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提高驾驶安全性 | 基于ACM32 MCU的胎压监测仪方案


概述


作为车辆的基础部件，轮胎是影响行车安全不可忽视的因素之一。据统计，中国每年由胎压问题引起轮胎爆炸的交通事故约占 30%，其中 50%的高速交通事故是由车辆胎压异常引起。因此，准确实时地监测车辆在行驶过程中的轮胎压监测系统，采用直接测量方式，能够满足频繁换胎的需要，匹配方便。


胎压监测系统可分为两种：一种是间接式胎压监测系统，是通过轮胎的转速差来判断轮胎是否异常；另一种是直接式胎压监测系统，通过在轮胎里面加装四个胎压监测传感器，在汽车静止或者行驶过程中对轮胎气压和温度进行实时自动监测，并对轮胎高压、低压、高温进行及时报警，避免因轮胎故障引发的交通事故，以确保行车安全。


• 直接式胎压监测


直接安装在四个轮胎上，直接测量轮胎的气压，能够显示每个轮胎的气压数值，出现异常时能够直接报警，是现在安装最多的一种方式。


• 间接式胎压监测


需要同ABS（制动防抱死系统，与TPMS、安全气囊形成汽车三大安全系统）一起运行。运行原理是其中某个轮胎气压下降，车辆重量会让这个轮胎半径变小，转速也就加快了。通过相对性来检测轮胎的好坏，具有一定局限性。


胎压监测系统原理


• 直接式胎压监测装置


直接式胎压监测装置是利用安装在每一个轮胎里的压力传感器来直接测量轮胎的气压，利用无线发射器将压力信息从轮胎内部发送到中央接收器模块上的系统，然后对各轮胎气压数据进行显示。当轮胎气压太低或漏气时，系统会自动报警。


• 间接式胎压监测装置


间接式胎压监测的工作原理是：当某个轮胎气压降低时，车辆的重量会使该轮的滚动半径将变小，导致其转速比其他车轮快，这样就可通过比较轮胎之间的转速差，达到监视胎压的目的。间接式轮胎报警系统实际上是依靠计算轮胎滚动半径来对气压进行监测。


胎压监测仪设计方案


基于ACM32F070的胎压监测仪是一种智能化的汽车安全装置，它可以实时监测汽车轮胎的胎压，提高驾驶安全性，降低事故风险。该方案采用ACM32F070微控制器作为核心控制芯片，结合压力传感器、无线通信模块等外围设备，实现对轮胎胎压的实时监测和数据传输。


方案特点


1.高精度：采用高精度的压力传感器，可以实时监测轮胎的胎压，精度高达0.1PSI。


2.智能化：监测仪配有智能化的处理器，可以自动识别胎压异常情况，并发出警报提示驾驶员。


3.低功耗：采用ACM32F070微控制器，功耗低、性能稳定，可以保证长时间的使用寿命。


4.无线传输：采用无线通信模块，可以将监测数据实时地传输到手机APP上，方便用户随时了解轮胎胎压情况。


5.易于安装：压力传感器小巧轻便，可以简单安装在轮胎上，不影响汽车的正常行驶。


应用场景


该方案的应用场景主要包括汽车制造商、汽车维修厂、汽车配件市场等。对于汽车制造商来说，可以将胎压监测仪作为标配，提高汽车的安全性和竞争力；对于汽车维修厂和汽车配件市场来说，可以提供相应的安装和售后服务，为用户提供更好的购买体验。


方案介绍


本文描述的胎压监测仪方案，利用直接式胎压测量原理，且基于上海航芯ACM32F070系列的MCU进行设计，ACM32F0X0 系列是一款支持多种低功耗模式的通用 MCU。集成12位 1.6Msps 高精度 ADC 以及比较器、运放、触控按键控制器、段式 LCD 控制器，内置高性能定时器、多路 UART、LPUART、SPI、I2C、CAN等丰富的通讯外设，内建 AES、TRNG 等信息安全模块，支持多种低功耗模式，具有高整合度、高抗干扰、高可靠性的特点。


整体的方案框图如下所示：




硬件方案：


胎压检测仪部分主要分为采集发射终端和接收显示硬件终端，采集发射终端由传感器模块、RF发射模块、锂电池供电模块等构成，接收显示硬件终端由ACM32F070主控芯片、LCD显示屏、RF接收模块、CAN等模块构成。其中，传感器模块负责胎压的数据采集，CAN模块负责采集数据，ACM32F070主控负责数据信号的处理转换，外设模块由LCD显示屏和按键组成，负责数据显示及轮胎匹配，电源采用锂电池供电，需要考虑充电电路和保护电路。


接收显示终端要求稳定性好、性价比与实时性高，考虑到该终端完成的功能较多，本方案采用ACM32F070，专为高性能、低成本及低功耗的嵌入式应用设计，可广泛应用在汽车主动安全监控领域。接收显示终端采用LCD显示屏和蜂鸣器的主要目的是为了实时显示汽车行驶过程中4个轮胎的胎压信息，若胎压低于标准值等异常情况发生，则通过蜂鸣器进行报警提示。  

 

电源设计为锂电池供电，主要完成单节锂电池从3.7V到3.3V的稳压，电源稳压电路原理图如下所示：




软件方案：


本系统软件包括胎压采集软件和无线接收显示软件。采集发射软件运行于采集发射终端，该终端安放于汽车4个轮胎处；无线显示接收软件运行于显示接收终端，该终端安放于驾驶室内部。胎压采集发射软件主要包括系统初始化模块、汽车胎压采集模块、无线发射模块等；无线接收显示软件主要包括初始化模块、RF接收模块，LCD显示模块和蜂鸣器报警模块等，其软件流程图如下：




结语


本文设计了一款基于 ACM32F070 单片机的胎压监测仪，该胎压监测仪能够准确监测轮胎气压，具有很好的可靠性，且胎压监测仪能够快速准确的测量轮胎胎压，保证汽车安全行驶。此外还支持LCD显示数据输出，方便用户查看数据，通用性强。目前，该胎压监测仪已经在国内某知名车载公司量产。本系统可以应用于智能交通解决方案，保证车辆行车安全。