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提高駕駛安全性 | 基于ACM32 MCU的(de)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)(tai)壓(ya)監測(ce)系(xi)統(tong)(tong)可分為兩種：一種是(shi)間接(jie)(jie)式胎(tai)(tai)壓(ya)監測(ce)系(xi)統(tong)(tong)，是(shi)通過(guo)輪(lun)胎(tai)(tai)的轉速差來判斷(duan)輪(lun)胎(tai)(tai)是(shi)否(fou)異常；另一種是(shi)直(zhi)接(jie)(jie)式胎(tai)(tai)壓(ya)監測(ce)系(xi)統(tong)(tong)，通過(guo)在輪(lun)胎(tai)(tai)里面(mian)加裝(zhuang)四個胎(tai)(tai)壓(ya)監測(ce)傳感器，在汽車靜(jing)止或者(zhe)行(xing)(xing)駛(shi)過(guo)程(cheng)中(zhong)對(dui)(dui)輪(lun)胎(tai)(tai)氣壓(ya)和溫度進(jin)行(xing)(xing)實時自動(dong)監測(ce)，并對(dui)(dui)輪(lun)胎(tai)(tai)高壓(ya)、低壓(ya)、高溫進(jin)行(xing)(xing)及時報警，避免因輪(lun)胎(tai)(tai)故(gu)障引發(fa)的交通事故(gu)，以(yi)確保行(xing)(xing)車安全。
? 直接式胎壓監(jian)測(ce)
直接安(an)裝在四個(ge)輪(lun)胎上，直接測量輪(lun)胎的(de)(de)氣(qi)壓(ya)，能夠顯示每(mei)個(ge)輪(lun)胎的(de)(de)氣(qi)壓(ya)數(shu)值，出現異常時能夠直接報警，是現在安(an)裝最(zui)多的(de)(de)一種方(fang)式。
? 間接式(shi)胎壓監(jian)測
需要同ABS（制動防抱(bao)死系統，與TPMS、安全氣囊形成汽車三大(da)安全系統）一起運行(xing)。運行(xing)原理是(shi)其(qi)中某個(ge)輪胎(tai)氣壓下降，車輛重量(liang)會讓這個(ge)輪胎(tai)半徑變小，轉(zhuan)速也就加(jia)快了(le)。通過(guo)相對性(xing)來檢測(ce)輪胎(tai)的好(hao)壞，具有一定局限性(xing)。
胎壓監測(ce)系統原理
? 直接式胎壓監測(ce)裝置(zhi)
直(zhi)(zhi)接(jie)(jie)式(shi)胎(tai)(tai)壓(ya)監(jian)測裝(zhuang)置(zhi)是利用(yong)安裝(zhuang)在每(mei)一(yi)個輪(lun)胎(tai)(tai)里的壓(ya)力(li)傳感器來直(zhi)(zhi)接(jie)(jie)測量輪(lun)胎(tai)(tai)的氣壓(ya)，利用(yong)無線發射器將壓(ya)力(li)信(xin)息從輪(lun)胎(tai)(tai)內部發送到(dao)中(zhong)央接(jie)(jie)收器模(mo)塊上(shang)的系統(tong)，然后(hou)對各輪(lun)胎(tai)(tai)氣壓(ya)數據進行顯示。當(dang)輪(lun)胎(tai)(tai)氣壓(ya)太低或漏氣時(shi)，系統(tong)會(hui)自動(dong)報警。
? 間接式胎壓(ya)監測裝(zhuang)置(zhi)
間接(jie)式胎(tai)壓(ya)(ya)監測的(de)工作原理(li)是：當某個(ge)輪(lun)(lun)胎(tai)氣(qi)壓(ya)(ya)降低時，車輛的(de)重量會(hui)使該輪(lun)(lun)的(de)滾(gun)動半徑(jing)將變小，導致(zhi)其轉(zhuan)速比(bi)其他車輪(lun)(lun)快(kuai)，這樣就可通(tong)過(guo)比(bi)較輪(lun)(lun)胎(tai)之間的(de)轉(zhuan)速差(cha)，達到(dao)監視胎(tai)壓(ya)(ya)的(de)目的(de)。間接(jie)式輪(lun)(lun)胎(tai)報警系(xi)統實際上是依靠計算輪(lun)(lun)胎(tai)滾(gun)動半徑(jing)來對氣(qi)壓(ya)(ya)進行(xing)監測。
胎壓監(jian)測儀設計方案
基于ACM32F070的胎(tai)壓(ya)監測(ce)(ce)儀是一(yi)種智能化的汽(qi)車安全裝置，它(ta)可以實(shi)時(shi)監測(ce)(ce)汽(qi)車輪(lun)胎(tai)的胎(tai)壓(ya)，提高(gao)駕(jia)駛安全性，降低事故風(feng)險。該方(fang)案采用ACM32F070微(wei)控(kong)制器作為核(he)心(xin)控(kong)制芯片，結(jie)合壓(ya)力(li)傳感(gan)器、無線通(tong)信模塊等(deng)外圍(wei)設備，實(shi)現(xian)對輪(lun)胎(tai)胎(tai)壓(ya)的實(shi)時(shi)監測(ce)(ce)和(he)數據傳輸(shu)。
方案特(te)點
1.高(gao)精(jing)度(du)：采用高(gao)精(jing)度(du)的壓(ya)(ya)力傳感器(qi)，可以實(shi)時監測輪胎的胎壓(ya)(ya)，精(jing)度(du)高(gao)達(da)0.1PSI。
2.智能化：監測儀配有智能化的處(chu)理器，可(ke)以自動(dong)識別胎(tai)壓異常(chang)情況，并發出警報提(ti)示駕駛(shi)員。
3.低功耗：采用ACM32F070微控(kong)制器，功耗低、性能穩(wen)定，可以(yi)保(bao)證長(chang)時間的使用壽命。
4.無(wu)線(xian)傳輸：采用無(wu)線(xian)通信(xin)模(mo)塊，可(ke)以將監測數據實時地傳輸到手機APP上，方便用戶隨時了解輪(lun)胎胎壓(ya)情況(kuang)。
5.易于安(an)裝：壓(ya)力(li)傳感器小巧輕便(bian)，可以(yi)簡單安(an)裝在輪胎上，不影響(xiang)汽車的正(zheng)常行駛。
應用場景(jing)
該方案的(de)應(ying)用(yong)場景主要包括汽(qi)車(che)制造(zao)商、汽(qi)車(che)維修廠(chang)、汽(qi)車(che)配件市(shi)(shi)場等(deng)。對于汽(qi)車(che)制造(zao)商來(lai)說，可以(yi)將胎壓監測儀作為標配，提高汽(qi)車(che)的(de)安全(quan)性和競爭(zheng)力；對于汽(qi)車(che)維修廠(chang)和汽(qi)車(che)配件市(shi)(shi)場來(lai)說，可以(yi)提供相應(ying)的(de)安裝(zhuang)和售(shou)后服務，為用(yong)戶提供更好的(de)購(gou)買體驗。
方(fang)案介紹
本文描(miao)述的胎壓監測(ce)儀方案，利(li)用直接式(shi)(shi)胎壓測(ce)量原理，且基于(yu)上海(hai)航芯ACM32F070系(xi)列的MCU進行設(she)計，ACM32F0X0 系(xi)列是一款支(zhi)持多(duo)(duo)種低功(gong)耗模(mo)式(shi)(shi)的通(tong)用 MCU。集成(cheng)12位 1.6Msps 高(gao)精度(du) ADC 以及比(bi)較器(qi)、運(yun)放、觸(chu)控按(an)鍵控制器(qi)、段式(shi)(shi) LCD 控制器(qi)，內置高(gao)性(xing)(xing)能定時器(qi)、多(duo)(duo)路 UART、LPUART、SPI、I2C、CAN等豐富的通(tong)訊外設(she)，內建(jian) AES、TRNG 等信息安(an)全模(mo)塊，支(zhi)持多(duo)(duo)種低功(gong)耗模(mo)式(shi)(shi)，具有高(gao)整合度(du)、高(gao)抗干擾、高(gao)可靠(kao)性(xing)(xing)的特(te)點(dian)。
整體的方(fang)案(an)框圖(tu)如(ru)下(xia)所示：
硬(ying)件方(fang)案(an)：
胎壓檢測儀(yi)部分主(zhu)要分為采集(ji)(ji)發射終(zhong)端(duan)和接(jie)收(shou)顯示硬件(jian)(jian)終(zhong)端(duan)，采集(ji)(ji)發射終(zhong)端(duan)由(you)(you)傳感器(qi)模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)、RF發射模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)、鋰電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池供電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)等(deng)構成，接(jie)收(shou)顯示硬件(jian)(jian)終(zhong)端(duan)由(you)(you)ACM32F070主(zhu)控芯(xin)片、LCD顯示屏、RF接(jie)收(shou)模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)、CAN等(deng)模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)構成。其中，傳感器(qi)模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)負(fu)責胎壓的(de)數(shu)(shu)據采集(ji)(ji)，CAN模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)負(fu)責采集(ji)(ji)數(shu)(shu)據，ACM32F070主(zhu)控負(fu)責數(shu)(shu)據信號的(de)處理轉換(huan)，外(wai)設模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)由(you)(you)LCD顯示屏和按(an)鍵組成，負(fu)責數(shu)(shu)據顯示及(ji)輪胎匹配，電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)采用鋰電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池供電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)，需要考慮充電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路和保護(hu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路。
接收顯(xian)示(shi)終(zhong)端要(yao)求(qiu)穩定(ding)性(xing)好、性(xing)價(jia)比與(yu)實時性(xing)高，考慮(lv)到(dao)該終(zhong)端完成(cheng)的(de)功(gong)能較(jiao)多，本(ben)方(fang)案(an)采用ACM32F070，專為高性(xing)能、低成(cheng)本(ben)及低功(gong)耗的(de)嵌入(ru)式(shi)應用設計，可廣泛應用在汽車主動安(an)全(quan)監控領域。接收顯(xian)示(shi)終(zhong)端采用LCD顯(xian)示(shi)屏和蜂(feng)鳴(ming)器(qi)的(de)主要(yao)目的(de)是為了實時顯(xian)示(shi)汽車行(xing)駛過(guo)程中4個輪(lun)胎的(de)胎壓信息(xi)，若胎壓低于標準值等(deng)異常(chang)情(qing)況發生(sheng)，則通過(guo)蜂(feng)鳴(ming)器(qi)進行(xing)報警提(ti)示(shi)。
電(dian)(dian)源(yuan)設計為鋰電(dian)(dian)池供電(dian)(dian)，主要(yao)完成單節鋰電(dian)(dian)池從3.7V到(dao)3.3V的穩壓(ya)，電(dian)(dian)源(yuan)穩壓(ya)電(dian)(dian)路原理(li)圖如下所(suo)示：
軟件(jian)方案：
本系統軟(ruan)(ruan)(ruan)件(jian)(jian)(jian)包(bao)(bao)括(kuo)胎(tai)壓采(cai)集(ji)軟(ruan)(ruan)(ruan)件(jian)(jian)(jian)和無(wu)線接(jie)收顯(xian)示(shi)軟(ruan)(ruan)(ruan)件(jian)(jian)(jian)。采(cai)集(ji)發射(she)(she)軟(ruan)(ruan)(ruan)件(jian)(jian)(jian)運(yun)行于采(cai)集(ji)發射(she)(she)終端(duan)，該終端(duan)安(an)放(fang)于汽車4個輪胎(tai)處；無(wu)線顯(xian)示(shi)接(jie)收軟(ruan)(ruan)(ruan)件(jian)(jian)(jian)運(yun)行于顯(xian)示(shi)接(jie)收終端(duan)，該終端(duan)安(an)放(fang)于駕駛室內部。胎(tai)壓采(cai)集(ji)發射(she)(she)軟(ruan)(ruan)(ruan)件(jian)(jian)(jian)主(zhu)要包(bao)(bao)括(kuo)系統初(chu)始化模(mo)(mo)塊(kuai)、汽車胎(tai)壓采(cai)集(ji)模(mo)(mo)塊(kuai)、無(wu)線發射(she)(she)模(mo)(mo)塊(kuai)等；無(wu)線接(jie)收顯(xian)示(shi)軟(ruan)(ruan)(ruan)件(jian)(jian)(jian)主(zhu)要包(bao)(bao)括(kuo)初(chu)始化模(mo)(mo)塊(kuai)、RF接(jie)收模(mo)(mo)塊(kuai)，LCD顯(xian)示(shi)模(mo)(mo)塊(kuai)和蜂鳴(ming)器報警模(mo)(mo)塊(kuai)等，其軟(ruan)(ruan)(ruan)件(jian)(jian)(jian)流程圖如下：
結語
本文(wen)設計了(le)一款(kuan)基于 ACM32F070 單片機的(de)(de)胎(tai)(tai)(tai)壓(ya)(ya)監(jian)(jian)測(ce)儀，該胎(tai)(tai)(tai)壓(ya)(ya)監(jian)(jian)測(ce)儀能(neng)夠準確監(jian)(jian)測(ce)輪(lun)胎(tai)(tai)(tai)氣壓(ya)(ya)，具有很好的(de)(de)可(ke)靠性(xing)，且胎(tai)(tai)(tai)壓(ya)(ya)監(jian)(jian)測(ce)儀能(neng)夠快速準確的(de)(de)測(ce)量(liang)輪(lun)胎(tai)(tai)(tai)胎(tai)(tai)(tai)壓(ya)(ya)，保(bao)證汽車安全行(xing)駛。此外還支持LCD顯(xian)示數據(ju)輸(shu)出(chu)，方便用戶查(cha)看數據(ju)，通用性(xing)強。目前，該胎(tai)(tai)(tai)壓(ya)(ya)監(jian)(jian)測(ce)儀已經在國(guo)內某(mou)知名車載公(gong)司量(liang)產。本系統可(ke)以(yi)應用于智能(neng)交通解決(jue)方案，保(bao)證車輛行(xing)車安全。
