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博客

基于蓝牙4.0(Bluetooth Low Energy)胎压监测方案设计

已有 1004 次阅读2013-9-29 14:42 |个人分类:蓝牙4.0方案| 关键词: BLE, CC2540, 胎压监测

        基于一种新的蓝牙技术——蓝牙4.0Bluetooth Low Energy新型的胎压监测系统(TPMS)的设计方案。鉴于蓝牙4.0Bluetooth Low Energy)的低成本、低功耗、高稳定性等特点,适用于胎压监测系统,目前业界还没有出现类似的设计方案。本设计为直接式胎压监测系统,即在车辆轮胎上安装压力和温度传感器,通过蓝牙传输方式将胎压的信息传送给搭载蓝牙4.0iPodiPhone以及iPad,并在所安装的APP软件上显示实时数据。由此可实时监测车辆的胎压情况,并在胎压异常情况下发出报警。

引言:
    随着商业用车和家庭用车的日益增多,汽车安全越来越受到人们的重视。美国汽车工程师协会的调查统计表明,美国每年有26万交通事故是由于轮胎气压低或漏气造成的,同时75%的轮胎故障是由于轮胎充气不足或渗漏而引起的。美国运输部国家公路交通安全管理委员会(NHTSA)制定的法规中规定:200311月到20061031日期间,美国新出厂的轻型汽车将逐步引入胎压监测系统(Tire Pressure Monitoring SystemTPMS)。可见,TPMS的研究和投产势在必行。中国作为世界汽车消费增长最快的国家,相信不久将来政府也会制定类似法规。车厂对TPMS的重要性日益重视。

    TPMS主要用于实时监测汽车轮胎温度和压力,当压力和温度超出或低于标准值范围时,系统发出蜂鸣或光报警信号,从而有效的避免交通意外的发生。

 

蓝牙4.0Bluetooth Low Energy技术简介
    蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)20107月宣布,正式推出最新的蓝牙规范Bluetooth V4.0技术。该技术拥有极低的运行和待机功耗,使用一粒纽扣电池甚至可连续工作数年之久。同时还拥有低成本,跨厂商互操作性,3毫秒低延迟、100米以上超长距离、AES-128加密等诸多特色,可以用于计步器、心律监视器、智能仪表、传感器物联网等众多领域,大大扩展蓝牙技术的应用范围。其主要技术特点如下:

高效率的发现机制:低耗能蓝牙技只用3个信道做广播信道,允许毫秒级快速建立连接,效率远高于传统蓝牙的32个信道方式。

少的数据频道和宽频道间隔:传统蓝牙有79个数据信道,频道间隔是1MHz;低耗能蓝牙有40个数据信道,频道间隔是2MHz

低工作电流和超低睡眠电流:传统蓝牙的工作峰值电流一般是35mA,睡眠状态电流是0.01mA。而低耗能蓝牙的工作峰值电流是小于15mA,睡眠状态电流是0.004mA。 

低耗能蓝牙具有抗干扰能力更强、数据发送更快、工作效率更高、可与手机/计算机连接等优势,具有无可比拟的技术和市场优势,特别适用于近距离、小数据量、非频繁操作的应用场景,如医疗、健身监视器、腕式设备/手表、家电遥控器、玩具、手机、计算机及附件、工业自动化、电子游戏等。 

低成本:蓝牙4.0通信模块的单位成本已经减小到美元左右。

 

 2.蓝牙4.0Bluetooth Low EnergyTPMS系统介绍:
    TPMS系统采用直接式温度压力测量系统。该系统分为两个模块:蓝牙4.0通信模块和智能终端蓝牙4.0通信模块利用车胎内的温度压力传感器和蓝牙4.0收发器,把数据发送给智能终端实时监测轮胎的压力和温度,数据信号无线传送到智能终端上,并显示在相应APP程序界面上。当轮胎出现漏气、胎压过高或过低、温度过高等异常情况,手机会自动报警和显示轮胎状态,从而确保汽车行驶的安全。系统特点是成本偏高,但监测效果较好,精确可靠。每个轮胎安装了高灵敏度的感应发射器,

 

安装TPMS系统的优势

1.防爆胎
实时监测轮胎气压和温度,防患于未然。

2.省燃油
保持正确的轮胎压力,降低汽车油耗。

3.减磨损
气压不足,会造成过度磨损(吃胎),缩短轮胎使用寿命。

4.低成本

只需一部搭载蓝牙4.0的智能显示终端且安装相应APP程序,链接之后,即可实时监控接收数据,省去了购买显示终端的费用,且具有相当好的便携操作性。


2.1 远程感应模块:
蓝牙4.0模块固定安装于4个车胎内部,负责数据的采集、简要处理及传输。其硬件结构包括压力温度传感器元件、MCU蓝牙4.0通信模块、天线和供电设备,如图1所示:



1 TPMS远程感应模块硬件结构图


传感器:选用Daytona传感器,它是一种表面微机械型电容性微机电系统(MEMS)单芯片压力传感器,包括压力变换器、正温度系数扩散电阻温度传感器和所有必需电路,用以产生一个校准的8bit温度和压力数字输出。Daytona的特点是专用于TPMS温度和压力测量:单片MEMS微机械压力感应单元;3V工作电压;低功耗、待机电流600nA;压力采样电流1.5mA;温度采样电流500uA4种工作模式灵活运用以求节电;内置低频振荡器,可用于唤醒MCU8位数据输出:SSOP封装;介质保护[2]
MCU该单片机为主要用来采集/控制/处理压力传感器与温度传感器数据功能,通过串口与蓝牙4.0通信模块连接.

蓝牙4.0通信模块蓝牙4.0通信模块是采用TI德州仪器公司的蓝牙4.0模式芯片CC2540。该芯片集成了增强型8051单片机(MCU)和低功耗蓝牙收发器,具有以下一些特点:

20个信道。

典型的发射功率为-23dBm4.5dBm

自适应跳频GFSK最大传输速率为1Mbps

在分组差错率为1%的情况下,其接收灵敏度为-97dBm

邻近信道干扰>30dBm,间隔信道干扰>53dBm

待机电流仅为0.4uA

工作温度为-4580。适用于恶劣的工作环境。

供电设备:使用专业的胎压监测系统电池,由于蓝牙4.0(Bluetooth Low Energy)Daytona的低功率特点,其可有效供电2年以上。


2.2 接收显示
    透过搭载蓝牙4.0功能的iPod5iPhone4S/5或者iPad3/mini,掌握你爱车的状况,即便是行驶中,也可以随时监测,显示独立每一轮胎的压力、温度资讯.你只需要拿起你的iPhone再搭配上嵌入蓝牙4.0通信模块的胎压监测器,在弹指之间,透过直觉式的界面设计,即可从容不迫的轻易的得知轮胎状况。

APP程序特点:

1.即时胎压胎温查看 异常变化主动警示

2.时尚主题选择

3.可建立爱车参数

4.TPMS功能设置


路过

鸡蛋

鲜花

握手

雷人

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