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提(ti)高駕(jia)駛(shi)安全性 | 基(ji)于ACM32 MCU的胎壓監(jian)測儀(yi)方(fang)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)監(jian)(jian)測系(xi)統可(ke)分為兩種：一(yi)種是(shi)(shi)間接式胎(tai)(tai)壓(ya)監(jian)(jian)測系(xi)統，是(shi)(shi)通過輪(lun)胎(tai)(tai)的轉速差來判斷輪(lun)胎(tai)(tai)是(shi)(shi)否異常；另一(yi)種是(shi)(shi)直接式胎(tai)(tai)壓(ya)監(jian)(jian)測系(xi)統，通過在輪(lun)胎(tai)(tai)里面加裝四個胎(tai)(tai)壓(ya)監(jian)(jian)測傳感器，在汽車靜止或者行(xing)(xing)駛(shi)過程中對(dui)輪(lun)胎(tai)(tai)氣壓(ya)和溫度進行(xing)(xing)實時(shi)自動監(jian)(jian)測，并(bing)對(dui)輪(lun)胎(tai)(tai)高壓(ya)、低(di)壓(ya)、高溫進行(xing)(xing)及時(shi)報警(jing)，避免因輪(lun)胎(tai)(tai)故(gu)障引發的交通事(shi)故(gu)，以確保(bao)行(xing)(xing)車安全。
? 直接式(shi)胎壓監測
直(zhi)(zhi)接(jie)安(an)裝在四個輪(lun)胎(tai)上，直(zhi)(zhi)接(jie)測量輪(lun)胎(tai)的氣壓，能(neng)夠(gou)顯示每個輪(lun)胎(tai)的氣壓數值，出(chu)現異常時能(neng)夠(gou)直(zhi)(zhi)接(jie)報警(jing)，是現在安(an)裝最(zui)多的一種方式。
? 間接式(shi)胎壓監測
需要同ABS（制動防抱死系統(tong)，與TPMS、安(an)全氣囊(nang)形成汽車三大(da)安(an)全系統(tong)）一起運(yun)行。運(yun)行原理是其(qi)中某(mou)個輪(lun)胎(tai)(tai)氣壓下降，車輛(liang)重量會讓(rang)這個輪(lun)胎(tai)(tai)半徑(jing)變小，轉速(su)也就加快了。通過相對(dui)性來(lai)檢測輪(lun)胎(tai)(tai)的(de)好(hao)壞，具有一定局限性。
胎壓監測系統原(yuan)理
? 直接(jie)式(shi)胎壓(ya)監測裝置
直(zhi)接(jie)式胎(tai)壓(ya)(ya)(ya)監(jian)測裝(zhuang)置是利(li)(li)用(yong)安裝(zhuang)在每(mei)一(yi)個輪(lun)(lun)胎(tai)里的(de)(de)壓(ya)(ya)(ya)力(li)傳(chuan)感器來直(zhi)接(jie)測量輪(lun)(lun)胎(tai)的(de)(de)氣(qi)壓(ya)(ya)(ya)，利(li)(li)用(yong)無(wu)線發射(she)器將壓(ya)(ya)(ya)力(li)信息從輪(lun)(lun)胎(tai)內部發送到中央接(jie)收(shou)器模塊(kuai)上的(de)(de)系統，然后(hou)對(dui)各輪(lun)(lun)胎(tai)氣(qi)壓(ya)(ya)(ya)數據(ju)進行顯示。當輪(lun)(lun)胎(tai)氣(qi)壓(ya)(ya)(ya)太低(di)或(huo)漏氣(qi)時，系統會自動報警。
? 間接式胎壓監測(ce)裝置(zhi)
間接式(shi)胎(tai)(tai)(tai)壓(ya)監(jian)(jian)測(ce)的(de)工作原理是(shi)：當某個輪(lun)胎(tai)(tai)(tai)氣壓(ya)降低時，車(che)輛的(de)重量會使該輪(lun)的(de)滾動半(ban)徑將變小，導致其轉速(su)(su)比(bi)其他車(che)輪(lun)快，這樣(yang)就可通過比(bi)較輪(lun)胎(tai)(tai)(tai)之間的(de)轉速(su)(su)差，達到監(jian)(jian)視胎(tai)(tai)(tai)壓(ya)的(de)目的(de)。間接式(shi)輪(lun)胎(tai)(tai)(tai)報警(jing)系統實(shi)際上是(shi)依靠計算輪(lun)胎(tai)(tai)(tai)滾動半(ban)徑來對(dui)氣壓(ya)進行監(jian)(jian)測(ce)。
胎壓監測儀設計(ji)方案(an)
基于ACM32F070的(de)(de)胎(tai)(tai)壓(ya)監測(ce)儀是一種智(zhi)能化的(de)(de)汽(qi)車安(an)全(quan)裝(zhuang)置，它可(ke)以(yi)實(shi)時監測(ce)汽(qi)車輪胎(tai)(tai)的(de)(de)胎(tai)(tai)壓(ya)，提(ti)高駕駛安(an)全(quan)性，降低事故風險。該方(fang)案(an)采用(yong)ACM32F070微控(kong)制器作為核心控(kong)制芯(xin)片，結合壓(ya)力傳感器、無線通(tong)信模塊等外圍設備，實(shi)現對輪胎(tai)(tai)胎(tai)(tai)壓(ya)的(de)(de)實(shi)時監測(ce)和數據傳輸。
方案特(te)點
1.高(gao)精度(du)：采用高(gao)精度(du)的壓(ya)力傳感器，可(ke)以實(shi)時監測輪胎的胎壓(ya)，精度(du)高(gao)達(da)0.1PSI。
2.智能化：監(jian)測(ce)儀配有智能化的(de)處(chu)理器(qi)，可以自動識別胎壓異常(chang)情況(kuang)，并發出(chu)警(jing)報提示駕駛員。
3.低功(gong)耗：采用ACM32F070微(wei)控制器，功(gong)耗低、性能穩定，可以保(bao)證長時間的使(shi)用壽(shou)命。
4.無線(xian)(xian)傳(chuan)輸：采用(yong)無線(xian)(xian)通信模塊，可以(yi)將監(jian)測(ce)數據實(shi)時(shi)地(di)傳(chuan)輸到手機APP上，方(fang)便用(yong)戶隨時(shi)了解輪胎胎壓情況(kuang)。
5.易(yi)于安裝：壓力傳感器小巧輕便，可以簡(jian)單安裝在(zai)輪(lun)胎上，不影響汽車的正(zheng)常行駛。
應用(yong)場景
該(gai)方案的(de)應(ying)用(yong)場景主要包(bao)括汽(qi)車(che)(che)制造商、汽(qi)車(che)(che)維修廠、汽(qi)車(che)(che)配(pei)(pei)(pei)件市場等(deng)。對(dui)(dui)于汽(qi)車(che)(che)制造商來說，可以(yi)將胎壓監測儀(yi)作(zuo)為標配(pei)(pei)(pei)，提高(gao)汽(qi)車(che)(che)的(de)安全性和(he)(he)競爭力；對(dui)(dui)于汽(qi)車(che)(che)維修廠和(he)(he)汽(qi)車(che)(che)配(pei)(pei)(pei)件市場來說，可以(yi)提供(gong)相應(ying)的(de)安裝和(he)(he)售后服務(wu)，為用(yong)戶提供(gong)更好的(de)購買(mai)體(ti)驗。
方(fang)案介紹
本(ben)文描述的(de)胎(tai)壓監測儀方案，利用(yong)直接式(shi)胎(tai)壓測量原理(li)，且基于(yu)上(shang)海航芯ACM32F070系列的(de)MCU進行設(she)計，ACM32F0X0 系列是一款支持多(duo)種(zhong)低功(gong)耗模(mo)(mo)式(shi)的(de)通(tong)用(yong) MCU。集成12位 1.6Msps 高精度(du) ADC 以及(ji)比較器(qi)、運(yun)放、觸(chu)控(kong)按鍵控(kong)制(zhi)器(qi)、段式(shi) LCD 控(kong)制(zhi)器(qi)，內置高性(xing)能定(ding)時器(qi)、多(duo)路 UART、LPUART、SPI、I2C、CAN等豐富的(de)通(tong)訊外設(she)，內建 AES、TRNG 等信(xin)息安全模(mo)(mo)塊，支持多(duo)種(zhong)低功(gong)耗模(mo)(mo)式(shi)，具有高整(zheng)合度(du)、高抗干擾(rao)、高可靠性(xing)的(de)特點。
整(zheng)體的(de)方案框圖如下所示：
硬件(jian)方案：
胎(tai)壓(ya)檢(jian)測儀部分(fen)主(zhu)(zhu)要(yao)分(fen)為采(cai)集發(fa)(fa)射終端(duan)(duan)和(he)(he)接(jie)(jie)收顯示(shi)硬(ying)(ying)件(jian)終端(duan)(duan)，采(cai)集發(fa)(fa)射終端(duan)(duan)由(you)傳感(gan)器(qi)模(mo)塊(kuai)(kuai)、RF發(fa)(fa)射模(mo)塊(kuai)(kuai)、鋰(li)電(dian)(dian)(dian)池供電(dian)(dian)(dian)模(mo)塊(kuai)(kuai)等構成(cheng)，接(jie)(jie)收顯示(shi)硬(ying)(ying)件(jian)終端(duan)(duan)由(you)ACM32F070主(zhu)(zhu)控芯片、LCD顯示(shi)屏、RF接(jie)(jie)收模(mo)塊(kuai)(kuai)、CAN等模(mo)塊(kuai)(kuai)構成(cheng)。其(qi)中，傳感(gan)器(qi)模(mo)塊(kuai)(kuai)負責胎(tai)壓(ya)的數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)采(cai)集，CAN模(mo)塊(kuai)(kuai)負責采(cai)集數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)，ACM32F070主(zhu)(zhu)控負責數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)信號的處理轉換，外設模(mo)塊(kuai)(kuai)由(you)LCD顯示(shi)屏和(he)(he)按鍵組成(cheng)，負責數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)顯示(shi)及輪胎(tai)匹配(pei)，電(dian)(dian)(dian)源(yuan)采(cai)用鋰(li)電(dian)(dian)(dian)池供電(dian)(dian)(dian)，需要(yao)考慮充電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)路和(he)(he)保護電(dian)(dian)(dian)路。
接收(shou)顯(xian)(xian)(xian)示終端(duan)要求穩定性(xing)好、性(xing)價比與(yu)實時性(xing)高(gao)，考慮到該(gai)終端(duan)完成(cheng)的(de)(de)功能較多，本(ben)方案采用(yong)ACM32F070，專為(wei)高(gao)性(xing)能、低成(cheng)本(ben)及低功耗(hao)的(de)(de)嵌入(ru)式應(ying)用(yong)設計，可廣泛(fan)應(ying)用(yong)在汽車主(zhu)(zhu)動安全監(jian)控(kong)領域。接收(shou)顯(xian)(xian)(xian)示終端(duan)采用(yong)LCD顯(xian)(xian)(xian)示屏和蜂鳴(ming)器(qi)的(de)(de)主(zhu)(zhu)要目(mu)的(de)(de)是為(wei)了實時顯(xian)(xian)(xian)示汽車行(xing)駛(shi)過程中4個輪胎(tai)的(de)(de)胎(tai)壓(ya)信息，若胎(tai)壓(ya)低于(yu)標(biao)準(zhun)值(zhi)等異(yi)常(chang)情況發生(sheng)，則通過蜂鳴(ming)器(qi)進行(xing)報警提示。
電(dian)源設計為鋰電(dian)池供電(dian)，主要完(wan)成單(dan)節鋰電(dian)池從3.7V到(dao)3.3V的穩壓，電(dian)源穩壓電(dian)路(lu)原理圖如下所示：
軟件方(fang)案：
本系(xi)統軟(ruan)(ruan)件(jian)(jian)包括胎(tai)(tai)壓采(cai)集(ji)軟(ruan)(ruan)件(jian)(jian)和無線(xian)接收顯(xian)示(shi)軟(ruan)(ruan)件(jian)(jian)。采(cai)集(ji)發(fa)射(she)軟(ruan)(ruan)件(jian)(jian)運(yun)行于采(cai)集(ji)發(fa)射(she)終(zhong)端，該終(zhong)端安放于汽(qi)車(che)4個輪胎(tai)(tai)處；無線(xian)顯(xian)示(shi)接收軟(ruan)(ruan)件(jian)(jian)運(yun)行于顯(xian)示(shi)接收終(zhong)端，該終(zhong)端安放于駕駛室內部。胎(tai)(tai)壓采(cai)集(ji)發(fa)射(she)軟(ruan)(ruan)件(jian)(jian)主要包括系(xi)統初始化(hua)模塊(kuai)、汽(qi)車(che)胎(tai)(tai)壓采(cai)集(ji)模塊(kuai)、無線(xian)發(fa)射(she)模塊(kuai)等；無線(xian)接收顯(xian)示(shi)軟(ruan)(ruan)件(jian)(jian)主要包括初始化(hua)模塊(kuai)、RF接收模塊(kuai)，LCD顯(xian)示(shi)模塊(kuai)和蜂(feng)鳴(ming)器報警模塊(kuai)等，其軟(ruan)(ruan)件(jian)(jian)流程圖(tu)如下：
結語
本(ben)文設計了一款(kuan)基于 ACM32F070 單片機(ji)的(de)胎(tai)(tai)壓(ya)監測(ce)儀，該(gai)胎(tai)(tai)壓(ya)監測(ce)儀能(neng)夠(gou)準確監測(ce)輪胎(tai)(tai)氣壓(ya)，具有很好的(de)可靠性，且(qie)胎(tai)(tai)壓(ya)監測(ce)儀能(neng)夠(gou)快速準確的(de)測(ce)量輪胎(tai)(tai)胎(tai)(tai)壓(ya)，保證汽(qi)車(che)安(an)全行駛。此外(wai)還(huan)支持LCD顯(xian)示數(shu)(shu)據(ju)輸出，方(fang)便用(yong)戶查(cha)看數(shu)(shu)據(ju)，通用(yong)性強(qiang)。目前，該(gai)胎(tai)(tai)壓(ya)監測(ce)儀已(yi)經在國內某知名車(che)載公司量產(chan)。本(ben)系統可以應用(yong)于智能(neng)交通解決方(fang)案，保證車(che)輛行車(che)安(an)全。
