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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，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(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行實時自動監(jiān)測，并對輪胎高壓、低壓、高溫進行及時報警，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
直接安裝在四個輪胎上，直接測量輪胎的氣壓，能夠顯示每個輪胎的氣壓數(shù)值，出現(xiàn)異常時能夠直接報警，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)）一起運行。運行原理是其中某個輪胎氣壓下降，車輛重量會讓這個輪胎半徑變小，轉速也就加快了。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)進行顯示。當輪胎氣壓太低或漏氣時，系統(tǒng)會自動報警。
? 間接式胎壓監(jiān)測裝置
間接式胎壓監(jiān)測的工作原理是：當某個輪胎氣壓降低時，車輛的重量會使該輪的滾動半徑將變小，導致其轉速比其他車輪快，這樣就可通過比較輪胎之間的轉速差，達到監(jiān)視胎壓的目的。間接式輪胎報警系統(tǒng)實際上是依靠計算輪胎滾動半徑來對氣壓進行監(jiān)測。
胎壓監(jiān)測儀設計方案
基于ACM32F070的胎壓監(jiān)測儀是一種智能化的汽車安全裝置，它可以實時監(jiān)測汽車輪胎的胎壓，提高駕駛安全性，降低事故風險。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、無線通信模塊等外圍設備，實現(xiàn)對輪胎胎壓的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)傳輸。
方案特點
1.高精度：采用高精度的壓力傳感器，可以實時監(jiān)測輪胎的胎壓，精度高達0.1PSI。
2.智能化：監(jiān)測儀配有智能化的處理器，可以自動識別胎壓異常情況，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(wěn)定，可以保證長時間的使用壽命。
4.無線傳輸：采用無線通信模塊，可以將監(jiān)測數(shù)據(jù)實時地傳輸?shù)绞謾CAPP上，方便用戶隨時了解輪胎胎壓情況。
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。
應用場景
該方案的應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，可以提供相應的安裝和售后服務，為用戶提供更好的購買體驗。
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(nèi)置高性能定時器、多路 UART、LPUART、SPI、I2C、CAN等豐富的通訊外設，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。
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(shù)據(jù)采集，CAN模塊負責采集數(shù)據(jù)，ACM32F070主控負責數(shù)據(jù)信號的處理轉換，外設模塊由LCD顯示屏和按鍵組成，負責數(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電路。
接收顯示終端要求穩(wěn)定性好、性價比與實時性高，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用設計，可廣泛應用在汽車主動安全監(jiān)控領域。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時顯示汽車行駛過程中4個輪胎的胎壓信息，若胎壓低于標準值等異常情況發(fā)生，則通過蜂鳴器進行報警提示。
電源設計為鋰電池供電，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)射軟件運行于采集發(fā)射終端，該終端安放于汽車4個輪胎處；無線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(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警模塊等，其軟件流程圖如下：
結語
本文設計了一款基于 ACM32F070 單片機的胎壓監(jiān)測儀，該胎壓監(jiān)測儀能夠準確監(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。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)可以應用于智能交通解決方案，保證車輛行車安全。
