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提高駕(jia)駛(shi)安全性 | 基(ji)于ACM32 MCU的胎壓監測(ce)儀(yi)方案
概述
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)壓(ya)(ya)(ya)監測(ce)系統(tong)可分為兩種(zhong)(zhong)：一種(zhong)(zhong)是間接(jie)(jie)式(shi)胎(tai)(tai)壓(ya)(ya)(ya)監測(ce)系統(tong)，是通(tong)過(guo)(guo)輪(lun)(lun)(lun)胎(tai)(tai)的(de)轉速差來判斷(duan)輪(lun)(lun)(lun)胎(tai)(tai)是否異常；另(ling)一種(zhong)(zhong)是直接(jie)(jie)式(shi)胎(tai)(tai)壓(ya)(ya)(ya)監測(ce)系統(tong)，通(tong)過(guo)(guo)在(zai)輪(lun)(lun)(lun)胎(tai)(tai)里面加裝四個胎(tai)(tai)壓(ya)(ya)(ya)監測(ce)傳感器，在(zai)汽車靜(jing)止或者行(xing)駛過(guo)(guo)程中對輪(lun)(lun)(lun)胎(tai)(tai)氣壓(ya)(ya)(ya)和(he)溫度進行(xing)實時自動監測(ce)，并對輪(lun)(lun)(lun)胎(tai)(tai)高壓(ya)(ya)(ya)、低壓(ya)(ya)(ya)、高溫進行(xing)及時報警，避免因(yin)輪(lun)(lun)(lun)胎(tai)(tai)故障引發的(de)交通(tong)事故，以(yi)確(que)保行(xing)車安全。
? 直接式胎壓(ya)監測
直(zhi)接安裝在四(si)個(ge)輪(lun)胎(tai)(tai)上(shang)，直(zhi)接測量輪(lun)胎(tai)(tai)的氣壓，能夠顯示每個(ge)輪(lun)胎(tai)(tai)的氣壓數(shu)值，出現(xian)異常時能夠直(zhi)接報警，是現(xian)在安裝最多的一種方式。
? 間接式胎(tai)壓(ya)監測
需要同ABS（制(zhi)動防(fang)抱死系(xi)統，與TPMS、安(an)全(quan)氣(qi)囊形成汽(qi)車三大安(an)全(quan)系(xi)統）一起運(yun)行。運(yun)行原理(li)是其(qi)中某個(ge)輪胎(tai)氣(qi)壓下降，車輛重量(liang)會讓這個(ge)輪胎(tai)半徑(jing)變小(xiao)，轉速(su)也就加快了。通過相對性來(lai)檢測(ce)輪胎(tai)的(de)好壞，具有一定局限性。
胎壓(ya)監(jian)測(ce)系統(tong)原(yuan)理
? 直接(jie)式(shi)胎壓監測(ce)裝置
直(zhi)接式(shi)胎(tai)壓(ya)(ya)(ya)監測裝置是利(li)用(yong)安裝在每一個輪胎(tai)里的(de)壓(ya)(ya)(ya)力傳感(gan)器來直(zhi)接測量輪胎(tai)的(de)氣(qi)壓(ya)(ya)(ya)，利(li)用(yong)無線發射器將(jiang)壓(ya)(ya)(ya)力信(xin)息從輪胎(tai)內部(bu)發送到中央接收器模(mo)塊(kuai)上的(de)系統，然后對各輪胎(tai)氣(qi)壓(ya)(ya)(ya)數據進(jin)行(xing)顯示。當輪胎(tai)氣(qi)壓(ya)(ya)(ya)太低或漏(lou)氣(qi)時，系統會(hui)自動報(bao)警。
? 間接(jie)式胎壓監測裝置
間(jian)接式(shi)胎(tai)壓(ya)監(jian)測的工作原理是：當某個輪(lun)(lun)胎(tai)氣壓(ya)降低時(shi)，車輛(liang)的重量會使該輪(lun)(lun)的滾動半(ban)徑(jing)(jing)將變小，導致其轉速比其他車輪(lun)(lun)快(kuai)，這樣就可通過比較(jiao)輪(lun)(lun)胎(tai)之間(jian)的轉速差，達到(dao)監(jian)視胎(tai)壓(ya)的目的。間(jian)接式(shi)輪(lun)(lun)胎(tai)報警系統實際上是依靠計算輪(lun)(lun)胎(tai)滾動半(ban)徑(jing)(jing)來對氣壓(ya)進行監(jian)測。
胎壓(ya)監測儀設計方(fang)案(an)
基于ACM32F070的(de)(de)胎(tai)壓(ya)監(jian)測(ce)儀是一種智能化的(de)(de)汽車安全裝置，它(ta)可以實(shi)時(shi)(shi)監(jian)測(ce)汽車輪胎(tai)的(de)(de)胎(tai)壓(ya)，提(ti)高駕駛安全性(xing)，降低事故風險。該方案采用ACM32F070微(wei)控(kong)(kong)制器作為核心控(kong)(kong)制芯片，結(jie)合壓(ya)力傳感器、無線通信模塊(kuai)等外圍設備，實(shi)現對輪胎(tai)胎(tai)壓(ya)的(de)(de)實(shi)時(shi)(shi)監(jian)測(ce)和數據傳輸。
方案(an)特點
1.高(gao)精(jing)度：采用高(gao)精(jing)度的壓力傳感器，可(ke)以(yi)實時監測輪胎(tai)的胎(tai)壓，精(jing)度高(gao)達0.1PSI。
2.智能化(hua)：監測(ce)儀配有智能化(hua)的處(chu)理器，可以自動識別胎壓異(yi)常情況，并發出警報(bao)提(ti)示駕駛員。
3.低功耗：采(cai)用ACM32F070微(wei)控制器，功耗低、性能(neng)穩(wen)定，可以保證長時間的(de)使用壽命。
4.無線傳輸：采用無線通信模塊，可以將監測數據實時地傳輸到(dao)手機APP上，方(fang)便用戶隨時了(le)解輪胎胎壓情況。
5.易于安裝：壓力傳感器小(xiao)巧輕便，可以(yi)簡(jian)單安裝在輪胎上，不影響汽車的正常(chang)行(xing)駛。
應用場景
該方案的(de)應用(yong)場(chang)景主要包括汽(qi)(qi)車制(zhi)造商(shang)、汽(qi)(qi)車維修(xiu)廠、汽(qi)(qi)車配件市場(chang)等。對于汽(qi)(qi)車制(zhi)造商(shang)來說，可(ke)以將胎壓監測儀(yi)作為標(biao)配，提高汽(qi)(qi)車的(de)安全性(xing)和競爭力；對于汽(qi)(qi)車維修(xiu)廠和汽(qi)(qi)車配件市場(chang)來說，可(ke)以提供相(xiang)應的(de)安裝和售后服務，為用(yong)戶提供更好(hao)的(de)購買體驗。
方案(an)介紹
本(ben)文描述的(de)胎(tai)壓監測儀方案(an)，利用直接(jie)式(shi)胎(tai)壓測量原理，且(qie)基于上海航芯(xin)ACM32F070系列(lie)的(de)MCU進行(xing)設計，ACM32F0X0 系列(lie)是(shi)一(yi)款支持(chi)多(duo)種低(di)功(gong)耗模(mo)式(shi)的(de)通(tong)用 MCU。集(ji)成12位 1.6Msps 高精(jing)度 ADC 以及(ji)比較器(qi)、運放、觸控按鍵控制器(qi)、段式(shi) LCD 控制器(qi)，內(nei)置高性(xing)能定時(shi)器(qi)、多(duo)路 UART、LPUART、SPI、I2C、CAN等豐富(fu)的(de)通(tong)訊外設，內(nei)建 AES、TRNG 等信息安全模(mo)塊，支持(chi)多(duo)種低(di)功(gong)耗模(mo)式(shi)，具有高整合(he)度、高抗干擾、高可靠性(xing)的(de)特點。
整(zheng)體(ti)的(de)方案框圖(tu)如(ru)下所(suo)示：
硬件方案：
胎(tai)(tai)壓(ya)檢測儀(yi)部分主(zhu)要分為采(cai)集(ji)發射(she)終(zhong)端和(he)(he)接(jie)收顯(xian)示硬件終(zhong)端，采(cai)集(ji)發射(she)終(zhong)端由傳感器模(mo)塊(kuai)(kuai)、RF發射(she)模(mo)塊(kuai)(kuai)、鋰(li)電(dian)池供電(dian)模(mo)塊(kuai)(kuai)等構成(cheng)，接(jie)收顯(xian)示硬件終(zhong)端由ACM32F070主(zhu)控芯(xin)片、LCD顯(xian)示屏(ping)、RF接(jie)收模(mo)塊(kuai)(kuai)、CAN等模(mo)塊(kuai)(kuai)構成(cheng)。其中，傳感器模(mo)塊(kuai)(kuai)負(fu)責胎(tai)(tai)壓(ya)的數據采(cai)集(ji)，CAN模(mo)塊(kuai)(kuai)負(fu)責采(cai)集(ji)數據，ACM32F070主(zhu)控負(fu)責數據信號(hao)的處理轉換，外(wai)設模(mo)塊(kuai)(kuai)由LCD顯(xian)示屏(ping)和(he)(he)按鍵組成(cheng)，負(fu)責數據顯(xian)示及輪胎(tai)(tai)匹配，電(dian)源采(cai)用(yong)鋰(li)電(dian)池供電(dian)，需要考慮(lv)充電(dian)電(dian)路和(he)(he)保(bao)護電(dian)路。
接(jie)收(shou)顯(xian)示(shi)終(zhong)(zhong)(zhong)端(duan)要(yao)求(qiu)穩(wen)定(ding)性好、性價比(bi)與(yu)實時性高，考慮到該終(zhong)(zhong)(zhong)端(duan)完成(cheng)的功(gong)能(neng)較多，本方案(an)采用(yong)ACM32F070，專(zhuan)為高性能(neng)、低成(cheng)本及低功(gong)耗的嵌入式應用(yong)設計，可廣(guang)泛(fan)應用(yong)在(zai)汽(qi)車主(zhu)動安全(quan)監控領域。接(jie)收(shou)顯(xian)示(shi)終(zhong)(zhong)(zhong)端(duan)采用(yong)LCD顯(xian)示(shi)屏(ping)和(he)蜂鳴(ming)器的主(zhu)要(yao)目的是為了實時顯(xian)示(shi)汽(qi)車行駛過(guo)程中4個輪胎的胎壓信息，若(ruo)胎壓低于標準(zhun)值等異常情況發生，則通(tong)過(guo)蜂鳴(ming)器進行報(bao)警提示(shi)。
電(dian)源設(she)計為(wei)鋰(li)電(dian)池供電(dian)，主要完成(cheng)單節鋰(li)電(dian)池從3.7V到(dao)3.3V的(de)穩(wen)壓，電(dian)源穩(wen)壓電(dian)路原理(li)圖如下所示：
軟(ruan)件方案(an)：
本系統(tong)軟(ruan)件(jian)(jian)(jian)(jian)包(bao)括(kuo)(kuo)胎壓(ya)采(cai)(cai)集(ji)軟(ruan)件(jian)(jian)(jian)(jian)和(he)無線接收(shou)顯示軟(ruan)件(jian)(jian)(jian)(jian)。采(cai)(cai)集(ji)發(fa)(fa)射(she)軟(ruan)件(jian)(jian)(jian)(jian)運行(xing)(xing)于采(cai)(cai)集(ji)發(fa)(fa)射(she)終端，該終端安放于汽(qi)車4個輪胎處(chu)；無線顯示接收(shou)軟(ruan)件(jian)(jian)(jian)(jian)運行(xing)(xing)于顯示接收(shou)終端，該終端安放于駕駛室內部。胎壓(ya)采(cai)(cai)集(ji)發(fa)(fa)射(she)軟(ruan)件(jian)(jian)(jian)(jian)主要包(bao)括(kuo)(kuo)系統(tong)初始(shi)化(hua)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)、汽(qi)車胎壓(ya)采(cai)(cai)集(ji)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)、無線發(fa)(fa)射(she)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)等；無線接收(shou)顯示軟(ruan)件(jian)(jian)(jian)(jian)主要包(bao)括(kuo)(kuo)初始(shi)化(hua)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)、RF接收(shou)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)，LCD顯示模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)和(he)蜂鳴器報警模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)等，其軟(ruan)件(jian)(jian)(jian)(jian)流(liu)程圖如下：
結語(yu)
本文設(she)計了一(yi)款基于 ACM32F070 單(dan)片(pian)機的(de)(de)胎(tai)壓(ya)(ya)監測(ce)儀(yi)，該胎(tai)壓(ya)(ya)監測(ce)儀(yi)能夠準確監測(ce)輪胎(tai)氣壓(ya)(ya)，具(ju)有很(hen)好的(de)(de)可(ke)靠性，且胎(tai)壓(ya)(ya)監測(ce)儀(yi)能夠快速(su)準確的(de)(de)測(ce)量輪胎(tai)胎(tai)壓(ya)(ya)，保證汽車(che)安全(quan)行(xing)(xing)駛(shi)。此外還支持LCD顯示數據輸出，方(fang)便用戶查看數據，通(tong)用性強。目前，該胎(tai)壓(ya)(ya)監測(ce)儀(yi)已經(jing)在國內(nei)某知名(ming)車(che)載公司(si)量產(chan)。本系(xi)統可(ke)以應用于智能交通(tong)解決方(fang)案，保證車(che)輛行(xing)(xing)車(che)安全(quan)。
