AutoPneuServis

Potřebujete vytvořit vlastní systém měření tlaku v pneumatikách a nevíte, kde začít? V tomto článku vás provedu od výběru hardware přes nastavení komunikačních protokolů až po funkční ukázkový kód. Vše je napsáno jednoduchou řečí, takže i když jste zatím jen začátečník v automobilové elektronice, po přečtení budete mít hotový prototyp, který můžete otestovat na vlastní autě.

Co je TPMS a jak funguje?

TPMS (Tyre Pressure Monitoring System je elektronický systém, který v reálném čase monitoruje tlak v pneumatikách a informuje řidiče o případných odchylkách). Moderní vozidla používají buď nepřímé systémy (využívají ABS senzory) nebo přímé (každá pneumatika má vlastní čidlo). Přímé systémy jsou přesnější, ale vyžadují komunikaci mezi senzorickým uzlem a jednotkou v kabině.

Potřebný hardware

Nejdříve si připravíme hardware, na kterém bude program běžet. Zde jsou nejčastější volby:

• Arduino je oblíbená vývojová platforma, která nabízí snadné propojení se senzory i komunikačními sběrnicemi (např. Nano, Uno nebo MKR WiFi 1010).
• STM32 představuje výkonný mikrokontrolér s vestavěným CAN rozhraním, vhodný pro profesionální řešení.
• Senzor tlaku - nejčastěji používaný je MS5803 (digitální snímač tlaku a teploty) nebo specifický OEM senzor s bezdrátovým přenosem (typicky 315MHz).
• Komunikační rozhraní - CAN bus je standardní protokol v automobilovém průmyslu, který umožňuje spolehlivý přenos dat mezi uzly, alternativně lze použít UART nebo Bluetooth Low Energy (BLE) pro jednoduché testování.
• Napájecí zdroj - 5V nebo 3,3V regulátor podle požadavků senzoru a mikrokontroléru.

Komunikační protokoly: CAN vs UART vs BLE

Pro sériové testy doma stačí UART, ale pokud cílíte na reálné auto, raději zvolte CAN - je to de‑facto standard a většina ECU jej podporuje.

Krok za krokem: programování TPMS

1. Instalace vývojového prostředí: Stáhněte Arduino IDE (verze 2.x) nebo STM32CubeIDE. Přidejte knihovny pro CAN (např. mcp_can) a pro váš tlakový senzor (např. MS5803).
2. Zapojení hardware: Připojte senzor k analogovému vstupu (I2C nebo SPI podle modelu). CAN transceiver propojte s CAN‑H a CAN‑L linkou vozidla. Ujistěte se, že napájení je stabilní a země (GND) je společná.
3. Čtení surových hodnot: V kódu inicializujte senzor a načtěte tlak (v Pa) i teplotu (°C). Převod na bar nebo psi provádějte pomocí vzorce:

   float pressure_bar = rawPressure / 1000.0; // 1bar = 100kPa

4. Kalibrace: Změřte skutečný tlak pomocí přesného měřiče a vytvořte korekční koeficient. Uložte jej do EEPROM, aby byl po restartu zachován.
5. Formát zprávy: CAN zpráva TPMS má typicky 8byte. Navrhněte vlastní ID (např. 0x6A0 + číslo kola) a naplňte pole: {ID, pressure, temperature, checksum}. Kontrolní součet můžete spočítat jednoduchým XOR.
6. Odeslání dat: Použijte funkci CAN.sendMsgBuf() (Arduino) nebo HAL_CAN_Transmit() (STM32). Ověřte, že zpráva je přijatá na zkušebním terminálu ECU nebo na OBD‑II scanneru.
7. Upozornění řidiče: Pokud je tlak pod nebo nad limitem (např. 0,8×nom. a 1,2×nom.), pošlete výstrahu na displej (UART → LCD) nebo na mobil přes BLE.

Ukázkový kód pro Arduino (CAN + MS5803)

#include <Wire.h>
#include <MS5803.h>          // knihovna pro senzor
#include <SPI.h>
#include <mcp_can.h>        // knihovna pro MCP2551 CAN transceiver

// Pinout definice
const int SPI_CS = 10;      // CS pro CAN kolík
MS5803 sensor;
MCP_CAN CAN(SPI_CS);

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Wire.begin();
  if (!sensor.begin()) {
    Serial.println(F("Selhalo připojení k MS5803"));
    while (1);
  }
  if (CAN.begin(MCP_STDEXT, CAN_500KBPS, MCP_8MHZ) == CAN_OK) {
    Serial.println(F("CAN inicializován"));
  } else {
    Serial.println(F("Chyba CAN inicializace"));
    while (1);
  }
  CAN.setMode(MCP_NORMAL);
}

void loop() {
  float pressure = sensor.readPressure();   // Pa
  float temperature = sensor.readTemperature(); // °C

  // Převod na bar a připrava zprávy
  uint16_t pres_bar = (uint16_t)(pressure / 1000.0 * 100); // 0.01 bar resolution
  int16_t temp_c = (int16_t)(temperature * 10); // 0.1°C resolution

  // Vytvoření CAN rámce
  uint8_t data[8];
  data[0] = highByte(pres_bar);
  data[1] = lowByte(pres_bar);
  data[2] = highByte(temp_c);
  data[3] = lowByte(temp_c);
  // zbytek dat můžete doplnit o stav batérie, CRC apod.
  data[4] = 0; data[5] = 0; data[6] = 0; data[7] = 0;

  // ID 0x6A0 + číslo kola (příklad: přední levý = 0)
  uint32_t canId = 0x6A0;
  CAN.sendMsgBuf(canId, 0, 8, data);

  // Debug výpis
  Serial.print(F("Tlak: ")); Serial.print(pressure/1000.0);
  Serial.print(F(" bar, Teplota: ")); Serial.println(temperature);

  delay(1000); // aktualizace každou sekundu
}

Tento příklad ukazuje základní smyčku: načtení dat, konverze, vytvoření CAN zprávy a odeslání. Pro reálné nasazení doplňte kontrolu chyb, watchdog a úsporný režim mikrokontroléru.

Testování a kalibrace v praxi

Po naprogramování je potřeba ověřit, že vaše TPMS skutečně funguje na autě. Doporučuji:

• Zapojit testovací OBD‑II adaptér a sledovat CAN zprávy pomocí aplikace CANalyzer nebo ScanTool.net.
• Porovnat měřené hodnoty s profesionálním přenosným měřičem tlaku. Menší odchylky do ±0,05bar jsou běžné.
• Provést test při různých teplotách - senzory jsou citlivé na teplotní kompenzaci. Ideální je kalibrovat při 20°C a 0°C.
• Vyzkoušet scénář sníženého tlaku (např. nechat pneumatiku odpočinout 30min a pak měřit). Systém by měl vygenerovat výstrahu.

Kalibrační koeficient můžete uložit do EEPROM, aby se po restartu načetl automaticky:

EEPROM.put(0, calibrationFactor);
float factor;
EEPROM.get(0, factor);
pressureCorrected = rawPressure * factor;

Časté chyby a tipy, jak se jim vyhnout

• Špatná zem (GND) - pokud není společná zem mezi senzorem, CAN transceiver a mikrokontrolérem, vznikají náhodné chyby v datech.
• Rozbitý CAN terminátor - na konci sběrnice by měly být 120Ω rezistory. Bez nich se data mohou odrazit a ztratit.
• Ignorování teplotní korekce - tlak v pneumatice klesá o cca 0,01bar/°C. Bez korekce bude výstraha falešná při extrémních teplotách.
• Neoptimalizovaný cyklus - nečtěte senzor každých 10ms - to zbytečně spotřebuje energii a může přetížit CAN sběrnici.
• Zapomenutý watchdog - při výpadku kódu by systém mohl zůstat „zavřený“ a neodesílat data. Přidejte watchdog timer.

Dodržení těchto zásad výrazně zvyšuje spolehlivost a prodlužuje životnost systému.

Další kroky a rozšíření

Jakmile máte základní TPMS, můžete ho rozšířit o funkce, které uživatelé oceňují:

• Integrace s mobilní aplikací přes BLE - zobrazíte tlak na telefonu v reálném čase.
• Ukládání historie do SD karty - získáte grafy vývoje tlaku během dlouhých výletů.
• Automatické doplnění dusíku - pokud připojíte regulátor, můžete nastavit cílový tlak a nechat systém doplnit.
• Diagnostika poruchy senzoru - pomocí kontroly CRC můžete zjistit, zda senzor neodesílá poškozené pakety.

Každé rozšíření však zvýší složitost a požadavky na napájení, takže je dobré nejprve otestovat základní verzi a teprve pak přidávat nové bloky.

Rychlý souhrn kroků

• Vyberte mikrokontrolér (Arduino, STM32) a senzor tlaku (MS5803 nebo OEM RF senzor).
• Zapojte CAN transceiver a připojte senzor k I2C/SPI.
• Nainstalujte knihovny v IDE a napište program: init → čtení → konverze → CAN zpráva → výstraha.
• Kalibrujte pomocí přesného měřiče a uložte faktor do EEPROM.
• Otestujte na OBD‑II scanneru, upravte časování a přidejte watchdog.
• Rozšiřte o BLE, SD nebo automatické doplňování podle potřeb.

Po projití těchto bodů mít funkční TPMS, které můžete nasadit do vlastního vozidla nebo použít jako výukový modul pro další projekty.

• TPMS a měření tlaku

Napsal Lukáš Svoboda

Pracuji jako odborník na automobily a rád píšu o pneuservisu. Mám bohaté zkušenosti s řešením problémů aut a zajišťováním jejich bezproblémového provozu.