基于藍牙的車輛胎壓監控系統設計方案

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參數。它對輪胎的承載性能、高速性能、制動性能、防浮滑性能、耐久性能和耐爆破性能都有著重要影響。

1 礦山車輛胎壓監控系統的方案

礦山車輛輪胎壓力監控系統主要用于汽車行駛過程中實時監測輪胎氣壓，并對輪胎漏氣和高低氣壓進行報警，以保障行車安全。利用安裝在每一個輪胎里的以鋰電池為電源的壓力傳感器來直接測量輪胎的氣壓，并通過藍牙模塊發射到CAN 總線上。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，系統就會自動報警，如圖1。

圖1 輪胎氣壓監控系統的框圖

礦山車輛輪胎氣壓監控系統功能如下：

（1）實時監測個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，每隔一段時間，輪胎氣壓監控系統通過低頻激活藍牙收發器接收到藍牙信號后被激活并進入正常工作模式，然后對輪胎壓力和溫度進行數據采集，將數據以藍牙信號發射出去。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電磁繼電器控制電磁閥對輪胎氣壓進行調整，實現自動充放氣功能。

同時當輪胎氣壓太低、太高或溫度太高時，系統就會自動報警。

2 硬件電路

2.1 傳感器

一般情況下，礦用車輛需要6-12 個胎壓監控系統模塊。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、藍牙無線收發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 主控器是基于一個支持實時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鐘速率下運行。多個32 位定時器、1 個或2 個10 位8 路的ADC、10 位DAC、PWM 通道、47 個GPIO 及9個邊沿或電平觸發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行轉換和存儲。

b、與藍牙收發模塊通信，將數據通過藍牙發送到CAN 總線上。

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3.3V.

為使電壓信號符合LPC2132 控制器開發板的有效采集區間，需要對被采集的電壓進行降壓變換，在變換電路輸出端加入穩壓管進行保護，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。

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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來的信號進行放大提升等處理后送進AD模塊。

圖5 信號調理電路

2.4 藍牙收發模塊

設計了頻段為2.40GHz-2.48GHz,藍牙協議為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,一對一自動建鏈。

車輪上的藍牙收發器與LPC2132 控制器的連接時通過USB 實現的。用USB 接口通信時，是將藍牙模塊作為USB 的從設備與LPC2132 控制器通信的，通過雙向端口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，如果超出設定值，自動報警。

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。

3.1 主程序

汽車靜止或者速度很小的時候測得的加速度a=0,此時SPI 的KEUP 引腳輸出高電平喚醒信號，當汽車速度變大的時候，加速度a>0,這時KEUP 引腳每6 秒鐘就向LPC2132 處理器輸出一個脈沖來喚醒處理器進入工作狀態。

LPC2132 處理器中設置了兩個計數器。每次由KEUP 引腳引起中斷后，LPC2132 處理器對SPI 進行兩個輪回的數據采集，延時后用計數器2 來對此進行計數。在這種情況下，LPC2132 處理器每被喚醒5次進行一次數據發送，也就是說每30s 發送一次數據。

若壓力或溫度超過正常范圍，則延時10ms,重新進行檢測用于控制檢測次數的變量i+1.重復檢測3 次，若3 次溫度、壓力值均異常。則在對溫度、壓力進行精確采樣，生成數據幀，發射數據幀。連續重復檢測可提高報警得準確性，防止誤報警。完成數據測量后，就進入睡眠狀態了。如圖8、9 所示。

圖8 胎壓監控主程序

圖9 中斷服務器程序

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3.2 數據發送的實現

每一個輪胎都有對應的ID,遠程監控中心需要檢測哪個輪胎的情況，就需要與輪胎制定相應的協議，比如，遠程監控中心先發送一個命令，當LPC2132處理器接收到該命令時，就需要解析并把正確輪胎的數據發送到CAN 總線上，監控中心就會自動讀取這些數據。

本數據采集通過256 次采樣，啟用6 通道循環采樣。其第1 個通道采樣程序如下：

3.3 報警程序

報警程序是系統的重要部分，報警分為壓力報警、溫度報警。系統每次接收到數據，根據預先設置報警門限判斷，如圖10.

圖10 報警流程圖

4 實驗數據及分析

本實驗室在實驗室制作的監控裝置，在6 個車輪的礦山汽車的輪胎上進行測量得到的數據如圖1 所示。

表1 監控系統測試數據

從表1 看出，被監控礦山車輛的輪胎氣壓和溫度是非線性變化。并且當輪胎氣壓超過標準值（依次為100kpa;200 kpa;250 kpa;300 kpa;350 kpa;400 kpa）時，啟動報警。

5 結語

本系統是智能調度系統中的一部分，通過實驗說明系統方案的可行性。本系統是嵌入式技術在礦山安全方面的應用，是安全生產和提高生產效率有著重要的意義。