韓志嶸 林蕓 劉潔

摘 要：汽車胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是用于對(duì)汽車行駛過(guò)程當(dāng)中輪胎的氣壓實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，當(dāng)汽車輪胎氣壓出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)即會(huì)發(fā)出報(bào)警提示駕駛?cè)藛T，以保證駕駛的穩(wěn)定性和安全性，避免因胎壓異常而發(fā)生交通事故。文章以32位ARM微處理器為基礎(chǔ)搭建了系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，并引入μc/OSⅡ?qū)嵤┸浖O(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)的雙向通信。關(guān)鍵詞：ARM;汽車;胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中圖分類號(hào)：V266 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B ?文章編號(hào)：1671-7988（2019）01-114-02

ARM-based automobile tire pressure monitoring system

Han Zhirong， Lin Yun， Liu Jie

（School of mechanical engineering Guiyang University， Guizhou Guiyang 550005）

Abstract： Automobile tire pressure monitoring system is a system for real-time monitoring of tire air pressure during vehicle driving. When the tire pressure of the automobile is abnormal， the system will give an alarm to the driver to ensure the stability and safety of driving. Sexuality， to avoid traffic accidents due to abnormal tire pressure.Keywords： ARM; car;?tire pressure monitoring systemCLC NO.： V266 ?Document Code： B ?Article ID：?1671-7988（2019）01-114-02

引言

國(guó)內(nèi)高速公路有70%左右的交通事故是因爆胎而引起的。另?yè)?jù)美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)的調(diào)查顯示，美國(guó)每年因輪胎故障而引發(fā)的交通事故達(dá)26萬(wàn)起，其中75%是因胎壓不足和漏氣所引起的。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要用于監(jiān)測(cè)大型車輛的輪胎壓力，如大型工程車、重型卡車、軍用裝甲戰(zhàn)車等系統(tǒng)主要包括中央控制模塊與遠(yuǎn)端輪胎模塊兩部分。

工作原理：遠(yuǎn)端輪胎的微控制器經(jīng)輪胎內(nèi)傳感器可對(duì)輪胎的壓力與溫度信息進(jìn)行定時(shí)采集，并依之前所采集數(shù)據(jù)對(duì)輪胎壓力或溫度是否發(fā)生改變進(jìn)行判斷。若發(fā)生改變則會(huì)將所采集的數(shù)據(jù)組織成幀，經(jīng)射頻單位發(fā)送至中央控制模塊;若未發(fā)生改變則會(huì)在過(guò)一段時(shí)間后再發(fā)送。中央控制模塊在接收相關(guān)數(shù)據(jù)之后，即會(huì)對(duì)其進(jìn)行處理，并將信息顯示于液晶屏幕上。若經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)胎壓未處標(biāo)準(zhǔn)值的一定范圍內(nèi)，或是輪胎溫度超70℃時(shí)，系統(tǒng)即會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，以提示駕駛員，駕駛員即可采取手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)節(jié)措施，通過(guò)控制閥門的充入氣以對(duì)胎壓進(jìn)行調(diào)整，消除異常情況。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 中央控制模塊

系統(tǒng)中央控制模塊包括中央控制器、液晶顯示、蜂鳴器報(bào)警、EEPROM存儲(chǔ)、射頻接收、繼電器控制等模塊。

從圖中可以看出，系統(tǒng)的中央控制器為L(zhǎng)PC2214，其是一款32的ARM7TDMI-S CPU微控制器，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)仿真和嵌入跟蹤，內(nèi)部有16KB的SRAM和256KB的FLASH，接口資源豐富，有2個(gè)UART異步串行口、2個(gè)SPI口、1個(gè)高速IIC口和112個(gè)GPI0口，此控制器可有效滿足系統(tǒng)具較多控制外設(shè)、功能復(fù)雜等要求。

射頻接收模塊所使用的是nRF905單片射頻芯片，采取32引腳QFN封裝，可于433、868、915MHz等頻道工作。nRF905單片射頻發(fā)射器芯片可自行完成字頭與CRC的處理，同時(shí)片內(nèi)硬件可自動(dòng)實(shí)施曼徹斯特編碼和解碼，利用SPI接口，還可實(shí)現(xiàn)與微控制器間的通信，配置方便且功耗較低。本系統(tǒng)的nRF905單片射頻發(fā)射器芯片工作頻道為433MHz。

閥門控制模塊主要是利用繼電器來(lái)控制閥門的充放氣，從而調(diào)整胎壓。此單元主要經(jīng)與ARM的GPI0口與達(dá)林頓管進(jìn)行連接，從而驅(qū)動(dòng)繼電器，控制閥門的充放氣。為保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，應(yīng)于繼電器觸點(diǎn)兩端采取并接方式，以消除火花電路。

EEPROM存儲(chǔ)模塊主要是利用ARM的IIC口連接24C02來(lái)實(shí)現(xiàn)輪胎信息的存儲(chǔ)，包括路面載荷情況、各種路面的標(biāo)準(zhǔn)壓力和溫度、各輪胎的ID號(hào)等。

液晶顯示模塊所使用的是一款TFT彩色液晶屏，其分辨率主240×160，采取8位外部總線方式連接于ARM，用以顯示各輪胎的壓力和溫度、當(dāng)前路面情況、汽車載荷、控制狀態(tài)等信息。

蜂鳴器報(bào)警利用PNP三極管，經(jīng)GPI0口實(shí)施控制，LED經(jīng)限流電阻連接于GPI0口，當(dāng)汽車輪胎壓力或溫度出現(xiàn)異常時(shí)，其即會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警。

2.2 遠(yuǎn)端輪胎模塊

遠(yuǎn)端輪胎模塊包括傳感器、微控制器、射頻發(fā)送和電源等部分，遠(yuǎn)端輪胎模塊的微控制器所使用的是Atmega8，其性能高、功耗低，系統(tǒng)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)Flash編程，512KB的EEPROM，1KB的SRAM，通用型的I/O口和工作寄存器各32個(gè)，3個(gè)T/C，可實(shí)現(xiàn)USART的串行編程，2線面向字節(jié)的串行接口、10位6路程ADC和1個(gè)SPI串行端口。傳感器所使用的是MPXY9040A，可對(duì)輪胎壓力與溫度進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)SPI與微控制器進(jìn)行連接，將所采集的輪胎壓力與溫度數(shù)

據(jù)傳輸至中央控制器。射頻接收模塊所使用的也是nRF905單片射頻芯片。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 中央控制模塊

本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中的中央控制模塊需實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并顯示輪胎壓力和溫度、可依所設(shè)定的路面與載荷情況修改輪胎壓力與溫度標(biāo)準(zhǔn)、可將相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)值發(fā)送至遠(yuǎn)端輪胎模塊、可手動(dòng)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)、當(dāng)輪胎出現(xiàn)異常時(shí)能發(fā)出聲光報(bào)警并可于相應(yīng)位置進(jìn)行閃爍、可對(duì)閥門的充放氣進(jìn)行控制將胎壓調(diào)節(jié)至標(biāo)準(zhǔn)范圍、換胎后仍可正常工作、經(jīng)LCD和按鍵實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互等功能。為實(shí)現(xiàn)這些功能，本系統(tǒng)采取了μc/OSⅡ作為中央控制模塊的主系統(tǒng)，并依要求劃分了任務(wù)。例如，換胎任務(wù)一般處掛起狀態(tài)，只有換胎功能生效時(shí)，此任務(wù)才會(huì)恢復(fù)。任務(wù)執(zhí)行時(shí)即顯示換胎界面，在更換好輪胎后點(diǎn)擊“確認(rèn)”，系統(tǒng)即會(huì)發(fā)送信息至硬件將新輪胎ID記錄下來(lái)，完成后此任務(wù)又會(huì)恢復(fù)至掛起狀態(tài)。

3.2 遠(yuǎn)端輪胎模塊

遠(yuǎn)端輪胎模塊主通過(guò)電池供電，因此，其更關(guān)注電池的使用壽命。從整體來(lái)看，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)耗能最大，因此，應(yīng)盡量減少無(wú)效數(shù)據(jù)發(fā)送;在實(shí)施初始化后可進(jìn)入低功耗模式。在間隔一段時(shí)間后微控制器可經(jīng)傳感器對(duì)輪胎壓力與溫度進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)與已存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，數(shù)據(jù)無(wú)變化則不發(fā)送，持續(xù)保持低功耗狀態(tài);若數(shù)據(jù)有變化，則經(jīng)無(wú)線射頻發(fā)送至中央控制模塊，通過(guò)減少數(shù)據(jù)發(fā)射次數(shù)來(lái)降低功耗，以延長(zhǎng)電池的使用壽命。

4 結(jié)語(yǔ)

胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)于汽車輪胎當(dāng)中安裝壓力與溫度傳感器的方式對(duì)輪胎壓力與溫度進(jìn)行測(cè)量，并經(jīng)有線或無(wú)線方式傳輸至主控制器，從而實(shí)現(xiàn)胎壓的監(jiān)測(cè)與控制。本文以32位ARM微處理器和μc/OSⅡ操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一款汽車胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)既可實(shí)施監(jiān)測(cè)輪胎壓力與溫度，同時(shí)還可自行調(diào)節(jié)壓力，有效保障了行車的安全性。

參考文獻(xiàn)

[1] 王婷.汽車胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)與發(fā)展[J].汽車工程師，2015（01）：21- 22.

[2] 曹景勝.基于MPXY8300和STM32的汽車胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子產(chǎn)品世界，2018，25（05）：43-45.

[3] 郭靖.汽車胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)[J].數(shù)碼世界，2017（03）：134 -135.