基于ARM的汽車胎壓監(jiān)測系統(tǒng)

韓志嶸 林蕓 劉潔

摘 要：汽車胎壓監(jiān)測系統(tǒng)是用于對汽車行駛過程當中輪胎的氣壓實施實時監(jiān)測的系統(tǒng)，當汽車輪胎氣壓出現異常時，系統(tǒng)即會發(fā)出報警提示駕駛人員，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微處理器為基礎搭建了系統(tǒng)的硬件平臺，并引入μc/OSⅡ實施軟件設計，實現了該系統(tǒng)的雙向通信。關鍵詞：ARM;汽車;胎壓監(jiān)測系統(tǒng)中圖分類號：V266 ?文獻標識碼：B ?文章編號：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

國內高速公路有70%左右的交通事故是因爆胎而引起的。另據美國汽車工程師協會的調查顯示，美國每年因輪胎故障而引發(fā)的交通事故達26萬起，其中75%是因胎壓不足和漏氣所引起的。

1 系統(tǒng)總體設計

本系統(tǒng)主要用于監(jiān)測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端輪胎模塊兩部分。

工作原理：遠端輪胎的微控制器經輪胎內傳感器可對輪胎的壓力與溫度信息進行定時采集，并依之前所采集數據對輪胎壓力或溫度是否發(fā)生改變進行判斷。若發(fā)生改變則會將所采集的數據組織成幀，經射頻單位發(fā)送至中央控制模塊;若未發(fā)生改變則會在過一段時間后再發(fā)送。中央控制模塊在接收相關數據之后，即會對其進行處理，并將信息顯示于液晶屏幕上。若經檢測發(fā)現胎壓未處標準值的一定范圍內，或是輪胎溫度超70℃時，系統(tǒng)即會發(fā)出聲光報警，以提示駕駛員，駕駛員即可采取手動或自動調節(jié)措施，通過控制閥門的充入氣以對胎壓進行調整，消除異常情況。

2 系統(tǒng)硬件設計

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、蜂鳴器報警、EEPROM存儲、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LPC2214，其是一款32的ARM7TDMI-S CPU微控制器，可實現實時仿真和嵌入跟蹤，內部有16KB的SRAM和256KB的FLASH，接口資源豐富，有2個UART異步串行口、2個SPI口、1個高速IIC口和112個GPI0口，此控制器可有效滿足系統(tǒng)具較多控制外設、功能復雜等要求。

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，同時片內硬件可自動實施曼徹斯特編碼和解碼，利用SPI接口，還可實現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控制閥門的充放氣，從而調整胎壓。此單元主要經與ARM的GPI0口與達林頓管進行連接，從而驅動繼電器，控制閥門的充放氣。為保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，應于繼電器觸點兩端采取并接方式，以消除火花電路。

EEPROM存儲模塊主要是利用ARM的IIC口連接24C02來實現輪胎信息的存儲，包括路面載荷情況、各種路面的標準壓力和溫度、各輪胎的ID號等。

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、當前路面情況、汽車載荷、控制狀態(tài)等信息。

蜂鳴器報警利用PNP三極管，經GPI0口實施控制，LED經限流電阻連接于GPI0口，當汽車輪胎壓力或溫度出現異常時，其即會發(fā)出聲光報警。

2.2 遠端輪胎模塊

遠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)內可實現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，3個T/C，可實現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SPI串行端口。傳感器所使用的是MPXY9040A，可對輪胎壓力與溫度進行測量，經SPI與微控制器進行連接，將所采集的輪胎壓力與溫度數

據傳輸至中央控制器。射頻接收模塊所使用的也是nRF905單片射頻芯片。

3 系統(tǒng)軟件設計

3.1 中央控制模塊

本系統(tǒng)軟件設計中的中央控制模塊需實現實時監(jiān)測并顯示輪胎壓力和溫度、可依所設定的路面與載荷情況修改輪胎壓力與溫度標準、可將相關標準值發(fā)送至遠端輪胎模塊、可手動設置標準、當輪胎出現異常時能發(fā)出聲光報警并可于相應位置進行閃爍、可對閥門的充放氣進行控制將胎壓調節(jié)至標準范圍、換胎后仍可正常工作、經LCD和按鍵實現人機交互等功能。為實現這些功能，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。例如，換胎任務一般處掛起狀態(tài)，只有換胎功能生效時，此任務才會恢復。任務執(zhí)行時即顯示換胎界面，在更換好輪胎后點擊“確認”，系統(tǒng)即會發(fā)送信息至硬件將新輪胎ID記錄下來，完成后此任務又會恢復至掛起狀態(tài)。

3.2 遠端輪胎模塊

遠端輪胎模塊主通過電池供電，因此，其更關注電池的使用壽命。從整體來看，發(fā)送數據時耗能最大，因此，應盡量減少無效數據發(fā)送;在實施初始化后可進入低功耗模式。在間隔一段時間后微控制器可經傳感器對輪胎壓力與溫度進行測量，同時與已存儲的數據進行比較，數據無變化則不發(fā)送，持續(xù)保持低功耗狀態(tài);若數據有變化，則經無線射頻發(fā)送至中央控制模塊，通過減少數據發(fā)射次數來降低功耗，以延長電池的使用壽命。

4 結語

胎壓監(jiān)測系統(tǒng)通過于汽車輪胎當中安裝壓力與溫度傳感器的方式對輪胎壓力與溫度進行測量，并經有線或無線方式傳輸至主控制器，從而實現胎壓的監(jiān)測與控制。本文以32位ARM微處理器和μc/OSⅡ操作系統(tǒng)設計了一款汽車胎壓監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)既可實施監(jiān)測輪胎壓力與溫度，同時還可自行調節(jié)壓力，有效保障了行車的安全性。

參考文獻

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