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提高駕駛安全(quan)性 | 基于ACM32 MCU的胎壓監測儀方案(an)

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)壓監測(ce)系統可分為兩種：一種是(shi)間(jian)接式胎(tai)壓監測(ce)系統，是(shi)通過(guo)輪(lun)(lun)(lun)胎(tai)的轉速差來判斷(duan)輪(lun)(lun)(lun)胎(tai)是(shi)否異常；另一種是(shi)直接式胎(tai)壓監測(ce)系統，通過(guo)在(zai)輪(lun)(lun)(lun)胎(tai)里面加裝(zhuang)四個(ge)胎(tai)壓監測(ce)傳(chuan)感(gan)器，在(zai)汽車(che)靜止或(huo)者行駛過(guo)程中(zhong)對輪(lun)(lun)(lun)胎(tai)氣壓和(he)溫度進(jin)行實時自(zi)動監測(ce)，并對輪(lun)(lun)(lun)胎(tai)高(gao)壓、低壓、高(gao)溫進(jin)行及時報警，避免因輪(lun)(lun)(lun)胎(tai)故障引(yin)發的交(jiao)通事(shi)故，以確保行車(che)安全(quan)。

? 直接(jie)式胎壓監測

直(zhi)接(jie)安裝(zhuang)在四個(ge)輪胎上，直(zhi)接(jie)測量輪胎的氣(qi)壓(ya)，能(neng)夠顯示每個(ge)輪胎的氣(qi)壓(ya)數值，出現異常時(shi)能(neng)夠直(zhi)接(jie)報警，是現在安裝(zhuang)最(zui)多(duo)的一(yi)種方式。

? 間接(jie)式胎(tai)壓監測

需(xu)要(yao)同(tong)ABS（制(zhi)動防(fang)抱死(si)系統，與TPMS、安全(quan)氣囊(nang)形成汽車(che)三(san)大安全(quan)系統）一(yi)起(qi)運(yun)行。運(yun)行原理是其中(zhong)某個(ge)輪胎氣壓(ya)下降(jiang)，車(che)輛重量會讓這個(ge)輪胎半徑變小，轉速也就加快了。通過(guo)相對(dui)性來檢測輪胎的好壞，具有一(yi)定局(ju)限(xian)性。

胎壓(ya)監(jian)測系統原理

? 直接(jie)式胎壓(ya)監測裝置

直(zhi)接(jie)式胎壓監測(ce)裝置(zhi)是利用(yong)安裝在每一(yi)個輪(lun)胎里的壓力(li)(li)傳感器來直(zhi)接(jie)測(ce)量輪(lun)胎的氣(qi)(qi)壓，利用(yong)無線(xian)發射器將壓力(li)(li)信息從輪(lun)胎內部發送到中(zhong)央接(jie)收器模(mo)塊上的系統，然后對各輪(lun)胎氣(qi)(qi)壓數據進行顯示。當(dang)輪(lun)胎氣(qi)(qi)壓太低或漏氣(qi)(qi)時，系統會自動報警。

? 間接式胎壓監測裝置

間接(jie)式胎(tai)壓(ya)監(jian)測(ce)的(de)工作原理是：當某個輪胎(tai)氣壓(ya)降低時，車輛的(de)重(zhong)量會(hui)使該輪的(de)滾動(dong)半(ban)徑將變小，導致其(qi)轉(zhuan)速比其(qi)他(ta)車輪快，這樣就可通過比較輪胎(tai)之(zhi)間的(de)轉(zhuan)速差，達(da)到監(jian)視胎(tai)壓(ya)的(de)目的(de)。間接(jie)式輪胎(tai)報(bao)警系(xi)統實際上是依靠計(ji)算(suan)輪胎(tai)滾動(dong)半(ban)徑來對氣壓(ya)進行監(jian)測(ce)。

胎壓監測儀設計方案(an)

基于ACM32F070的(de)(de)胎(tai)壓(ya)監測(ce)儀是一(yi)種(zhong)智能化的(de)(de)汽車安全裝置，它可以(yi)實(shi)時監測(ce)汽車輪(lun)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微控(kong)制器作(zuo)為核心控(kong)制芯片，結(jie)合壓(ya)力傳感器、無線通信(xin)模(mo)塊等外(wai)圍設(she)備，實(shi)現(xian)對輪(lun)胎(tai)胎(tai)壓(ya)的(de)(de)實(shi)時監測(ce)和數據傳輸(shu)。

方案特點

1.高精度(du)：采用高精度(du)的壓(ya)力傳感器，可以(yi)實(shi)時監測輪胎的胎壓(ya)，精度(du)高達(da)0.1PSI。

2.智能(neng)化：監(jian)測(ce)儀配有智能(neng)化的處(chu)理器(qi)，可以(yi)自(zi)動識(shi)別胎壓異常情況，并(bing)發出(chu)警報提(ti)示(shi)駕駛員。

3.低(di)(di)功(gong)耗：采用(yong)ACM32F070微控制器，功(gong)耗低(di)(di)、性能穩定，可以保證長時間的使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)。

4.無線傳輸：采用無線通信模塊(kuai)，可(ke)以將監測數據實(shi)時地傳輸到手機APP上，方便用戶隨時了解輪胎(tai)胎(tai)壓情況。

5.易(yi)于安(an)裝(zhuang)：壓力傳感(gan)器(qi)小巧(qiao)輕便，可以(yi)簡單安(an)裝(zhuang)在(zai)輪胎上，不影響汽車的正(zheng)常行駛(shi)。

應用場景

該方案的(de)應用場(chang)景主要(yao)包(bao)括汽(qi)車(che)(che)(che)制造(zao)商(shang)、汽(qi)車(che)(che)(che)維(wei)(wei)修(xiu)廠、汽(qi)車(che)(che)(che)配件(jian)(jian)市場(chang)等。對于汽(qi)車(che)(che)(che)制造(zao)商(shang)來(lai)說(shuo)，可以將胎壓(ya)監(jian)測儀作為標(biao)配，提高汽(qi)車(che)(che)(che)的(de)安(an)全性和(he)(he)競爭力；對于汽(qi)車(che)(che)(che)維(wei)(wei)修(xiu)廠和(he)(he)汽(qi)車(che)(che)(che)配件(jian)(jian)市場(chang)來(lai)說(shuo)，可以提供(gong)相應的(de)安(an)裝和(he)(he)售后服務，為用戶提供(gong)更(geng)好的(de)購(gou)買體驗。

方案介紹

本文描述的(de)(de)胎壓(ya)監測儀方案，利(li)用直接式(shi)胎壓(ya)測量原理，且基于(yu)上海(hai)航芯(xin)ACM32F070系列(lie)的(de)(de)MCU進行設計，ACM32F0X0 系列(lie)是一(yi)款(kuan)支(zhi)持多種低(di)功耗模(mo)式(shi)的(de)(de)通(tong)用 MCU。集成12位 1.6Msps 高(gao)(gao)精度 ADC 以及比較器(qi)、運(yun)放、觸控按鍵控制(zhi)器(qi)、段式(shi) LCD 控制(zhi)器(qi)，內置高(gao)(gao)性(xing)能定時器(qi)、多路 UART、LPUART、SPI、I2C、CAN等(deng)豐富的(de)(de)通(tong)訊外設，內建 AES、TRNG 等(deng)信(xin)息(xi)安全模(mo)塊，支(zhi)持多種低(di)功耗模(mo)式(shi)，具有高(gao)(gao)整合度、高(gao)(gao)抗干擾、高(gao)(gao)可靠性(xing)的(de)(de)特點。

整體(ti)的方(fang)案框圖(tu)如下所示(shi)：

硬件方案：

胎壓(ya)檢測儀部分主要(yao)分為(wei)采集(ji)(ji)發(fa)(fa)射(she)終端(duan)和(he)接收(shou)顯(xian)示(shi)(shi)(shi)硬(ying)件(jian)終端(duan)，采集(ji)(ji)發(fa)(fa)射(she)終端(duan)由傳感器(qi)(qi)模(mo)塊(kuai)、RF發(fa)(fa)射(she)模(mo)塊(kuai)、鋰電(dian)(dian)(dian)池供電(dian)(dian)(dian)模(mo)塊(kuai)等構(gou)(gou)成，接收(shou)顯(xian)示(shi)(shi)(shi)硬(ying)件(jian)終端(duan)由ACM32F070主控(kong)芯片、LCD顯(xian)示(shi)(shi)(shi)屏、RF接收(shou)模(mo)塊(kuai)、CAN等模(mo)塊(kuai)構(gou)(gou)成。其中，傳感器(qi)(qi)模(mo)塊(kuai)負(fu)責胎壓(ya)的(de)數(shu)(shu)據(ju)采集(ji)(ji)，CAN模(mo)塊(kuai)負(fu)責采集(ji)(ji)數(shu)(shu)據(ju)，ACM32F070主控(kong)負(fu)責數(shu)(shu)據(ju)信號的(de)處理轉(zhuan)換，外(wai)設(she)模(mo)塊(kuai)由LCD顯(xian)示(shi)(shi)(shi)屏和(he)按鍵組成，負(fu)責數(shu)(shu)據(ju)顯(xian)示(shi)(shi)(shi)及輪胎匹配，電(dian)(dian)(dian)源采用(yong)鋰電(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)保護(hu)電(dian)(dian)(dian)路。

接(jie)(jie)收顯(xian)(xian)示(shi)終端(duan)要求穩定性(xing)好、性(xing)價比與實(shi)時性(xing)高，考慮到(dao)該終端(duan)完成的功(gong)能較多，本方案(an)采(cai)用(yong)ACM32F070，專為高性(xing)能、低成本及低功(gong)耗的嵌入式應用(yong)設計，可廣泛應用(yong)在汽車主(zhu)動安(an)全監控(kong)領域。接(jie)(jie)收顯(xian)(xian)示(shi)終端(duan)采(cai)用(yong)LCD顯(xian)(xian)示(shi)屏(ping)和蜂鳴器的主(zhu)要目的是為了實(shi)時顯(xian)(xian)示(shi)汽車行(xing)駛過程中4個輪胎的胎壓信息，若胎壓低于標準值等異(yi)常情(qing)況發(fa)生(sheng)，則(ze)通過蜂鳴器進行(xing)報警提(ti)示(shi)。  

電源設計為鋰(li)電池供電，主要完成單節(jie)鋰(li)電池從3.7V到3.3V的穩壓(ya)，電源穩壓(ya)電路原理圖如下所示：

軟(ruan)件方案：

本系(xi)統軟(ruan)(ruan)件包(bao)括胎(tai)壓(ya)采(cai)集(ji)(ji)軟(ruan)(ruan)件和無(wu)(wu)線(xian)(xian)接(jie)收(shou)顯示(shi)(shi)(shi)軟(ruan)(ruan)件。采(cai)集(ji)(ji)發射軟(ruan)(ruan)件運行于(yu)采(cai)集(ji)(ji)發射終(zhong)端(duan)，該(gai)終(zhong)端(duan)安放(fang)于(yu)汽車4個(ge)輪胎(tai)處；無(wu)(wu)線(xian)(xian)顯示(shi)(shi)(shi)接(jie)收(shou)軟(ruan)(ruan)件運行于(yu)顯示(shi)(shi)(shi)接(jie)收(shou)終(zhong)端(duan)，該(gai)終(zhong)端(duan)安放(fang)于(yu)駕(jia)駛室內部。胎(tai)壓(ya)采(cai)集(ji)(ji)發射軟(ruan)(ruan)件主要(yao)包(bao)括系(xi)統初始(shi)化模(mo)塊(kuai)、汽車胎(tai)壓(ya)采(cai)集(ji)(ji)模(mo)塊(kuai)、無(wu)(wu)線(xian)(xian)發射模(mo)塊(kuai)等；無(wu)(wu)線(xian)(xian)接(jie)收(shou)顯示(shi)(shi)(shi)軟(ruan)(ruan)件主要(yao)包(bao)括初始(shi)化模(mo)塊(kuai)、RF接(jie)收(shou)模(mo)塊(kuai)，LCD顯示(shi)(shi)(shi)模(mo)塊(kuai)和蜂鳴(ming)器報警模(mo)塊(kuai)等，其軟(ruan)(ruan)件流程圖如下：

結語(yu)

本文設計了一款(kuan)基于 ACM32F070 單片機的胎(tai)(tai)壓(ya)監測(ce)儀，該(gai)胎(tai)(tai)壓(ya)監測(ce)儀能(neng)夠(gou)準(zhun)確監測(ce)輪(lun)胎(tai)(tai)氣壓(ya)，具有(you)很好的可靠(kao)性(xing)，且胎(tai)(tai)壓(ya)監測(ce)儀能(neng)夠(gou)快速準(zhun)確的測(ce)量輪(lun)胎(tai)(tai)胎(tai)(tai)壓(ya)，保證(zheng)汽(qi)車(che)安全(quan)行駛。此外還支持(chi)LCD顯示數據輸出，方便用戶查看(kan)數據，通(tong)(tong)用性(xing)強(qiang)。目(mu)前，該(gai)胎(tai)(tai)壓(ya)監測(ce)儀已經在國內某知名(ming)車(che)載(zai)公司量產。本系統可以應用于智能(neng)交(jiao)通(tong)(tong)解決方案，保證(zheng)車(che)輛行車(che)安全(quan)。