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提高駕駛安全性 | 基于A(yíng)CM32 MCU的胎壓監測儀方案


概述


作為車(chē)輛的基礎部件,輪胎是影響行車(chē)安全不可忽視的因素之一。據統計,中國每年由胎壓?jiǎn)?wèn)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(chē)輛胎壓異常引起。因此,準確實(shí)時(shí)地監測車(chē)輛在行駛過(guò)程中的輪胎壓監測系統,采用直接測量方式,能夠滿(mǎn)足頻繁換胎的需要,匹配方便。


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


? 直接式胎壓監測


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)輪胎的氣壓數值,出現異常時(shí)能夠直接報警,是現在安裝最多的一種方式。


? 間接式胎壓監測


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


胎壓監測系統原理


? 直接式胎壓監測裝置


直接式胎壓監測裝置是利用安裝在每一個(gè)輪胎里的壓力傳感器來(lái)直接測量輪胎的氣壓,利用無(wú)線(xiàn)發(fā)射器將壓力信息從輪胎內部發(fā)送到中央接收器模塊上的系統,然后對各輪胎氣壓數據進(jìn)行顯示。當輪胎氣壓太低或漏氣時(shí),系統會(huì )自動(dòng)報警。


? 間接式胎壓監測裝置


間接式胎壓監測的工作原理是:當某個(gè)輪胎氣壓降低時(shí),車(chē)輛的重量會(huì )使該輪的滾動(dòng)半徑將變小,導致其轉速比其他車(chē)輪快,這樣就可通過(guò)比較輪胎之間的轉速差,達到監視胎壓的目的。間接式輪胎報警系統實(shí)際上是依靠計算輪胎滾動(dòng)半徑來(lái)對氣壓進(jìn)行監測。


胎壓監測儀設計方案


基于A(yíng)CM32F070的胎壓監測儀是一種智能化的汽車(chē)安全裝置,它可以實(shí)時(shí)監測汽車(chē)輪胎的胎壓,提高駕駛安全性,降低事故風(fēng)險。該方案采用ACM32F070微控制器作為核心控制芯片,結合壓力傳感器、無(wú)線(xiàn)通信模塊等外圍設備,實(shí)現對輪胎胎壓的實(shí)時(shí)監測和數據傳輸。


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)監測輪胎的胎壓,精度高達0.1PSI。


2.智能化:監測儀配有智能化的處理器,可以自動(dòng)識別胎壓異常情況,并發(fā)出警報提示駕駛員。


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


4.無(wú)線(xiàn)傳輸:采用無(wú)線(xiàn)通信模塊,可以將監測數據實(shí)時(shí)地傳輸到手機APP上,方便用戶(hù)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(chē)的正常行駛。


應用場(chǎng)景


該方案的應用場(chǎng)景主要包括汽車(chē)制造商、汽車(chē)維修廠(chǎng)、汽車(chē)配件市場(chǎng)等。對于汽車(chē)制造商來(lái)說(shuō),可以將胎壓監測儀作為標配,提高汽車(chē)的安全性和競爭力;對于汽車(chē)維修廠(chǎng)和汽車(chē)配件市場(chǎng)來(lái)說(shuō),可以提供相應的安裝和售后服務(wù),為用戶(hù)提供更好的購買(mǎi)體驗。


方案介紹


本文描述的胎壓監測儀方案,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)行設計,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、運放、觸控按鍵控制器、段式 LCD 控制器,內置高性能定時(shí)器、多路 UART、LPUART、SPI、I2C、CAN等豐富的通訊外設,內建 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等模塊構成。其中,傳感器模塊負責胎壓的數據采集,CAN模塊負責采集數據,ACM32F070主控負責數據信號的處理轉換,外設模塊由LCD顯示屏和按鍵組成,負責數據顯示及輪胎匹配,電源采用鋰電池供電,需要考慮充電電路和保護電路。


接收顯示終端要求穩定性好、性?xún)r(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(zhuān)為高性能、低成本及低功耗的嵌入式應用設計,可廣泛應用在汽車(chē)主動(dòng)安全監控領(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(chē)行駛過(guò)程中4個(gè)輪胎的胎壓信息,若胎壓低于標準值等異常情況發(fā)生,則通過(guò)蜂鳴器進(jìn)行報警提示。  

 

電源設計為鋰電池供電,主要完成單節鋰電池從3.7V到3.3V的穩壓,電源穩壓電路原理圖如下所示:




軟件方案:


本系統軟件包括胎壓采集軟件和無(wú)線(xiàn)接收顯示軟件。采集發(fā)射軟件運行于采集發(fā)射終端,該終端安放于汽車(chē)4個(gè)輪胎處;無(wú)線(xiàn)顯示接收軟件運行于顯示接收終端,該終端安放于駕駛室內部。胎壓采集發(fā)射軟件主要包括系統初始化模塊、汽車(chē)胎壓采集模塊、無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊等;無(wú)線(xiàn)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警模塊等,其軟件流程圖如下:




結語(yǔ)


本文設計了一款基于 ACM32F070 單片機的胎壓監測儀,該胎壓監測儀能夠準確監測輪胎氣壓,具有很好的可靠性,且胎壓監測儀能夠快速準確的測量輪胎胎壓,保證汽車(chē)安全行駛。此外還支持LCD顯示數據輸出,方便用戶(hù)查看數據,通用性強。目前,該胎壓監測儀已經(jīng)在國內某知名車(chē)載公司量產(chǎn)。本系統可以應用于智能交通解決方案,保證車(chē)輛行車(chē)安全。



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