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提高駕駛安全性 | 基于ACM32 MCU的胎壓監(jiān)測儀方案
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(zhǔn)確實(shí)時(shí)地監(jiān)測車輛在行駛過程中的輪胎壓監(jiān)測系統(tǒng)，采用直接測量方式，能夠滿足頻繁換胎的需要，匹配方便。
胎壓監(jiān)測系統(tǒng)可分為兩種：一種是間接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)，是通過輪胎的轉(zhuǎn)速差來判斷輪胎是否異常；另一種是直接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)，通過在輪胎里面加裝四個(gè)胎壓監(jiān)測傳感器，在汽車靜止或者行駛過程中對輪胎氣壓和溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測，并對輪胎高壓、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
直接安裝在四個(gè)輪胎上，直接測量輪胎的氣壓，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
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。通過相對性來檢測輪胎的好壞，具有一定局限性。
胎壓監(jiān)測系統(tǒng)原理
? 直接式胎壓監(jiān)測裝置
直接式胎壓監(jiān)測裝置是利用安裝在每一個(gè)輪胎里的壓力傳感器來直接測量輪胎的氣壓，利用無線發(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)測裝置
間接式胎壓監(jiān)測的工作原理是：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)半徑來對氣壓進(jìn)行監(jiān)測。
胎壓監(jiān)測儀設(shè)計(jì)方案
基于ACM32F070的胎壓監(jiān)測儀是一種智能化的汽車安全裝置，它可以實(shí)時(shí)監(jiān)測汽車輪胎的胎壓，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、無線通信模塊等外圍設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對輪胎胎壓的實(shí)時(shí)監(jiān)測和數(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)測輪胎的胎壓，精度高達(dá)0.1PSI。
2.智能化：監(jiān)測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，可以保證長時(shí)間的使用壽命。
4.無線傳輸：采用無線通信模塊，可以將監(jiān)測數(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，可以簡單安裝在輪胎上，不影響汽車的正常行駛。
應(yīng)用場景
該方案的應(yīng)用場景主要包括汽車制造商、汽車維修廠、汽車配件市場等。對于汽車制造商來說，可以將胎壓監(jiān)測儀作為標(biāo)配，提高汽車的安全性和競爭力；對于汽車維修廠和汽車配件市場來說，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買體驗(yàn)。
方案介紹
本文描述的胎壓監(jiān)測儀方案，利用直接式胎壓測量原理，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、無線發(fā)射模塊等；無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
本文設(shè)計(jì)了一款基于 ACM32F070 單片機(jī)的胎壓監(jiān)測儀，該胎壓監(jiān)測儀能夠準(zhǔn)確監(jiān)測輪胎氣壓，具有很好的可靠性，且胎壓監(jiān)測儀能夠快速準(zhǔn)確的測量輪胎胎壓，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)測儀已經(jīng)在國內(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。
