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提高駕駛安全性 | 基(ji)于ACM32 MCU的胎壓監測(ce)儀方案
概述(shu)
作為車輛的基礎部件，輪胎是影響行車安全不可忽視的因素之一。據統計，中國每年由胎壓問題引起輪胎爆炸的交通事故約占 30%，其中 50%的高速交通事故是由車輛胎壓異常引起。因此，準確實時地監測車輛在行駛過程中的輪胎壓監測系統，采用直接測量方式，能夠滿足頻繁換胎的需要，匹配方便。
胎(tai)(tai)(tai)壓監測(ce)系統(tong)(tong)可分為兩種：一(yi)種是(shi)(shi)(shi)間(jian)接式(shi)胎(tai)(tai)(tai)壓監測(ce)系統(tong)(tong)，是(shi)(shi)(shi)通(tong)過輪(lun)(lun)胎(tai)(tai)(tai)的轉速(su)差來(lai)判斷(duan)輪(lun)(lun)胎(tai)(tai)(tai)是(shi)(shi)(shi)否異常；另一(yi)種是(shi)(shi)(shi)直接式(shi)胎(tai)(tai)(tai)壓監測(ce)系統(tong)(tong)，通(tong)過在(zai)輪(lun)(lun)胎(tai)(tai)(tai)里面加裝四(si)個胎(tai)(tai)(tai)壓監測(ce)傳(chuan)感器，在(zai)汽車靜止或(huo)者(zhe)行駛過程中對(dui)輪(lun)(lun)胎(tai)(tai)(tai)氣壓和溫度進(jin)(jin)行實時(shi)自動(dong)監測(ce)，并對(dui)輪(lun)(lun)胎(tai)(tai)(tai)高(gao)壓、低壓、高(gao)溫進(jin)(jin)行及時(shi)報(bao)警，避(bi)免(mian)因輪(lun)(lun)胎(tai)(tai)(tai)故障引(yin)發的交(jiao)通(tong)事故，以(yi)確保行車安全。
? 直接式胎壓監(jian)測
直(zhi)(zhi)接(jie)安(an)裝(zhuang)在(zai)四個輪(lun)胎(tai)上，直(zhi)(zhi)接(jie)測量輪(lun)胎(tai)的(de)氣壓(ya)，能夠顯示(shi)每個輪(lun)胎(tai)的(de)氣壓(ya)數值，出現異常時能夠直(zhi)(zhi)接(jie)報警，是現在(zai)安(an)裝(zhuang)最多(duo)的(de)一種方式。
? 間接式(shi)胎(tai)壓監測
需(xu)要(yao)同ABS（制動(dong)防抱死系統(tong)，與TPMS、安(an)全(quan)氣囊(nang)形成汽(qi)車三大安(an)全(quan)系統(tong)）一(yi)起運行。運行原理是(shi)其(qi)中某個輪(lun)胎氣壓下降，車輛(liang)重量(liang)會讓這個輪(lun)胎半徑變小(xiao)，轉速也就(jiu)加快了。通過(guo)相對性來檢測輪(lun)胎的(de)好壞，具(ju)有一(yi)定局限性。
胎壓(ya)監測系統原理(li)
? 直接(jie)式(shi)胎壓監測裝置
直(zhi)接(jie)式(shi)胎(tai)(tai)壓(ya)監測裝置是利(li)(li)用(yong)(yong)安(an)裝在每一(yi)個輪(lun)(lun)胎(tai)(tai)里的(de)(de)壓(ya)力(li)傳感器(qi)來(lai)直(zhi)接(jie)測量(liang)輪(lun)(lun)胎(tai)(tai)的(de)(de)氣壓(ya)，利(li)(li)用(yong)(yong)無線發射器(qi)將壓(ya)力(li)信息從輪(lun)(lun)胎(tai)(tai)內部發送(song)到(dao)中央接(jie)收(shou)器(qi)模塊(kuai)上的(de)(de)系統，然后對各輪(lun)(lun)胎(tai)(tai)氣壓(ya)數據進行顯示。當輪(lun)(lun)胎(tai)(tai)氣壓(ya)太(tai)低或漏氣時，系統會自動報警(jing)。
? 間接式胎壓監測裝置
間接式胎(tai)壓(ya)監(jian)測的工作原理是：當某個(ge)輪(lun)(lun)(lun)胎(tai)氣(qi)壓(ya)降低(di)時(shi)，車(che)輛的重量會使該輪(lun)(lun)(lun)的滾動半徑(jing)將(jiang)變小(xiao)，導致(zhi)其(qi)轉速(su)比(bi)其(qi)他車(che)輪(lun)(lun)(lun)快，這樣就可(ke)通(tong)過比(bi)較輪(lun)(lun)(lun)胎(tai)之間的轉速(su)差，達到監(jian)視(shi)胎(tai)壓(ya)的目的。間接式輪(lun)(lun)(lun)胎(tai)報警系統實際上是依靠計算輪(lun)(lun)(lun)胎(tai)滾動半徑(jing)來對氣(qi)壓(ya)進行監(jian)測。
胎(tai)壓監測儀設計方案(an)
基于ACM32F070的(de)(de)胎壓監(jian)測(ce)儀是(shi)一種智能化的(de)(de)汽車安全裝置(zhi)，它可(ke)以實(shi)時監(jian)測(ce)汽車輪胎的(de)(de)胎壓，提高駕駛(shi)安全性，降低事故風險。該方案采用(yong)ACM32F070微(wei)控制器(qi)作為(wei)核心控制芯片(pian)，結合壓力傳(chuan)(chuan)感器(qi)、無線通(tong)信模(mo)塊(kuai)等外(wai)圍設備，實(shi)現對輪胎胎壓的(de)(de)實(shi)時監(jian)測(ce)和數據傳(chuan)(chuan)輸。
方(fang)案特點
1.高(gao)精(jing)(jing)度(du)：采(cai)用高(gao)精(jing)(jing)度(du)的(de)壓力傳感器，可(ke)以實時(shi)監(jian)測輪胎的(de)胎壓，精(jing)(jing)度(du)高(gao)達0.1PSI。
2.智能化：監測儀(yi)配有智能化的處理器，可以(yi)自動識別胎壓異常情況，并發出(chu)警(jing)報(bao)提示駕駛(shi)員。
3.低功(gong)耗(hao)：采用ACM32F070微(wei)控制器(qi)，功(gong)耗(hao)低、性能穩(wen)定，可以保證長(chang)時間的使用壽命。
4.無線傳(chuan)(chuan)輸(shu)：采用(yong)無線通信模(mo)塊，可(ke)以將(jiang)監測數(shu)據實時地(di)傳(chuan)(chuan)輸(shu)到(dao)手機APP上，方(fang)便用(yong)戶隨(sui)時了(le)解輪胎(tai)胎(tai)壓(ya)情況(kuang)。
5.易于安裝(zhuang)：壓力(li)傳感器小巧輕便(bian)，可以簡單安裝(zhuang)在輪胎上，不影(ying)響汽車的正常行駛。
應(ying)用場景(jing)
該方案(an)的應(ying)用(yong)場(chang)景主(zhu)要(yao)包括(kuo)汽(qi)車(che)(che)(che)制造商、汽(qi)車(che)(che)(che)維修廠、汽(qi)車(che)(che)(che)配(pei)件市(shi)場(chang)等。對于汽(qi)車(che)(che)(che)制造商來說，可以將胎壓監測儀作為標配(pei)，提(ti)(ti)(ti)高汽(qi)車(che)(che)(che)的安全性和競爭力(li)；對于汽(qi)車(che)(che)(che)維修廠和汽(qi)車(che)(che)(che)配(pei)件市(shi)場(chang)來說，可以提(ti)(ti)(ti)供相應(ying)的安裝(zhuang)和售后服務(wu)，為用(yong)戶提(ti)(ti)(ti)供更好的購(gou)買體驗(yan)。
方案(an)介紹
本(ben)文描述(shu)的(de)(de)(de)(de)胎壓監測(ce)儀(yi)方案，利用直(zhi)接式(shi)胎壓測(ce)量原(yuan)理，且基于(yu)上海(hai)航芯ACM32F070系(xi)列(lie)的(de)(de)(de)(de)MCU進行設(she)計，ACM32F0X0 系(xi)列(lie)是一款支(zhi)持多(duo)(duo)(duo)種低功耗模式(shi)的(de)(de)(de)(de)通(tong)用 MCU。集成12位(wei) 1.6Msps 高(gao)精度(du) ADC 以及(ji)比(bi)較(jiao)器(qi)(qi)、運放、觸控(kong)(kong)按(an)鍵控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)(qi)、段式(shi) LCD 控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)(qi)，內(nei)(nei)置(zhi)高(gao)性能定時器(qi)(qi)、多(duo)(duo)(duo)路(lu) UART、LPUART、SPI、I2C、CAN等(deng)豐富的(de)(de)(de)(de)通(tong)訊外設(she)，內(nei)(nei)建(jian) AES、TRNG 等(deng)信息安全模塊，支(zhi)持多(duo)(duo)(duo)種低功耗模式(shi)，具(ju)有高(gao)整(zheng)合度(du)、高(gao)抗干擾、高(gao)可靠性的(de)(de)(de)(de)特點。
整(zheng)體的方案框圖(tu)如(ru)下所(suo)示：
硬(ying)件方(fang)案(an)：
胎(tai)壓檢(jian)測(ce)儀部分主(zhu)(zhu)要分為(wei)采(cai)集(ji)發(fa)(fa)射(she)終(zhong)(zhong)端(duan)和(he)接收顯示(shi)硬(ying)件(jian)終(zhong)(zhong)端(duan)，采(cai)集(ji)發(fa)(fa)射(she)終(zhong)(zhong)端(duan)由(you)傳感(gan)器模(mo)(mo)(mo)(mo)塊、RF發(fa)(fa)射(she)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊、鋰電(dian)(dian)(dian)池(chi)供電(dian)(dian)(dian)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊等(deng)構成，接收顯示(shi)硬(ying)件(jian)終(zhong)(zhong)端(duan)由(you)ACM32F070主(zhu)(zhu)控芯片、LCD顯示(shi)屏(ping)、RF接收模(mo)(mo)(mo)(mo)塊、CAN等(deng)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊構成。其(qi)中，傳感(gan)器模(mo)(mo)(mo)(mo)塊負責胎(tai)壓的數據采(cai)集(ji)，CAN模(mo)(mo)(mo)(mo)塊負責采(cai)集(ji)數據，ACM32F070主(zhu)(zhu)控負責數據信號(hao)的處理轉換，外(wai)設(she)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊由(you)LCD顯示(shi)屏(ping)和(he)按鍵組(zu)成，負責數據顯示(shi)及輪胎(tai)匹配，電(dian)(dian)(dian)源采(cai)用鋰電(dian)(dian)(dian)池(chi)供電(dian)(dian)(dian)，需要考慮充電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)路和(he)保護電(dian)(dian)(dian)路。
接(jie)收(shou)顯(xian)示(shi)終端要求穩定(ding)性(xing)好、性(xing)價比與實時性(xing)高，考慮到該終端完成的功能較多，本(ben)方案采(cai)用ACM32F070，專為(wei)高性(xing)能、低(di)成本(ben)及低(di)功耗的嵌入式應(ying)用設計，可廣泛應(ying)用在汽(qi)車主動(dong)安全(quan)監控領域。接(jie)收(shou)顯(xian)示(shi)終端采(cai)用LCD顯(xian)示(shi)屏和蜂(feng)鳴(ming)器的主要目的是為(wei)了(le)實時顯(xian)示(shi)汽(qi)車行駛過(guo)程中4個輪胎的胎壓信(xin)息(xi)，若胎壓低(di)于標準值等異(yi)常情況發生，則通過(guo)蜂(feng)鳴(ming)器進行報警提示(shi)。
電(dian)源設計為鋰電(dian)池供電(dian)，主要(yao)完(wan)成單節鋰電(dian)池從3.7V到(dao)3.3V的穩(wen)壓(ya)(ya)，電(dian)源穩(wen)壓(ya)(ya)電(dian)路原(yuan)理圖如下所(suo)示：
軟件方案(an)：
本系(xi)統軟(ruan)件(jian)(jian)包(bao)括(kuo)胎壓(ya)采(cai)集(ji)(ji)軟(ruan)件(jian)(jian)和無(wu)線接收(shou)顯示軟(ruan)件(jian)(jian)。采(cai)集(ji)(ji)發射軟(ruan)件(jian)(jian)運行于采(cai)集(ji)(ji)發射終(zhong)端(duan)(duan)，該終(zhong)端(duan)(duan)安放于汽車(che)4個輪胎處；無(wu)線顯示接收(shou)軟(ruan)件(jian)(jian)運行于顯示接收(shou)終(zhong)端(duan)(duan)，該終(zhong)端(duan)(duan)安放于駕駛室內部(bu)。胎壓(ya)采(cai)集(ji)(ji)發射軟(ruan)件(jian)(jian)主要包(bao)括(kuo)系(xi)統初(chu)始(shi)化模(mo)塊、汽車(che)胎壓(ya)采(cai)集(ji)(ji)模(mo)塊、無(wu)線發射模(mo)塊等(deng)；無(wu)線接收(shou)顯示軟(ruan)件(jian)(jian)主要包(bao)括(kuo)初(chu)始(shi)化模(mo)塊、RF接收(shou)模(mo)塊，LCD顯示模(mo)塊和蜂(feng)鳴器報警(jing)模(mo)塊等(deng)，其軟(ruan)件(jian)(jian)流程圖如(ru)下：
結(jie)語(yu)
本文設計了一(yi)款基于 ACM32F070 單片機的(de)(de)胎壓(ya)(ya)監(jian)測儀，該胎壓(ya)(ya)監(jian)測儀能夠(gou)準確監(jian)測輪胎氣壓(ya)(ya)，具有很好的(de)(de)可(ke)靠性(xing)(xing)，且胎壓(ya)(ya)監(jian)測儀能夠(gou)快速(su)準確的(de)(de)測量輪胎胎壓(ya)(ya)，保證汽車安(an)全(quan)行駛。此外還(huan)支(zhi)持LCD顯示數(shu)據輸出，方便用(yong)戶(hu)查看(kan)數(shu)據，通(tong)用(yong)性(xing)(xing)強。目(mu)前，該胎壓(ya)(ya)監(jian)測儀已經在(zai)國內某知名(ming)車載公司量產。本系統可(ke)以應(ying)用(yong)于智能交(jiao)通(tong)解決(jue)方案，保證車輛行車安(an)全(quan)。
