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提高駕駛安全性 | 基于ACM32 MCU的胎壓監(jiān)測(cè)儀方案


概述


作為車輛的基礎(chǔ)部件,輪胎是影響行車安全不可忽視的因素之一。據(jù)統(tǒng)計(jì),中國(guó)每年由胎壓?jiǎn)栴}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(zhǔn)確實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)車輛在行駛過(guò)程中的輪胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng),采用直接測(cè)量方式,能夠滿足頻繁換胎的需要,匹配方便。


胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可分為兩種:一種是間接式胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng),是通過(guò)輪胎的轉(zhuǎn)速差來(lái)判斷輪胎是否異常;另一種是直接式胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng),通過(guò)在輪胎里面加裝四個(gè)胎壓監(jiān)測(cè)傳感器,在汽車靜止或者行駛過(guò)程中對(duì)輪胎氣壓和溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè),并對(duì)輪胎高壓、低壓、高溫進(jìn)行及時(shí)報(bào)警,避免因輪胎故障引發(fā)的交通事故,以確保行車安全。


? 直接式胎壓監(jiān)測(cè)


直接安裝在四個(gè)輪胎上,直接測(cè)量輪胎的氣壓,能夠顯示每個(gè)輪胎的氣壓數(shù)值,出現(xiàn)異常時(shí)能夠直接報(bào)警,是現(xiàn)在安裝最多的一種方式。


? 間接式胎壓監(jiān)測(cè)


需要同ABS(制動(dòng)防抱死系統(tǒng),與TPMS、安全氣囊形成汽車三大安全系統(tǒng))一起運(yùn)行。運(yùn)行原理是其中某個(gè)輪胎氣壓下降,車輛重量會(huì)讓這個(gè)輪胎半徑變小,轉(zhuǎn)速也就加快了。通過(guò)相對(duì)性來(lái)檢測(cè)輪胎的好壞,具有一定局限性。


胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理


? 直接式胎壓監(jiān)測(cè)裝置


直接式胎壓監(jiān)測(cè)裝置是利用安裝在每一個(gè)輪胎里的壓力傳感器來(lái)直接測(cè)量輪胎的氣壓,利用無(wú)線發(fā)射器將壓力信息從輪胎內(nèi)部發(fā)送到中央接收器模塊上的系統(tǒng),然后對(duì)各輪胎氣壓數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。當(dāng)輪胎氣壓太低或漏氣時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警。


? 間接式胎壓監(jiān)測(cè)裝置


間接式胎壓監(jiān)測(cè)的工作原理是:當(dāng)某個(gè)輪胎氣壓降低時(shí),車輛的重量會(huì)使該輪的滾動(dòng)半徑將變小,導(dǎo)致其轉(zhuǎn)速比其他車輪快,這樣就可通過(guò)比較輪胎之間的轉(zhuǎn)速差,達(dá)到監(jiān)視胎壓的目的。間接式輪胎報(bào)警系統(tǒng)實(shí)際上是依靠計(jì)算輪胎滾動(dòng)半徑來(lái)對(duì)氣壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)。


胎壓監(jiān)測(cè)儀設(shè)計(jì)方案


基于ACM32F070的胎壓監(jiān)測(cè)儀是一種智能化的汽車安全裝置,它可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)汽車輪胎的胎壓,提高駕駛安全性,降低事故風(fēng)險(xiǎn)。該方案采用ACM32F070微控制器作為核心控制芯片,結(jié)合壓力傳感器、無(wú)線通信模塊等外圍設(shè)備,實(shí)現(xiàn)對(duì)輪胎胎壓的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)傳輸。


方案特點(diǎn)


1.高精度:采用高精度的壓力傳感器,可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輪胎的胎壓,精度高達(dá)0.1PSI。


2.智能化:監(jiān)測(cè)儀配有智能化的處理器,可以自動(dòng)識(shí)別胎壓異常情況,并發(fā)出警報(bào)提示駕駛員。


3.低功耗:采用ACM32F070微控制器,功耗低、性能穩(wěn)定,可以保證長(zhǎng)時(shí)間的使用壽命。


4.無(wú)線傳輸:采用無(wú)線通信模塊,可以將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地傳輸?shù)绞謾C(jī)APP上,方便用戶隨時(shí)了解輪胎胎壓情況。


5.易于安裝:壓力傳感器小巧輕便,可以簡(jiǎn)單安裝在輪胎上,不影響汽車的正常行駛。


應(yīng)用場(chǎng)景


該方案的應(yīng)用場(chǎng)景主要包括汽車制造商、汽車維修廠、汽車配件市場(chǎng)等。對(duì)于汽車制造商來(lái)說(shuō),可以將胎壓監(jiān)測(cè)儀作為標(biāo)配,提高汽車的安全性和競(jìng)爭(zhēng)力;對(duì)于汽車維修廠和汽車配件市場(chǎng)來(lái)說(shuō),可以提供相應(yīng)的安裝和售后服務(wù),為用戶提供更好的購(gòu)買體驗(yàn)。


方案介紹


本文描述的胎壓監(jiān)測(cè)儀方案,利用直接式胎壓測(cè)量原理,且基于上海航芯ACM32F070系列的MCU進(jìn)行設(shè)計(jì),ACM32F0X0 系列是一款支持多種低功耗模式的通用 MCU。集成12位 1.6Msps 高精度 ADC 以及比較器、運(yùn)放、觸控按鍵控制器、段式 LCD 控制器,內(nèi)置高性能定時(shí)器、多路 UART、LPUART、SPI、I2C、CAN等豐富的通訊外設(shè),內(nèi)建 AES、TRNG 等信息安全模塊,支持多種低功耗模式,具有高整合度、高抗干擾、高可靠性的特點(diǎn)。


整體的方案框圖如下所示:




硬件方案:


胎壓檢測(cè)儀部分主要分為采集發(fā)射終端和接收顯示硬件終端,采集發(fā)射終端由傳感器模塊、RF發(fā)射模塊、鋰電池供電模塊等構(gòu)成,接收顯示硬件終端由ACM32F070主控芯片、LCD顯示屏、RF接收模塊、CAN等模塊構(gòu)成。其中,傳感器模塊負(fù)責(zé)胎壓的數(shù)據(jù)采集,CAN模塊負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù),ACM32F070主控負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)信號(hào)的處理轉(zhuǎn)換,外設(shè)模塊由LCD顯示屏和按鍵組成,負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)顯示及輪胎匹配,電源采用鋰電池供電,需要考慮充電電路和保護(hù)電路。


接收顯示終端要求穩(wěn)定性好、性價(jià)比與實(shí)時(shí)性高,考慮到該終端完成的功能較多,本方案采用ACM32F070,專為高性能、低成本及低功耗的嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì),可廣泛應(yīng)用在汽車主動(dòng)安全監(jiān)控領(lǐng)域。接收顯示終端采用LCD顯示屏和蜂鳴器的主要目的是為了實(shí)時(shí)顯示汽車行駛過(guò)程中4個(gè)輪胎的胎壓信息,若胎壓低于標(biāo)準(zhǔn)值等異常情況發(fā)生,則通過(guò)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警提示。  

 

電源設(shè)計(jì)為鋰電池供電,主要完成單節(jié)鋰電池從3.7V到3.3V的穩(wěn)壓,電源穩(wěn)壓電路原理圖如下所示:




軟件方案:


本系統(tǒng)軟件包括胎壓采集軟件和無(wú)線接收顯示軟件。采集發(fā)射軟件運(yùn)行于采集發(fā)射終端,該終端安放于汽車4個(gè)輪胎處;無(wú)線顯示接收軟件運(yùn)行于顯示接收終端,該終端安放于駕駛室內(nèi)部。胎壓采集發(fā)射軟件主要包括系統(tǒng)初始化模塊、汽車胎壓采集模塊、無(wú)線發(fā)射模塊等;無(wú)線接收顯示軟件主要包括初始化模塊、RF接收模塊,LCD顯示模塊和蜂鳴器報(bào)警模塊等,其軟件流程圖如下:




結(jié)語(yǔ)


本文設(shè)計(jì)了一款基于 ACM32F070 單片機(jī)的胎壓監(jiān)測(cè)儀,該胎壓監(jiān)測(cè)儀能夠準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)輪胎氣壓,具有很好的可靠性,且胎壓監(jiān)測(cè)儀能夠快速準(zhǔn)確的測(cè)量輪胎胎壓,保證汽車安全行駛。此外還支持LCD顯示數(shù)據(jù)輸出,方便用戶查看數(shù)據(jù),通用性強(qiáng)。目前,該胎壓監(jiān)測(cè)儀已經(jīng)在國(guó)內(nèi)某知名車載公司量產(chǎn)。本系統(tǒng)可以應(yīng)用于智能交通解決方案,保證車輛行車安全。



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