đồ chân vi điều khiển PIC 16F877A
Sơ đồ khối miêu tả các chức năng cơ bản
VĐK
Sơ đồ khối bộ Timer0
Sơ đồ khối bộ Timer1
Sơ đồ khối bộ Timer2
LCD thông dụng 16x2
Sơ đồ chân của LCD
Thông số áp suất, nhiệt độ thu được.
So sánh độ chính xác của TPMS với đồng hồ
cơ học

Mô hình thử nghiệm thực tế trên xe máy

HVTH: Hàng Lê Anh Minh

vii

TRANG
12
12
17
18
20
20
20
21
21
22
22
23
24
25
26
27
31
32
39
40
41
45
46

59
60
61


HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

Tire Pressure Monitoring System

DANH MỤC BẢNG
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19

20
21

BẢNG
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
3.14
3.15
3.16
3.17
3.18
3.19
3.20
4.1

TÊN
Thanh ghi Status
Thanh ghi OPTION_REG
Thanh ghi INTCON

Thanh ghi PIE1
Thanh ghi PIE2
Thanh ghi PIR2
Thanh ghi PCON
Thanh ghi trạng thái cổng A
Thanh ghi 3 trạng thái cổng A
Thanh ghi lựa chọn tương tự
Thanh ghi trạng thái cổng B
Thanh ghi 3 trạng thái cổng B
Thanh ghi lựa chọn tương tự
Thanh ghi cổng B để hở.
Thanh ghi trạng thái cổng C
Thanh ghi 3 trạng thái cổng C
Chức năng các chân LCD
Tập lệnh của LCD
Đặc tính điện các chân LCD
Miền làm việc bình thường
Giá trị đo được từ quá trình thực nghiệm

HVTH: Hàng Lê Anh Minh

viii

TRANG
33
34
34
34
34
35

35
37
37
37
37
37
38
38
39
39
46
48
52
53
60


HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

Tire Pressure Monitoring System
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu tổng quát
Từ những thập kỉ trước, ô tô đã là phương tiện di chuyển phổ biến ở các nước phát
triển. Ngày nay, kinh tế phát triển, đời sống người dân Việt Nam ngày càng được nâng cao,
nhu cầu sử dụng phương tiện đi lại như xe ô tô là điều không thể thiếu, nay lại còn cần thiết
hơn nữa. Ô tô không chỉ đơn giản là một khối tổ hợp các cụm chi tiết bao gồm: 4 bánh xe và
động cơ tạo ra chuyển động, hệ thống lái, hệ thống treo,..v.v. Mà nó còn được xem là một
chiếc máy tình, một con robot thông minh có thể tự động điều chỉnh để thìch nghi với mọi
điều kiện hoạt động. Ngày nay, trên ô tô trang bị rất nhiều hệ thống điện tử tự động nhằm

tăng tình tiện nghi và độ an toàn cho người sử dụng. Một trong những hệ thống điện tử hữu
ích và mới nhất hiện nay là hệ thống theo dõi áp suất lốp ( Tyre Pressure Monitoring
System - TPMS)
Trên xe, lốp xe là một trong những bộ phận quan trọng nhưng có lẽ ìt được chú ý.
Tăng tốc nhanh, phanh gấp, vào góc cua hẹp làm lốp rất nhanh mòn. Lốp xe bị rạn nứt, bơm
quá căng hoặc quá non sẽ làm cho xe hoạt động không ổn định.
Nếu mặt lốp bị mòn, khi di chuyển ngoài trời mưa hoặc đường ướt dễ bị trơn trượt. Đặc biệt
là những ngày nắng nóng, nếu phải di chuyển trên một quãng đường dài, do nhiệt độ của
mặt đường cao cộng với ma sát, sẽ làm cho mặt lốp nóng lên nhanh chóng. Không khí bên
trong nở ra, tăng áp suất lên bề mặt. Lốp mòn không những không đảm bảo chất lượng mà
dưới áp suất cao còn dễ bị nổ gây mất an toàn.
Lốp quá non (áp suất hơi quá thấp) sẽ làm tăng bề mặt tiếp xúc với mặt đường làm tăng độ
ma sát, dẫn đến động cơ phải hoạt động nhiều hơn, giảm tình tiết kiệm nhiên liệu và gây
hiện tượng biến dạng bề mặt lốp như méo, phính hoặc mòn không đều.
Ngoài ra, nếu lái xe trong tính trạng lốp quá căng (áp suất hơi quá cao), khi lái cho
cảm giác không được thoải mái giống như xe bị nẩy lên. Lốp căng sẽ làm cho phần giữa lốp
nhanh bị mòn do phải chịu trọng tải cao dẫn đến giảm tuổi thọ sử dụng.
Trên mỗi lốp xe đều có ghi các thông số tiêu chuẩn để phù hợp với vành được nhà cung cấp
đưa ra. Vì dụ: Lốp sau xe Honda Lead 125: 100/90-10 56J. Trong đó: 100 là bề rộng của lốp
tình bằng mm; 90 là % chiều cao của lốp so với bề rộng của lốp: 90%*100 = 90 mm; 10 là
HVTH: Hàng Lê Anh Minh

1


HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

Tire Pressure Monitoring System

đường kình danh nghĩa của vành tình bằng inch; 56 là ký hiệu của khả năng chịu tải; J là ký

hiệu của tốc độ tối đa cho phép.
Áp xuất bơm lốp xe sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của xe. Tùy thuộc vào loại
xe, điều kiện hoạt động mà nhà sản xuất lựa chọn loại lốp xe và áp suất bơm phù hợp. Việc
duy trì áp suất bơm lốp đúng quy định sẽ giúp lốp xe đảm bảo được tốt những chức năng,
đảm bảo an toàn cũng như tình năng hoạt động của xe.
Các chuyên gia khuyến cáo, nên thường xuyên kiểm tra lốp xe trước khi lái như áp
suất lốp, độ mòn bất thường, nứt hoặc vết chém trên hông lốp và độ dày của bề mặt lốp.
Kiểm tra định kỳ 4.000 km/lần tại các cơ sở sửa chữa bảo dưỡng. Khi thay lốp mới nên kiểm
tra thông số lốp tiêu chuẩn mà nhà sản xuất đề ra.
Đảm bảo áp suất lốp đúng theo yêu cầu kỹ thuật rất quan trọng trong việc giữ cho lốp
xe luôn ở trạng thái kỹ thuật tốt nhất, đảm bảo tối ưu hóa tác dụng của lốp xe cũng như kéo
dài tuổi thọ của lốp. Áp suất lốp là nhân tố chình đảm bảo tính an toàn và khả năng chịu lực
của lốp xe chứ không phải là vật liệu hay kết cấu của lốp. Áp suất lốp đúng theo yêu cầu kỹ
thuật là nhân tố chình đảm bảo việc vận hành an toàn cũng như đảm bảo khả năng bám
đường, hoạt động hoàn hảo của hệ thống lái, hệ thống phanh.
1.1. 1 Khái niệm TPMS
Hệ thống theo dõi áp suất lốp - TPMS là hệ thống theo dõi áp suất lốp xe một cách
liên tục và chình xác mà không cần đến đồng hồ đo áp suất. Quan trọng hơn nó giúp nâng
cao hệ số an toàn, hạn chế những vụ nổ lốp gây thiệt hại về người và tài sản.
1.1.2 Sự ra đời và lịch sử phát triển TPMS
Hệ thống TPMS lần đầu tiên được sử dụng trên xe khách được lắp cho chiếc Porsche
959 đời 1986 và sau đó TPMS được các hãng xe hạng sang như BMW, Audi, Mercedes
trang bị cho các dòng xe của mính.
TPMS liên tục phát triển, cải tiến nhưng cột mốc cho sự phát triển của TPMS là vào
những năm cuối thập niên 90.
Năm 1996 Renault sử dụng hệ thống PAX Michelin và trong năm 1999, PSA
Peugeot Citroën quyết định áp dụng TPMS như một tình năng tiêu chuẩn trên Peugeot 607.
HVTH: Hàng Lê Anh Minh

2

HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

Tire Pressure Monitoring System

Năm sau (2000), Renault tung ra Laguna II, chiếc xe chở khách cỡ trung đầu tiên trên
thế giới được trang bị TPMS như một tình năng tiêu chuẩn.
Trước thực trạng hàng trăm mạng sống mất đi hàng năm do tai nạn lật xe ví nổ lốp,
chình quyền Bill Clinton đã thông qua luật kể từ 1/09/2007 trở đi, 100% xe có tải trọng từ
4,5 tấn trở xuống được bán tại Mỹ bắt buộc phải trang bị TPMS. Giai đoạn đầu trong tháng
10/2005 ở mức 20%, và đạt 100% cho các mô hính sản xuất sau 1/9/2007. Tiếp nối Mỹ, tại
Liên minh châu Âu, tình đến ngày 1/ 11/ 2012, tất cả các mẫu xe du lịch mới phát hành phải
được trang bị TPMS. Từ 1/1/ 2014, tất cả các xe chở khách mới được bán trong Liên minh
châu Âu phải được trang bị TPMS.
Những nghiên cứu về hệ thống TPMS đƣợc nghiên cứu và công bố.
TPMS trực tiếp:
1/ Air Pressure Monitoring System of Vehicle Tire and Identification Method of
Vehicle Tire (LI Wei, & Chen Hongling., 2005).
Sáng chế này, thông qua công nghệ mã hoá và xác định lại vị trí của lốp xe, cài đặt lại
mã ID cảm biến cho từng bánh xe sau khi được đảo vị trí hoặc thay mới. Nó cho chúng ta
một giải pháp đơn giản và hiệu quả trong việc chuyển đổi vị trí các lốp xe với nhau. Việc áp
dụng công nghệ này giúp cho hệ thống TPMS hoạt động dễ dàng, hiệu quả và tin cậy sau
mỗi lần chuyển đổi lốp xe hoặc thay cảm biến.
2/ Tyre Pressure Monitoring (TPM) System (R. Lourens,& C. Kell,. 2009).
Đề tài này, giải thìch một hệ thống TPM điển hính được sử dụng dành riêng trên ô tô.
Nó được xem như một tài liệu tham khảo làm cơ sở cho việc thiết kế các vi mạch khác nhau
sử dụng cho việc chế tạo TPM. Có hàng loạt phương pháp thiết kế để tiếp cận được đưa ra.
Một hệ thống có thể tự động nhận biết vị trì, thông số mà cảm biến đo được ngay khi cả
chúng đang quay cùng với bánh xe. Trái tim của hệ thống TPM là: Sensor / Transmitter và

nó được dựa trên chip vi điều khiển rfPIC12F675.
3/ Tyre Pressure Monitoring System (Matsumura, & T.Chiyoda-ku., 2008)
Đề tài này nêu lên cấu tạo một hệ thống TPMS bao gồm: module đo áp suất lốp.
Module đo áp suất bao gồm 1 micocomputer, một mạch điều kích hoạt điều khiển, một cảm
biến áp suất, một cảm biến nhiệt độ, một bộ chia tần số, một mạch truyền và pin.
HVTH: Hàng Lê Anh Minh

3


HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

Tire Pressure Monitoring System

microcompter có một bộ phát xung clock, mạch chuyển đổi analog sang digital và một bộ
điều khiển. Mạch truyền thì có một mạch dao động, việc chia tần số ra 4 tần số sóng mang
tại đầu ra của mạch dao động để tạo ra một tín hiệu clock và tín hiệu clock đầu ra được điều
khiển bởi microcomputer. Các tín hiệu clock này được sử dụng cho việc đo thời gian xuất
dữ liệu đến một đường tín hiệu. Các tín hiệu clock này được tạo ra để truyền dữ liệu có độ
chính xác cao mà không cần phải có bộ dao động đắt tiền như trong microcomputer.
TPMS gián tiếp:
1/ Supervision of Vehicle’s Tyre Pressures By Measurement of Body Accelerations
(C. Halfmann, M.Ayoubi, & H.Holzmann., 1997).
Đề tài này đưa ra một phương pháp đo áp suất gián tiếp bằng cách sử dụng tín hiệu
gia tốc tại mỗi bánh xe. Bằng việc phân tích phổ tần số của hàm truyền ảo gia tốc tại các
bánh xe phìa trước và phía sau trên một chiếc xe. Qua đó, có sự can thiệp xử lí từ một hệ
thống bên ngoài vào quang phổ và phân tích ảnh hưởng của áp suất đến gia tốc của mỗi
bánh xe tại cùng một thời điểm tăng tốc.
2/ Indirect Tyre Pressure Monitoring Using Sensor Fusion
(N. Persson, & F. Gustafsson., 2002)

Đề tài này nói về TPMS gián tiếp, TPMS gián tiếp sử dụng cảm biến hiện có trên
ABS/ESP và thuật toán phần mềm để xác định các lốp điều kiện (dưới / trên áp suất tiêu
chuẩn). Có rất nhiều nghiên cứu và dự án phát triển phương pháp này và có thể được phân
thành hai nhóm chình. Nhóm đầu tiên là bằng cách sử dụng phân tìch độ rung. Nó xử lý lốp
xe như một lò xo được kích thích bởi các bất thường từ mặt đường. Khái niệm này là để
theo dõi tần số cộng hưởng mà có tương quan với áp suất lốp. Lớp thứ hai là bằng cách sử
dụng bánh xe phân tích bán kính dựa trên thực tế rằng áp suất lốp ảnh hưởng đến bán kính
lăn hiệu quả của lốp.

HVTH: Hàng Lê Anh Minh

4


HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

Tire Pressure Monitoring System

1.1.3 Các lý do nên trang bị TPMS
1.1.3.1. TPMS giúp chúng ta kiểm soát và giữ đƣợc áp suất lốp xe luôn ở trạng thái
tiêu chuẩn, đảm bảo an toàn không xảy ra tai nạn đáng tiếc do bể lốp xe
Thực tế nhìn bằng mắt và gõ vào lốp không thể phát hiện được bất thường về áp suất,
nhiệt độ, trừ khi lốp xẹp hơn 25% trở lên.
Thống kê tại Mỹ cho thấy: năm 2002 tại quốc gia này có tới 260.000 tai nạn giao
thông do bể lốp xe, chiếm 70% trên tổng số tai nạn xe hơi tại Mỹ. Nguyên nhân nổ lốp khi
xe đang chạy gây tai nạn thì 57% do lốp xe quá mềm, 20% do lốp xe quá căng, còn lại do
thủng lốp bởi vật nhọn gây ra.
Khi lốp xe quá mềm: diện tích tiếp xúc giữa lốp xe với mặt đường tăng lên, ma sát
với mặt đường tăng dẫn tới nhiệt độ lốp xe quá cao gây phá hủy liên kết giữa các lớp bố và
kết quả là bể lốp.

Ngược lại khi lốp quá căng, liên kết giữa các lớp sợi bố chịu lực kéo giãn lớn và lực
này cực lớn tại chỗ lốp tiếp xúc với mặt đường hoặc khi chạy vào mặt đường lồi lõm, không
bằng phẳng và gây ra bể lốp xe.
1.1.3.2. TPMS kiểm soát áp suất giúp lốp xe không bị hƣ hại do việc chạy xe trong
tình trạng không tiêu chuẩn
Lốp xe mềm: nếu áp suất trong lốp xe nhỏ hơn khoảng 0.40 đến 0.60 bar so với áp
suất tiêu chuẩn trong thời gian dài thì tuổi thọ của lốp sẽ giảm từ 25% đến 50%.Tương tự,
khả năng chịu tải của xe cũng giảm đi khoảng 100kg nếu áp suất lốp sụt giảm 0.50 bar.
Lốp xe căng:Khi áp suất cao hơn 25% so với tiêu chuẩn thì tuổi thọ lốp sẽ giảm
tương ứng khoảng 15-20%.
Thực tế cho thấy có đến ít nhất 45% số xe con có tình trạng lốp không đúng chuẩn.
Nguyên nhân do kiểm tra bằng mắt, tay không chình xác và dùng đồng hồ thì bất tiện và mất
thời gian nên việc các lái xe không kiểm tra áp suất lốp thường xuyên là văn hóa chung toàn
cầu (trừ những xe đã được trang bị TPMS).
1.1.2.4. TPMS giúp chúng ta tiết kiệm nhiên liệu
Áp suất lốp thấp làm tăng ma sát mặt đường gây tổn hao năng lượng. TPMS giúp
chúng ta theo dõi để giữ cho áp suất lốp luôn trong tình trạng tiêu chuẩn, tiết kiệm 1-2% tiêu
HVTH: Hàng Lê Anh Minh

5


HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

Tire Pressure Monitoring System

hao nhiên liệu so với để lốp xe non hơi.
1.1.2.5. TPMS giúp chúng ta điều khiển xe tối ƣu nhất
Khi lốp quá căng,phản lực từ mặt đường tác động làm cho xe bị rung, khó kiểm soát
vô lăng, nhất là khi chạy đường không bằng phẳng. Còn khi lốp mềm thì làm giảm tốc độ

xe, khiến xe mất độ vọt.
Áp suất các bánh xe không đều nhau cũng gây mất thăng bằng xe, nhất là những lúc
thắng (phanh), gây mòn không đều giữa các lốp,đồng thời gây tác hại không nhỏ tới các bộ
phận thuộc hệ thống treo.
1.1.2.6. TPMS giúp ta tránh đƣợc sự mòn mỏi bất thƣờng của các bộ phận trên xe
Khi lốp xe quá căng, phản lực mặt đường sẽ tăng và gây ra sụ dằn xóc quá độ, làm
nhanh mỏi các lò xo giảm xóc và các chi tiết chịu lực của hệ thống khung gầm.
Có ba kẻ sát nhân trên đường:
1/ Sự mệt mỏi của tài xế.
2/ Chạy xe quá tốc độ an toàn.
3/ Bể lốp xe.
Trong ba kẻ sát nhân trên thì 1 và 2 là do chủ quan con người - có thể lường trước
được. Còn kẻ thứ 3 là do ngoại lai. Do vậy, TPMS sẽ giúp chúng ta kiểm soát và hạn chế
hiểm họa tiềm ẩn này.
1.2 Lí do chọn đề tài
Hệ thống theo dõi áp suất lốp TPMS tuy đã được nghiên cứu và công bố trên thế giới
từ rất lâu, TPMS được phát triển cũng như phát hành thành sản phẩm hàng loạt nhưng vẫn
chưa có một nghiên cứu hay sản phẩm nào trong nước được công bố và phát hành. Nhận
thấy TPMS là một trong những hệ thống mới và nó có tầm quan trọng và ảnh hưởng rất lớn
đến an toàn cũng như tình kinh tế mà nó mang lại nhưng lại được rất ít người dùng tại Việt
Nam quan tâm đến. Từ những nguyên do trên mà tác giả đã quyết định chọn và thực hiện đề
tài " Nghiên cứu chế tạo hệ thống theo dõi áp suất lốp" với mong muốn có thể chế tạo thành
công một hệ thống "TPMS made in Viet Nam".

HVTH: Hàng Lê Anh Minh

6


HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

Tire Pressure Monitoring System

1.3 Mục đích đề tài
- Làm cơ sở cho việc nghiên cứu và chế tạo thành công hệ thống TPMS với giá thành
rẻ hơn và chất lượng ở mức chấp nhận được so với những sản phẩm đang có mặt trên thị
trường.
- Đánh giá tình năng hoạt động của hệ thống về độ chính xác cũng như độ bền.
- Làm cơ sở nghiên cứu cho việc giảng dạy và ứng dụng vào sản xuất thực tế.
- Nâng cao kiến thức về điện tử cũng như khả năng lập trính điện tử
1.4 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài
- Nhiệm vụ của đề tài: tìm hiểu cách thức truyền dữ liệu không dây, đặc biệt là qua
sóng RF, nghiên cứu chế tạo hệ thống theo dõi áp suất lốp TPMS.
- Giới hạn đề tài: hệ thống TPMS là một hệ thống nhỏ gọn, đơn giản nhưng nó đang
phát huy được những ưu điểm của mình một cách mạnh mẽ. TPMS đã được nghiên cứu và
chế tạo rộng rãi trên thế giới từ rất lâu. Hiện nay, dù TPMS tương đối phổ biến ở Việt Nam
nhưng vẫn chưa có sản phẩm " TPMS made in VIETNAM" nào do trính độ công nghệ chưa
đủ sức và giá thành chế tạo TPMS sẽ cao hơn so với những sản phẩm cùng loại đang có mặt
trên thị trường. Đề tài " Nghiên cứu chế tạo hệ thống theo dõi áp suất lốp" được ra đời xuất
phát từ tính cấp thiết trên. Nhưng do thời gian thực hiện đề tài, quá trình nghiên cứu và khả
năng của người thực hiện có hạn nên đề tài chỉ dừng lại ở mức độ tìm hiểu cách thức truyền
dữ liệu qua sóng RF, chế tạo board mạch thu - phát, board mạch xử lí và hiển thị tín hiệu-áp
suất.
1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu tài liệu: thu thập thông tin về các hệ thống TPMS và cách
thức điều khiển và truyền dữ liệu không dây qua các phương tiện truyền thông.
- Tham khảo các sản phẩm TPMS trên thị trường.
- Tham khảo ý kiến của thầy cô, bạn bè.

HVTH: Hàng Lê Anh Minh

7


HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

Tire Pressure Monitoring System

- Sử dụng những tài liệu tham khảo, những nghiên cứu đã được công bố trong và
ngoài nước.
- Thi công chế tạo board mạch về TPMS.
- Sử dụng phần mềm Protues, CCS để thiết kế mạch và lập trình cho hệ thống điện tử.
2.1 Hƣớng nghiên cứu
Từ phần tổng quan về hệ thống TPMS , chúng ta đã có dịp tím hiểu về lịch sử hính
thành của TPMS từ những năm 1980 cho đến nay và những công trính nghiên cứu trong và
ngoài nước, chúng ta nhín thấy sự phát triển vượt bậc của hệ thống TPMS.
Hiện nay ở Việt Nam, dù chưa có bất kí luật hay tiêu chuẩn nào bắt buộc phải sử
dụng TPMS trên ô tô nhưng chúng ta cũng thấy được lợi ìch to lớn đem lại từ việc sử dụng
hệ thống TPMS. Hệ thống TPMS được chia thành 2 loại: loại trực tiếp và loại gián tiếp. Ở
đây, chúng ta sẽ nghiên cứu TPMS loại trực tiếp ví có nhiều ưu điểm vượt trội hơn so với
TPMS gián tiếp như: độ chình xác cao hơn, theo dõi áp suất chình xác trên từng lốp xe,
thông báo hiển thị thông tin tức thời.
Hệ thống này là một thiết bị cảm biến tinh vi được thiết kế để đo và hiển thị áp suất
và nhiệt độ thực tế của lốp xe. Nó cảnh báo người lái xe ngay lập tức bất kỳ dấu hiệu bất
thường nào của áp suất hay nhiệt độ của lốp xe cho dù xe đang dừng hoặc chuyển động.
Thiết bị cảm ứng kết nối với van lốp được cài đặt vào bên trong lốp xe, bất cứ khi
nào phát hiện bất thường, nó sẽ gửi một cảnh báo đến màn hính hiển thị được trang bị bên
trong cabin của xe.
Hệ thống sẽ cảnh báo người lái khi áp suất lốp xe giảm xuống dưới 22psi hoặc nhiệt
độ lốp xe đạt đến 80°C. Việc truyền các tìn hiệu được thông qua công nghệ truyền dữ liệu

không dây.

HVTH: Hàng Lê Anh Minh

8


HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

Tire Pressure Monitoring System

 Đặc điểm nổi bật của hệ thống
-

Liên tục theo dõi và hiển thị áp suất và nhiệt độ thực tế của lốp.

- Cảnh báo tức thời cho người điều khiển xe trong trường hợp áp suất lốp quá thấp
hoặc quá cao và nhiệt độ của lốp tăng cao.
- Mã ID duy nhất cho mỗi cảm biến đảm bảo tình chình xác của thông tin.
- Công nghệ truyền dữ liệu không dây được áp dụng trong việc truyền và nhận tìn
hiệu.
- Các cảm biến có thể cài đặt lại.
- Có thể cài đặt lại các mức cảnh báo hoặc lựa chọn các mức cảnh báo mặc định.
- Có thể lựa chọn thông số hiển thị là PSI, kPa hoặc Bar và ° C hay ° F.
- Pin cảm biến có tuổi thọ 5 năm.

HVTH: Hàng Lê Anh Minh

9

HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

Tire Pressure Monitoring System

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT
2.1. Cơ sở lí thuyết truyền dữ liệu không dây [1]
Sự gia tăng và phát triển của công nghệ không dây đang diễn ra không có điểm dừng.
Nhưng có một thực tế không thể tránh khỏi rằng: các cách thức giao tiếp không dây đang
cùng tồn tại trong một môi trường vô cùng phức tạp và dày đặc với nhiều mạng không dây
đang hoạt động.
Các tìn hiệu không dây được truyền dựa trên sóng điện từ qua không gian với vận
tốc ánh sáng: 200.000km/s.
“ Kẻ thù” lớn nhất của các cách thức truyền không dây chình là các tìn hiệu gây
nhiễu. Các tìn hiệu nhiễu này làm cản trở và hạn chế hiệu quả của các mạng di dộng trong
một môi trường nhất định.
2.1.1. Các cách thức truyền dữ liệu không dây [10]
2.1.1.1. Truyền dữ liệu qua Bluetooth
Đặc điểm:
- Tự động định vị những thiết bị khác có chung công nghệ trong vùng xung quanh và
có kết nối với chúng.
- Khoảng cách giao tiếp giữa 2 thiết bị đầu cuối có thể đạt đến 10m ngoài trời và 5m
trong nhà.
Thuận lợi
- Tiêu thụ năng lượng thấp.
- Cho phép ứng dụng được trong nhiều loại thiết bị bao gồm thiết bị cầm tay và thiết
bị di động.
- An toàn, bảo mật.
-Tình tương thìch cao.
HVTH: Hàng Lê Anh Minh

10


HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

Tire Pressure Monitoring System

- Giá thành thấp.
Hạn chế
- Do băng tần miễn phì có thể được sử dụng bởi bất cứ một thiết bị phát nào, do đó
việc chống nhiễu là vấn đề hết sức quan trọng bởi có rất nhiều thiết bị phát vô tuyến ở băng
tần này.
2.1.1.2. Truyền dữ liệu qua hồng ngoại.
Đặc điểm sóng hồng ngoại:
• Dễ dàng truyền thông tin với ánh sáng
- Với các máy tính và thiết bị truyền thông dữ liệu dùng mã nhị phân
- Mã bit 1 tương ứng với ánh sáng
• Phổ sóng
- Các kiểu ánh sáng đi từ mặt trời đến trái đất
• Sóng hồng ngoại
- Gần với ánh sáng nh.n thấy được (nhưng không thấy)
- Là phương tiện tốt để truyền dữ liệu
- Ít bị nhiễu
Các hệ thống không dây dùng sóng hồng ngoại cần:
- Bộ phát tín hiệu (LED)
- Bộ phát hiện tín hiệu để nhận
• Các hệ thống không dây gửi dữ liệu nhờ cường độ sóng ánh sáng
- Bộ phát hiện tín hiệu cảm ứng với sự thay đổi cường độ đó
• Và sinh ra một mức điện tương ứng

• Các kiểu truyền

HVTH: Hàng Lê Anh Minh

11