基于藍牙的車(chē)輛胎壓監控系統設計方案

摘 要： 礦山車(chē)輛胎壓監測是以無(wú)損檢測技術(shù)為基礎，通過(guò)研究車(chē)輛胎壓的實(shí)時(shí)信號，了解礦山車(chē)輛的輪胎氣壓的變化特性，從而達到礦山車(chē)輛安全監控提供依據。描述了以LPC2132 為核心構成的胎壓的監控裝置的研究。通過(guò)帶有藍牙的傳感器模塊采集車(chē)輛胎壓信號，經(jīng)過(guò)調理電路后進(jìn)行比較計算，若超過(guò)規定值就報警，并將數據發(fā)送到車(chē)載CAN 總線(xiàn)上。在此基礎上設計了一套基于藍牙的胎壓監控裝置，硬件系統主要由傳感器、LPC2132 處理器，信號調理電路，藍牙模塊和報警模塊等組成。軟件系統由固件程序，數據收發(fā)模塊等構成。

　　汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展及人們對汽車(chē)安全保障系統的重視，使汽車(chē)輪胎壓力監測系統擁有一個(gè)很大的市場(chǎng)，因此，礦山車(chē)輛公司也著(zhù)手研究這項技術(shù)。

　　在影響輪胎性能的諸多因素中，輪胎的氣壓是極其重要的一個(gè)參數。它對輪胎的承載性能、高速性能、制動(dòng)性能、防浮滑性能、耐久性能和耐爆破性能都有著(zhù)重要影響。

　　1 礦山車(chē)輛胎壓監控系統的方案

　　礦山車(chē)輛輪胎壓力監控系統主要用于汽車(chē)行駛過(guò)程中實(shí)時(shí)監測輪胎氣壓，并對輪胎漏氣和高低氣壓進(jìn)行報警，以保障行車(chē)安全。利用安裝在每一個(gè)輪胎里的以鋰電池為電源的壓力傳感器來(lái)直接測量輪胎的氣壓，并通過(guò)藍牙模塊發(fā)射到CAN 總線(xiàn)上。當輪胎氣壓太低、滲漏、太高、溫度太高或各輪胎壓力不均衡時(shí)，系統就會(huì )自動(dòng)報警，如圖1。

圖1 輪胎氣壓監控系統的框圖

　　礦山車(chē)輛輪胎氣壓監控系統功能如下：

　?。?）實(shí)時(shí)監測個(gè)輪胎的壓力和溫度情況；（2）可設定各輪胎的壓力溫度報警上下限；（3）判斷各輪胎工作的狀況。

　　在一般情況下，輪胎氣壓監控系統是低功耗模式，每隔一段時(shí)間，輪胎氣壓監控系統通過(guò)低頻激活藍牙收發(fā)器接收到藍牙信號后被激活并進(jìn)入正常工作模式，然后對輪胎壓力和溫度進(jìn)行數據采集，將數據以藍牙信號發(fā)射出去。如果接收到的測量數據超出了設定的標準范圍，則根據特定的算法通過(guò)電磁繼電器控制電磁閥對輪胎氣壓進(jìn)行調整，實(shí)現自動(dòng)充放氣功能。

　　同時(shí)當輪胎氣壓太低、太高或溫度太高時(shí)，系統就會(huì )自動(dòng)報警。

　　2 硬件電路

　　2.1 傳感器

　　一般情況下，礦用車(chē)輛需要6-12 個(gè)胎壓監控系統模塊。為了提高系統的接收能力和抗干擾能力，我們采用MPXY8020A 壓力溫度傳感器、LPC2132 處理器、藍牙無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊等主要組成的系統方案，結構框圖如圖2 所示。

圖2 MPXY8020A 傳感器接口圖

　　2.2 LPC2132 主控器

　　LPC2132 主控器是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤的32ARM7TDMI-S CPU,并帶有64k 的嵌入式的高速Flash 存儲器。128 位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構使32 位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運行。多個(gè)32 位定時(shí)器、1 個(gè)或2 個(gè)10 位8 路的ADC、10 位DAC、PWM 通道、47 個(gè)GPIO 及9個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷使它們適用于本系統。

　　如圖3 所示。

圖3 LPC2132 主控器芯片

　　LPC2132 主控器主要工作：

　　a、數據采集模塊通信，將采集的壓力和溫度值進(jìn)行轉換和存儲。

　　b、與藍牙收發(fā)模塊通信，將數據通過(guò)藍牙發(fā)送到CAN 總線(xiàn)上。

2.3 信號調理電路

　　LPC2132 控制器的中斷引腳，使LPC2132 控制器控制A/D 轉換器對輸入信號保持同步采樣。電壓信號可由LPC2132 控制器根據所需采集的各電壓信號范圍不同而編制數據采集模塊，且電壓不超過(guò)3.3V.

　　為使電壓信號符合LPC2132 控制器開(kāi)發(fā)板的有效采集區間，需要對被采集的電壓進(jìn)行降壓變換，在變換電路輸出端加入穩壓管進(jìn)行保護，如圖4.

　　考慮到接入后不能衰減傳輸至原信號，可采用高阻分壓接入，電路選用兩個(gè)3K 電阻分壓，檢測接口電路分流小于0.5mA,而傳感器傳入信號電流為100mA 以上，影響基本忽略，且后端采用運放隔離跟隨接入，減小了對胎壓監控系統的干擾。

圖4 電壓信號采集電路

　　圖5 是信號調理電路圖，信號調理的目的就是對從傳感器過(guò)來(lái)的信號進(jìn)行放大提升等處理后送進(jìn)AD模塊。

圖5 信號調理電路

　　2.4 藍牙收發(fā)模塊

　　設計了頻段為2.40GHz-2.48GHz,藍牙協(xié)議為BlueTooth V1.2 .硬件采用了CSR 公司的AUDIO-FLASH 藍牙芯片，模塊電路板為0.8mm 四層板。電路接口包括USB、SPI 編程口，2 路AIO 模擬量接口，9 路數字PIO 接口。串口數據傳輸，最大波特率1.3Mbps,一對一自動(dòng)建鏈。

　　車(chē)輪上的藍牙收發(fā)器與LPC2132 控制器的連接時(shí)通過(guò)USB 實(shí)現的。用USB 接口通信時(shí)，是將藍牙模塊作為USB 的從設備與LPC2132 控制器通信的，通過(guò)雙向端口D+和D-傳輸數據，如圖6 所示。

圖6 LPC2132 控制器與藍牙模塊的接口電路。

2.5 報警模塊

　　主要是完成顯示壓力和溫度的狀態(tài)，如果超出設定值，自動(dòng)報警。

圖7 報警電路。

　　3 軟件系統

　　胎壓監控系統軟件與其硬件相對應，是配合硬件電路完成對胎壓監控的功能。系統采用編程軟件是針對嵌入式系統編程KeilC 軟件。