基于LabVIEW的胎壓監測系統設計

黎輝，李長剛

（攀枝花學院智能制造學院，四川攀枝花，617000）

0 引言

隨著社會的發展，人民的生活水平得到提高，駕駛或乘坐汽車成為普遍的出行方式。隨著汽車的普及，汽車行車安全得到重視及研究。由相關數據可知，高速行駛時由于汽車爆胎造成的交通事故占總事故數的50%。因此，汽車輪胎壓力數據實時監測成為汽車廠商避免交通事故的發生，維護駕駛人員的生命安全的重要技術手段之一[1]。車輛與地面唯一有接觸的部件就是輪胎，輪胎胎壓的變化，將影響到整車行駛的舒適性、安全性以及燃油經濟性等綜合性能。利用相關傳感器設計胎壓監測裝置，可以實時監測輪胎的壓力值，可以有效的掌握各個輪胎的工作狀態，減小爆胎情況發生概率。

本文設計了一種基于Lab VIEW虛擬軟件開發的汽車胎壓監測系統，其基于維特智能科技研發的BMP-280型氣體壓力傳感器，利用BMP-280型氣體壓力傳感器監測輪胎的壓力數據，將采集到的數據傳輸到上位機，可以通過上位機軟件，實時監測輪胎胎壓，及時掌握胎壓狀態。汽車輪胎壓力監測系統基于虛擬儀器技術設計監測軟件，采用先進的傳感器技術進行開發，汽車輪胎壓力監測系統在胎壓對汽車性能影響研究具有重要的使用價值。

1 胎壓監測系統設計

■1.1 胎壓監測系統總體設計

設計汽車胎壓監測裝置時首先要了解傳感器的功能及工作原理，同時還要運用程序設計軟件，成功設計出上位機軟件，以確保最大程度采集到的汽車實際環境的行駛時輪胎胎壓數據，胎壓監測系統采集的信號要有足夠的真實性以及合理性?；贚abVIEW軟件對胎壓監測系統進行軟件設計，系統輪胎壓力數據進行采集、處理和顯示，該過程中被測信號由氣體壓力傳感器轉換為電參數，通過信號調理模塊轉換為電信號，經串口模塊傳輸至上位機進行處理、儲存和顯示。胎壓監測系統結構圖如圖1所示。

圖1 胎壓監測系統結構圖

■1.2 傳感器模塊

采用深圳維特智能科技有限公司自主研發的BMP-280型氣壓傳感器，該傳感器使用的壓阻式壓力傳感器技術具有精度高、線性度以及長期穩定性和魯棒性高的電磁兼容。許多設備操作選項提供靈活性，優化的功耗的裝置，分辨率和濾波器的性能。模塊內部自帶穩壓電路，兼容3.3V的嵌入式系統，連接簡單。該傳感器采用先進的數字濾波技術，能有效降低測量噪聲，提高測量精度。

■1.3 Lab VIEW軟件介紹

目前，隨著科學技術的不斷發展和相關學科知識的不斷更新，現代考試技術不斷向集成化、數字化、智能化、自動化等方向發展。以前的傳統的數據采集系統逐漸被淘汰，虛擬數據采集系統逐漸取而代之。

傳統的數據采集系統由于檢測的可靠性和準確性、開發時間長、成本高、使用方便等缺點，無法實時提供可靠的振動狀態信號。目前，在實驗室分析、測試、測量和工業自動化等科學研究領域，越來越多的研究者使用“虛擬儀器”來構建各種系統[2]。傳統儀器與虛擬儀器在一些重要參數中的不同之處如表1、表2所示，通過對比充分說明了虛擬儀器的優勢。

表1 傳統儀器參數

表2 虛擬儀器參數

系統連接 系統封閉，不便連接價格 昂貴技術更新周期 5-10年開發、維護費用 高

LabVIEW是國家儀器公司提供的圖形化編程語言的虛擬儀器軟件開發工具。Lab VIEW平臺可以方便地完成軟硬件之間的連接和操作，具有較強的數據處理能力，并將處理結果直觀地顯示給用戶。為用戶利用虛擬儀器設計和研究測試儀器的功能提供了一個非常方便的基本條件，使技術人員能夠高效地完成相應的工作[3]。它由VI前面板的測試接口部分和內部程序框圖操作處理程序部分組成。它是一個開發工具，它使用VI圖標和連線來代替原始的計算機語言文本代碼來創建應用程序[4]。

■1.4 Lab VIEW上位機軟件設計

為滿足設計需求，要求設計的系統能夠滿足傳感器控制，數據讀取以及數據處理并以波形圖顯示，所以在設計程序框圖時，需要注意設計的邏輯關系。軟件部分設計原理圖如圖2所示。

圖2 軟件部分設計原理圖

胎壓監測系統進行設計時充分考慮汽車胎壓信號采集方法，通過傳感器采集到的胎壓信號，用于分析胎壓數據，最后作為胎壓對汽車制動性能影響的評判依據。同時為了能夠便捷的讀取到采集的數據，通過程序設計將采集到的信號以波形圖顯示出來?；贚abVIEW虛擬軟件設計的上位機程序框圖，要符合胎壓監測系統數據采集邏輯關系，胎壓監測系統串口程序框圖設計如圖3所示，數據采集模塊程序框圖如圖4所示，串口狀態控制程序框圖如圖5所示。

圖3 串口設置

圖4 數據采集模塊

圖5 串口狀態模塊設計

汽車胎壓監測系統利用測試裝置設計原理進行設計，通過虛擬儀器系統控制傳感器，進行數據采集和處理，Lab VIEW 能夠提供許多函數和信號分析與處理等控件，同時，其控制方式與傳統儀器類似。由于計算機有超強的運算能力和超強的數據處理能力，結合 Lab VIEW 強大的圖形化設計功能，進行胎壓監測系統的監測程序設計[5]。

2 胎壓監測系統測試

■2.1 胎壓監測系統自測

胎壓監測系統設計完成后，需要對系統硬件軟件進行自測，檢查胎壓監測系統是否存在問題。在進行自測時，完成系統連接后，檢查連接并將傳感器波特率及串口號輸入基于Lab VIEW設計的上位機軟件，檢查無誤后，開始測試系統能否進行信號的采集，線路連接是否存在問題，確定該胎壓監測系統能正常工作。

■2.2 胎壓監測模擬測試

將胎壓監測系統連接并檢查連接無誤后，將傳感器串口和波特率數據輸入到上位機軟件；啟動上位機監測程序，讀取胎壓實時數據。完成采集后，能夠在上位機軟件中讀取到胎壓信號數據，將胎壓數據以波形圖顯示，方便觀察胎壓變化。上位機采集到的數據如圖6所示。

圖6 胎壓監測數據

■2.3 測試結果

在模擬測試過程中，胎壓監測系統無異常，傳感器及上位機工作狀況正常。該系統能夠實時采集到的胎壓數據，采集到的數據能正常保存，期間無異常狀況，能穩定進行胎壓數據采集。所以該胎壓監測系統能滿足設計要求及研究需要，可以通過采集到的胎壓數據分析胎壓對汽車制動性能的影響。試驗測試結果如圖7所示。

圖7 胎壓數據波形圖

3 結束語

針對輪胎調壓問題，結合監測系統設計的一般要求和胎壓監測的試驗要求，設計了一款適用于胎壓實時監測的胎壓監測系統。設計了監測系統基本功能，利用LabVIEW軟件對胎壓監測系統進行了編程設計，對編程得到的上位機軟件進行測試，并對胎壓監測系統的進行了模擬試驗驗證，可以實現胎壓監測，為胎壓監測系統設計方案提供了一種思路和方法。