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提高駕駛安(an)全性 | 基于ACM32 MCU的胎壓監測儀方(fang)案

概(gai)述(shu)

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)監(jian)測(ce)(ce)系(xi)統(tong)可分為兩種(zhong)：一(yi)種(zhong)是間接(jie)式胎(tai)(tai)壓(ya)(ya)監(jian)測(ce)(ce)系(xi)統(tong)，是通(tong)過(guo)輪(lun)胎(tai)(tai)的轉速差(cha)來判(pan)斷輪(lun)胎(tai)(tai)是否(fou)異常；另一(yi)種(zhong)是直接(jie)式胎(tai)(tai)壓(ya)(ya)監(jian)測(ce)(ce)系(xi)統(tong)，通(tong)過(guo)在(zai)輪(lun)胎(tai)(tai)里(li)面加裝(zhuang)四個(ge)胎(tai)(tai)壓(ya)(ya)監(jian)測(ce)(ce)傳感器(qi)，在(zai)汽車(che)靜止或者行(xing)(xing)駛過(guo)程中對(dui)輪(lun)胎(tai)(tai)氣(qi)壓(ya)(ya)和溫度進行(xing)(xing)實(shi)時(shi)自動(dong)監(jian)測(ce)(ce)，并對(dui)輪(lun)胎(tai)(tai)高壓(ya)(ya)、低壓(ya)(ya)、高溫進行(xing)(xing)及(ji)時(shi)報(bao)警，避免因輪(lun)胎(tai)(tai)故障(zhang)引(yin)發(fa)的交通(tong)事故，以確保行(xing)(xing)車(che)安全。

? 直接式胎壓監測

直接安裝在(zai)四個輪胎(tai)上(shang)，直接測(ce)量輪胎(tai)的氣(qi)壓，能(neng)(neng)夠(gou)(gou)顯示每個輪胎(tai)的氣(qi)壓數值(zhi)，出現(xian)異常時(shi)能(neng)(neng)夠(gou)(gou)直接報警，是(shi)現(xian)在(zai)安裝最(zui)多的一種(zhong)方式(shi)。

? 間接式胎壓(ya)監測(ce)

需要(yao)同ABS（制(zhi)動防抱死(si)系統，與TPMS、安(an)全(quan)氣囊(nang)形成汽車三(san)大安(an)全(quan)系統）一起(qi)運(yun)行(xing)。運(yun)行(xing)原理是其中某個(ge)輪胎氣壓下降，車輛重量會讓這個(ge)輪胎半徑(jing)變(bian)小，轉速(su)也(ye)就(jiu)加快了。通過(guo)相對性來檢測輪胎的好壞(huai)，具有一定局限性。

胎壓監測系統原理

? 直(zhi)接(jie)式胎(tai)壓(ya)監測裝(zhuang)置

直(zhi)接式胎(tai)壓(ya)(ya)(ya)監(jian)測裝置是利用安裝在每一個輪(lun)胎(tai)里的(de)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)傳感器來直(zhi)接測量輪(lun)胎(tai)的(de)氣(qi)壓(ya)(ya)(ya)，利用無線發(fa)射器將壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)信息從輪(lun)胎(tai)內部發(fa)送到中央接收(shou)器模塊上的(de)系統，然后(hou)對各(ge)輪(lun)胎(tai)氣(qi)壓(ya)(ya)(ya)數據(ju)進行(xing)顯示。當輪(lun)胎(tai)氣(qi)壓(ya)(ya)(ya)太低或漏氣(qi)時(shi)，系統會自動報警。

? 間(jian)接式胎壓監測(ce)裝置

間(jian)(jian)接式(shi)胎壓(ya)監(jian)測的(de)(de)(de)工作(zuo)原理是：當某個(ge)輪(lun)(lun)(lun)胎氣(qi)壓(ya)降(jiang)低時，車輛的(de)(de)(de)重量(liang)會(hui)使該輪(lun)(lun)(lun)的(de)(de)(de)滾動半(ban)徑將變(bian)小(xiao)，導致其轉速比其他車輪(lun)(lun)(lun)快，這樣就可通過比較輪(lun)(lun)(lun)胎之間(jian)(jian)的(de)(de)(de)轉速差，達到監(jian)視胎壓(ya)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)。間(jian)(jian)接式(shi)輪(lun)(lun)(lun)胎報(bao)警系統實際上(shang)是依靠(kao)計算(suan)輪(lun)(lun)(lun)胎滾動半(ban)徑來對氣(qi)壓(ya)進行監(jian)測。

胎壓監測儀設計方案(an)

基于(yu)ACM32F070的(de)胎(tai)(tai)壓(ya)監(jian)測(ce)儀是(shi)一(yi)種智能化的(de)汽車安全裝置(zhi)，它可以實(shi)時監(jian)測(ce)汽車輪(lun)胎(tai)(tai)的(de)胎(tai)(tai)壓(ya)，提高(gao)駕駛安全性，降低事故風險(xian)。該方案(an)采用ACM32F070微(wei)(wei)控(kong)制(zhi)(zhi)器作為(wei)核心控(kong)制(zhi)(zhi)芯片，結合壓(ya)力傳(chuan)感器、無線通信模塊(kuai)等外圍設(she)備(bei)，實(shi)現對(dui)輪(lun)胎(tai)(tai)胎(tai)(tai)壓(ya)的(de)實(shi)時監(jian)測(ce)和數據(ju)傳(chuan)輸。

方(fang)案(an)特點(dian)

1.高精度：采用高精度的壓(ya)力傳感器(qi)，可以實時(shi)監測輪胎的胎壓(ya)，精度高達0.1PSI。

2.智能化(hua)：監(jian)測儀配有(you)智能化(hua)的(de)處理器，可以(yi)自(zi)動識別(bie)胎壓異常情(qing)況，并發(fa)出警報提示駕駛員(yuan)。

3.低(di)功(gong)耗：采用ACM32F070微控制器，功(gong)耗低(di)、性(xing)能穩(wen)定，可以保(bao)證(zheng)長時間的使用壽命(ming)。

4.無線(xian)傳輸：采用(yong)無線(xian)通信模塊(kuai)，可以將監測數據實時地傳輸到手機APP上，方(fang)便用(yong)戶隨(sui)時了解輪(lun)胎(tai)胎(tai)壓情況。

5.易于安裝：壓(ya)力傳(chuan)感器小巧(qiao)輕便，可以簡(jian)單安裝在輪(lun)胎上，不影響汽車(che)的正常行駛。

應用(yong)場景

該(gai)方案的(de)(de)應用場(chang)(chang)景主要包括汽(qi)(qi)車制(zhi)造商、汽(qi)(qi)車維修廠、汽(qi)(qi)車配(pei)件(jian)市(shi)場(chang)(chang)等(deng)。對于汽(qi)(qi)車制(zhi)造商來說(shuo)，可以將胎壓監測儀作(zuo)為標配(pei)，提高(gao)汽(qi)(qi)車的(de)(de)安(an)全性和(he)競爭力；對于汽(qi)(qi)車維修廠和(he)汽(qi)(qi)車配(pei)件(jian)市(shi)場(chang)(chang)來說(shuo)，可以提供相應的(de)(de)安(an)裝和(he)售后服務，為用戶提供更好的(de)(de)購買體驗。

方案介紹(shao)

本(ben)文描述的(de)(de)(de)胎壓監測儀方案(an)，利用直接(jie)式(shi)胎壓測量原理(li)，且基于上海航芯ACM32F070系列(lie)的(de)(de)(de)MCU進行設(she)(she)計(ji)，ACM32F0X0 系列(lie)是一款(kuan)支持(chi)多(duo)(duo)種低(di)(di)功(gong)耗模式(shi)的(de)(de)(de)通用 MCU。集成12位 1.6Msps 高(gao)精(jing)度(du) ADC 以及比較器、運放、觸(chu)控按鍵控制器、段式(shi) LCD 控制器，內置高(gao)性(xing)能定時器、多(duo)(duo)路(lu) UART、LPUART、SPI、I2C、CAN等豐(feng)富的(de)(de)(de)通訊外設(she)(she)，內建 AES、TRNG 等信息安全模塊，支持(chi)多(duo)(duo)種低(di)(di)功(gong)耗模式(shi)，具(ju)有高(gao)整合度(du)、高(gao)抗干擾、高(gao)可靠性(xing)的(de)(de)(de)特點。

整體的(de)方案框圖如下(xia)所示(shi)：

硬件方案：

胎(tai)壓檢測儀部分主(zhu)要分為采(cai)集發(fa)射終(zhong)(zhong)端(duan)和(he)接(jie)收顯(xian)(xian)示(shi)硬件(jian)終(zhong)(zhong)端(duan)，采(cai)集發(fa)射終(zhong)(zhong)端(duan)由傳感器模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)、RF發(fa)射模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)、鋰(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)供電(dian)(dian)(dian)模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)等構(gou)成，接(jie)收顯(xian)(xian)示(shi)硬件(jian)終(zhong)(zhong)端(duan)由ACM32F070主(zhu)控(kong)芯(xin)片、LCD顯(xian)(xian)示(shi)屏、RF接(jie)收模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)、CAN等模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)構(gou)成。其中(zhong)，傳感器模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)負(fu)責(ze)胎(tai)壓的數(shu)(shu)據(ju)采(cai)集，CAN模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)負(fu)責(ze)采(cai)集數(shu)(shu)據(ju)，ACM32F070主(zhu)控(kong)負(fu)責(ze)數(shu)(shu)據(ju)信號的處理轉(zhuan)換，外設(she)模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)由LCD顯(xian)(xian)示(shi)屏和(he)按(an)鍵組成，負(fu)責(ze)數(shu)(shu)據(ju)顯(xian)(xian)示(shi)及(ji)輪胎(tai)匹配，電(dian)(dian)(dian)源采(cai)用鋰(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)供電(dian)(dian)(dian)，需要考慮充電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)路(lu)和(he)保護電(dian)(dian)(dian)路(lu)。

接(jie)收(shou)顯示(shi)終端要(yao)求穩定性好(hao)、性價比與實時性高(gao)，考慮到(dao)該(gai)終端完成的功(gong)能較(jiao)多(duo)，本(ben)方案采用ACM32F070，專為高(gao)性能、低(di)成本(ben)及低(di)功(gong)耗的嵌入式應(ying)用設計，可廣泛應(ying)用在汽車主動(dong)安全監控(kong)領(ling)域(yu)。接(jie)收(shou)顯示(shi)終端采用LCD顯示(shi)屏和(he)蜂鳴器的主要(yao)目的是為了實時顯示(shi)汽車行駛過程(cheng)中4個輪胎的胎壓信息，若胎壓低(di)于標準值等(deng)異常情況發(fa)生，則通(tong)過蜂鳴器進(jin)行報(bao)警提(ti)示(shi)。  

電源設(she)計(ji)為鋰(li)電池供(gong)電，主要(yao)完(wan)成單(dan)節鋰(li)電池從3.7V到(dao)3.3V的穩壓，電源穩壓電路原理(li)圖如下(xia)所(suo)示：

軟件方案：

本系(xi)統(tong)軟(ruan)件(jian)(jian)包(bao)括胎壓采(cai)集(ji)(ji)軟(ruan)件(jian)(jian)和(he)無線接(jie)收顯示(shi)軟(ruan)件(jian)(jian)。采(cai)集(ji)(ji)發射軟(ruan)件(jian)(jian)運(yun)行于采(cai)集(ji)(ji)發射終(zhong)端(duan)，該終(zhong)端(duan)安放于汽(qi)車4個輪胎處(chu)；無線顯示(shi)接(jie)收軟(ruan)件(jian)(jian)運(yun)行于顯示(shi)接(jie)收終(zhong)端(duan)，該終(zhong)端(duan)安放于駕駛室內部。胎壓采(cai)集(ji)(ji)發射軟(ruan)件(jian)(jian)主要包(bao)括系(xi)統(tong)初(chu)始(shi)(shi)化(hua)模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)、汽(qi)車胎壓采(cai)集(ji)(ji)模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)、無線發射模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)等；無線接(jie)收顯示(shi)軟(ruan)件(jian)(jian)主要包(bao)括初(chu)始(shi)(shi)化(hua)模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)、RF接(jie)收模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)，LCD顯示(shi)模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)和(he)蜂鳴(ming)器報警(jing)模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)等，其軟(ruan)件(jian)(jian)流程圖(tu)如下(xia)：

結語

本文設計(ji)了一款(kuan)基于 ACM32F070 單片機的(de)(de)胎(tai)(tai)壓監(jian)測儀，該胎(tai)(tai)壓監(jian)測儀能(neng)(neng)夠(gou)準確(que)監(jian)測輪胎(tai)(tai)氣壓，具有很好(hao)的(de)(de)可靠(kao)性，且(qie)胎(tai)(tai)壓監(jian)測儀能(neng)(neng)夠(gou)快速準確(que)的(de)(de)測量輪胎(tai)(tai)胎(tai)(tai)壓，保證(zheng)汽車安全行駛。此外還(huan)支持LCD顯示數(shu)據(ju)輸出，方(fang)(fang)便用戶查看數(shu)據(ju)，通用性強。目(mu)前，該胎(tai)(tai)壓監(jian)測儀已經在國內某知名車載公司量產。本系統可以應用于智能(neng)(neng)交通解決方(fang)(fang)案，保證(zheng)車輛行車安全。