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提(ti)高駕駛安全性(xing) | 基于ACM32 MCU的胎壓監測儀方(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)壓(ya)監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)系(xi)統(tong)(tong)可(ke)分為(wei)兩種(zhong)(zhong)：一種(zhong)(zhong)是間(jian)接式胎(tai)壓(ya)監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)系(xi)統(tong)(tong)，是通過輪(lun)胎(tai)的(de)轉速差(cha)來判斷(duan)輪(lun)胎(tai)是否(fou)異常；另一種(zhong)(zhong)是直接式胎(tai)壓(ya)監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)系(xi)統(tong)(tong)，通過在輪(lun)胎(tai)里面加裝四個胎(tai)壓(ya)監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)傳感器，在汽車靜(jing)止(zhi)或者行(xing)(xing)駛過程中對輪(lun)胎(tai)氣壓(ya)和溫度進行(xing)(xing)實時自動監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)，并對輪(lun)胎(tai)高壓(ya)、低壓(ya)、高溫進行(xing)(xing)及時報(bao)警(jing)，避免因輪(lun)胎(tai)故(gu)障引(yin)發的(de)交(jiao)通事(shi)故(gu)，以(yi)確(que)保行(xing)(xing)車安全。

? 直接式胎壓監測

直(zhi)(zhi)(zhi)接(jie)安裝在四個輪(lun)(lun)胎上，直(zhi)(zhi)(zhi)接(jie)測量(liang)輪(lun)(lun)胎的氣壓(ya)，能(neng)夠(gou)顯示(shi)每個輪(lun)(lun)胎的氣壓(ya)數值，出現異常時能(neng)夠(gou)直(zhi)(zhi)(zhi)接(jie)報警(jing)，是現在安裝最多(duo)的一種方式。

? 間接式胎(tai)壓監測

需要同ABS（制動防抱死系統，與TPMS、安全(quan)氣(qi)囊(nang)形(xing)成汽(qi)車三大安全(quan)系統）一(yi)起運行(xing)。運行(xing)原理是其(qi)中某個(ge)輪(lun)胎氣(qi)壓(ya)下降(jiang)，車輛(liang)重(zhong)量(liang)會讓(rang)這個(ge)輪(lun)胎半徑變小，轉速也就加快了。通過相(xiang)對性(xing)來檢測輪(lun)胎的好(hao)壞，具有一(yi)定(ding)局限性(xing)。

胎壓監測系統原(yuan)理

? 直接式胎(tai)壓監測裝(zhuang)置

直(zhi)接(jie)(jie)(jie)式胎(tai)(tai)壓(ya)監(jian)測(ce)裝置是利(li)用安裝在每一個輪(lun)胎(tai)(tai)里的(de)(de)壓(ya)力傳感器來直(zhi)接(jie)(jie)(jie)測(ce)量輪(lun)胎(tai)(tai)的(de)(de)氣壓(ya)，利(li)用無線發射器將壓(ya)力信息從輪(lun)胎(tai)(tai)內部發送到中央接(jie)(jie)(jie)收器模塊上(shang)的(de)(de)系統，然后(hou)對(dui)各輪(lun)胎(tai)(tai)氣壓(ya)數(shu)據(ju)進行(xing)顯示。當輪(lun)胎(tai)(tai)氣壓(ya)太低(di)或漏(lou)氣時，系統會自動報警。

? 間接式胎壓監測裝置(zhi)

間接(jie)式(shi)(shi)胎壓(ya)監測的(de)工作原理是：當某個(ge)輪(lun)(lun)(lun)胎氣壓(ya)降(jiang)低時，車(che)輛(liang)的(de)重量會使該輪(lun)(lun)(lun)的(de)滾動半(ban)徑將變小(xiao)，導致其轉(zhuan)速比其他車(che)輪(lun)(lun)(lun)快(kuai)，這(zhe)樣就可(ke)通過比較(jiao)輪(lun)(lun)(lun)胎之間的(de)轉(zhuan)速差，達到監視胎壓(ya)的(de)目的(de)。間接(jie)式(shi)(shi)輪(lun)(lun)(lun)胎報警系(xi)統實際上(shang)是依靠計(ji)算輪(lun)(lun)(lun)胎滾動半(ban)徑來對(dui)氣壓(ya)進行監測。

胎(tai)壓監(jian)測儀設計方案

基于ACM32F070的胎(tai)(tai)(tai)壓(ya)監(jian)測(ce)儀是一(yi)種智能(neng)化的汽車(che)安全裝置，它可(ke)以實(shi)(shi)時監(jian)測(ce)汽車(che)輪胎(tai)(tai)(tai)的胎(tai)(tai)(tai)壓(ya)，提高駕(jia)駛安全性，降低(di)事故風(feng)險。該方案采用ACM32F070微控制器作為核心控制芯(xin)片，結合壓(ya)力傳感器、無線通信模(mo)塊等(deng)外(wai)圍設備，實(shi)(shi)現對輪胎(tai)(tai)(tai)胎(tai)(tai)(tai)壓(ya)的實(shi)(shi)時監(jian)測(ce)和數據傳輸。

方案(an)特(te)點

1.高精度(du)：采(cai)用高精度(du)的壓力傳感器(qi)，可(ke)以實時監測(ce)輪(lun)胎(tai)的胎(tai)壓，精度(du)高達0.1PSI。

2.智能化(hua)：監(jian)測儀(yi)配有智能化(hua)的處理器(qi)，可以(yi)自動識別胎壓異常情況，并發出警報提示駕駛員(yuan)。

3.低(di)功(gong)(gong)耗(hao)：采用(yong)ACM32F070微控制(zhi)器，功(gong)(gong)耗(hao)低(di)、性能穩定(ding)，可以保證長時間的(de)使用(yong)壽命。

4.無(wu)線傳(chuan)(chuan)輸：采用無(wu)線通信(xin)模(mo)塊，可(ke)以將監測數據實(shi)時(shi)(shi)地(di)傳(chuan)(chuan)輸到(dao)手機APP上(shang)，方便用戶隨時(shi)(shi)了解輪胎(tai)胎(tai)壓(ya)情況。

5.易(yi)于安(an)裝：壓力傳感(gan)器小(xiao)巧輕便，可以簡單安(an)裝在輪胎上，不影響汽車(che)的正(zheng)常行(xing)駛。

應用場景

該(gai)方案的(de)應(ying)用場(chang)景主(zhu)要包括汽(qi)車(che)(che)制造商、汽(qi)車(che)(che)維(wei)修廠(chang)、汽(qi)車(che)(che)配(pei)件市場(chang)等。對于汽(qi)車(che)(che)制造商來說(shuo)，可以將胎壓監測儀作為標(biao)配(pei)，提(ti)高汽(qi)車(che)(che)的(de)安全性和(he)競爭力；對于汽(qi)車(che)(che)維(wei)修廠(chang)和(he)汽(qi)車(che)(che)配(pei)件市場(chang)來說(shuo)，可以提(ti)供(gong)相應(ying)的(de)安裝(zhuang)和(he)售(shou)后服務，為用戶提(ti)供(gong)更好的(de)購買(mai)體(ti)驗。

方(fang)案介紹

本文描述的胎(tai)壓監測(ce)儀方案，利用直接式胎(tai)壓測(ce)量原理，且基于上(shang)海航(hang)芯ACM32F070系列(lie)的MCU進行(xing)設計，ACM32F0X0 系列(lie)是一款(kuan)支(zhi)持(chi)多(duo)種低功耗模式的通(tong)用 MCU。集成12位 1.6Msps 高(gao)精(jing)度 ADC 以(yi)及比較器、運放(fang)、觸控按(an)鍵控制器、段式 LCD 控制器，內置高(gao)性能(neng)定時(shi)器、多(duo)路 UART、LPUART、SPI、I2C、CAN等(deng)豐富的通(tong)訊外設，內建 AES、TRNG 等(deng)信(xin)息安全模塊，支(zhi)持(chi)多(duo)種低功耗模式，具有高(gao)整合度、高(gao)抗干擾、高(gao)可靠性的特(te)點。

整(zheng)體的方案框(kuang)圖如下所示(shi)：

硬件方案：

胎(tai)壓檢測儀部分(fen)主(zhu)要分(fen)為(wei)采(cai)集發射(she)終(zhong)端(duan)和接收(shou)顯示(shi)硬件(jian)終(zhong)端(duan)，采(cai)集發射(she)終(zhong)端(duan)由(you)(you)傳(chuan)(chuan)感器模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)、RF發射(she)模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)、鋰電(dian)(dian)池供電(dian)(dian)模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)等(deng)構成，接收(shou)顯示(shi)硬件(jian)終(zhong)端(duan)由(you)(you)ACM32F070主(zhu)控芯片、LCD顯示(shi)屏、RF接收(shou)模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)、CAN等(deng)模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)構成。其中，傳(chuan)(chuan)感器模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)負責(ze)胎(tai)壓的(de)數(shu)據(ju)(ju)采(cai)集，CAN模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)負責(ze)采(cai)集數(shu)據(ju)(ju)，ACM32F070主(zhu)控負責(ze)數(shu)據(ju)(ju)信號的(de)處理(li)轉換，外設模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)由(you)(you)LCD顯示(shi)屏和按鍵組成，負責(ze)數(shu)據(ju)(ju)顯示(shi)及輪胎(tai)匹配，電(dian)(dian)源采(cai)用鋰電(dian)(dian)池供電(dian)(dian)，需(xu)要考慮(lv)充電(dian)(dian)電(dian)(dian)路(lu)(lu)和保(bao)護電(dian)(dian)路(lu)(lu)。

接(jie)收(shou)顯示(shi)終(zhong)端(duan)要求穩定性(xing)好(hao)、性(xing)價比與實時性(xing)高，考慮到該終(zhong)端(duan)完成(cheng)的功能(neng)(neng)較多，本方案采用ACM32F070，專為高性(xing)能(neng)(neng)、低成(cheng)本及低功耗(hao)的嵌入式應用設計，可廣泛應用在(zai)汽車主(zhu)動安(an)全監控領域。接(jie)收(shou)顯示(shi)終(zhong)端(duan)采用LCD顯示(shi)屏和蜂鳴(ming)器的主(zhu)要目(mu)的是為了實時顯示(shi)汽車行駛過(guo)程(cheng)中4個(ge)輪胎的胎壓信息，若胎壓低于標準值等異常(chang)情(qing)況發生(sheng)，則(ze)通過(guo)蜂鳴(ming)器進行報警提示(shi)。  

電源設計(ji)為鋰(li)電池(chi)(chi)供電，主要(yao)完(wan)成單(dan)節鋰(li)電池(chi)(chi)從3.7V到(dao)3.3V的穩(wen)壓，電源穩(wen)壓電路原理圖如(ru)下所(suo)示：

軟件方案：

本(ben)系統軟(ruan)(ruan)(ruan)件包(bao)括(kuo)(kuo)胎(tai)壓(ya)采(cai)集軟(ruan)(ruan)(ruan)件和無線接(jie)(jie)(jie)收(shou)(shou)顯(xian)示軟(ruan)(ruan)(ruan)件。采(cai)集發射(she)軟(ruan)(ruan)(ruan)件運(yun)行于采(cai)集發射(she)終(zhong)端，該(gai)(gai)終(zhong)端安放于汽車4個輪胎(tai)處(chu)；無線顯(xian)示接(jie)(jie)(jie)收(shou)(shou)軟(ruan)(ruan)(ruan)件運(yun)行于顯(xian)示接(jie)(jie)(jie)收(shou)(shou)終(zhong)端，該(gai)(gai)終(zhong)端安放于駕駛室(shi)內部(bu)。胎(tai)壓(ya)采(cai)集發射(she)軟(ruan)(ruan)(ruan)件主(zhu)要(yao)包(bao)括(kuo)(kuo)系統初(chu)始化(hua)(hua)模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)、汽車胎(tai)壓(ya)采(cai)集模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)、無線發射(she)模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)等；無線接(jie)(jie)(jie)收(shou)(shou)顯(xian)示軟(ruan)(ruan)(ruan)件主(zhu)要(yao)包(bao)括(kuo)(kuo)初(chu)始化(hua)(hua)模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)、RF接(jie)(jie)(jie)收(shou)(shou)模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)，LCD顯(xian)示模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)和蜂鳴器報(bao)警模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)等，其軟(ruan)(ruan)(ruan)件流程圖如下(xia)：

結語

本(ben)文設計(ji)了(le)一款基于 ACM32F070 單片機(ji)的(de)胎(tai)壓監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)儀(yi)(yi)，該胎(tai)壓監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)儀(yi)(yi)能夠準確(que)監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)輪胎(tai)氣壓，具有很好的(de)可靠(kao)性，且胎(tai)壓監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)儀(yi)(yi)能夠快(kuai)速(su)準確(que)的(de)測(ce)(ce)量(liang)(liang)輪胎(tai)胎(tai)壓，保證汽車安全(quan)行(xing)駛。此(ci)外還支持LCD顯示數據輸出(chu)，方(fang)便用戶查看(kan)數據，通用性強。目前，該胎(tai)壓監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)儀(yi)(yi)已經在國內某知名車載公司量(liang)(liang)產。本(ben)系統可以應用于智能交通解決方(fang)案，保證車輛行(xing)車安全(quan)。