一種採集和處理輪胎加速度信號的智能無線系統的製作方法

2023-06-14 03:13:51 1

本發明涉及一種智能無線系統，特別涉及一種採集和處理輪胎加速度信號的智能無線系統。

背景技術：

目前，隨著汽車工業的蓬勃發展與人民生活水平的顯著提高，人民對汽車的安全性有了更強烈的需求。輪胎是汽車與路面接觸的唯一部件，因此，通過輪胎對路面信息實時感知尤為重要。汽車的加速度信號是汽車動力學中的一項極其重要的數據，對於估算輪胎力，監測汽車的運動狀態，保障汽車行駛狀態的安全性有著重要意義。

輪胎信息採集的核心是使用安裝在輪胎內部的傳感器，實時監測輪胎的各種相關數據信息，從而實現監控輪胎運行狀態的功能。在目前已有的智能輪胎系統中，使用傳感器監測輪胎的各項信息逐漸被人重視，例如對輪胎內部壓力的監測，輪胎內部溫度的監測，輪胎變形的監測。雖然目前已有的智能輪胎系統對輪胎的相關參數和性能進行了採集，但對於輪胎加速度信號採集系統的研究還很少見。另外，輪胎在使用傳感器採集各項信息時面臨的關鍵問題之一是有線傳輸數據的缺陷，有線傳輸數據易導致輪轂漏氣、加工複雜、實行性差、成本較高的問題。

技術實現要素：

本發明的目的是為了監測汽車行駛過程中的三個方向的加速度信號，並將採集到的加速度信號經處理後存儲在PC中，並且記錄加速度信號發送和接收的時間。

為達到上述目的本發明提供了一種採集和處理輪胎加速度信號的智能無線系統。

本發明提供的採集和處理輪胎加速度信號的智能無線系統包括有採集、發射裝置和接收、處理裝置，其中採集、發射裝置裝配在車輛輪胎的胎冠內側相對於接地印記的位置中心處，經過採集、發射裝置採集到的車輛加速度信號能夠被傳送到接收、處理裝置中進行存儲和處理。

採集、發射裝置包括有電源、恆流源、加速度傳感器、AD轉換模塊、第一處理器和無線發射模塊，其中恆流源、加速度傳感器、AD轉換模塊、第一處理器和無線發射模塊依次相連，恆流源為加速度傳感器提供恆流，AD轉換模塊能夠將接收到加速度傳感器的模擬信號轉化為數位訊號傳輸給第一處理器，第一處理器還連接有第一時間單元，第一時間單元能夠記錄時間信息，並將接收到的數位訊號信息和時間信息轉化為串行數據，無線發射模塊接收到第一處理器的串行數據，並通過天線以射頻信號發出，電源分別通過電平轉換模塊依次與恆流源、AD轉換模塊和無線發射模塊相連接，電平轉換模塊將電源的電壓轉化為適用於恆流源、AD轉換模塊和無線發射模塊的電壓，電源還與第一處理器相連接，電源為加速度傳感器、AD轉換模塊、第一處理器和無線發射模塊供電。

電源為紐扣電池，型號為cr2032。

加速度傳感器為3133A2型三軸MEMS加速度傳感器。

AD轉換模塊為AD7606晶片，該晶片能夠處理±5V真雙極性模擬信號，是具有十六位轉換的高精度AD轉換晶片。

接收、處理裝置包括有接口電路、無線接收模塊、第二處理器、CAN信號輸出單元、CAN總線收發器、數據採集單元和PC端，其中無線接收模塊、第二處理器、CAN信號輸出單元、CAN總線收發器、數據採集單元和PC端依次相連，無線接收模塊通過接收天線接收到射頻信號，並將其轉化為數位訊號傳輸給第二處理器，第二處理器還連接有第二時間單元，第二時間單元能夠記錄無線接收模塊接收信號的時間，第二處理器記錄數位訊號與時間信號，並發送給CAN信號輸出單元，CAN總線收發器將CAN信號輸出單元傳送來的數位訊號轉化為差分電平信號傳輸給數據採集單元，數據採集單元將接收到的差分電平信號發送至PC端，PC端將接收到的信號信息進行存儲和處理，接口電路分別與無線接收模塊、第二處理器和CAN信號輸出單元相連接，接口電路為無線接收模塊、第二處理器和CAN信號輸出單元供電。

採集、發射裝置和接收、處理裝置中的第一處理器和第二處理器的晶片均為STM32F103VBT6三十二位MCU微控器晶片。

採集、發射裝置和接收、處理裝置中的第一時間單元和第二時間單元採用的晶片均為DS1302絕對時鐘晶片。

無線發射模塊和無線接收模塊採用的晶片為nRF24L01晶片，為工作在2.4GHz至2.5GHz的無線收發晶片。

CAN總線收發器為SN65HVD230D CAN總線收發器。

數據採集單元為MicroAutoBox II緊湊型單機版原型開發單元。

本發明的工作原理：

在輪胎的胎冠內側相對於接地印記的位置中心處使用強力膠固定採集、發射裝置，其中的無線發射模塊負責發送通過加速度傳感器獲得的加速度信息，通過外部的無線接收模塊獲取該信息。

採集、發射裝置中的電平轉換模塊用於將紐扣電池3v的直流電源轉換為適用於恆流源、AD轉換模塊和無線發射模塊的直流電源。恆流源為加速度傳感器提供恆流。膠接在胎冠表面的加速度傳感器在汽車行駛過程中，會產生X、Y、Z三個方向的加速度模擬信號，並將該模擬信號傳遞給AD轉換模塊，經AD轉換模塊轉換為數位訊號並發送給採集、發射裝置中的第一處理器。與該第一處理器連接的第一時間單元記錄採集加速度信號的時間信息並發送給第一處理器。採集、發射裝置中的第一處理器接收加速度的數位訊號信息和時間信息並將其轉化為串行數據發送給無線發射模塊，無線發射模塊通過天線以射頻信號發出。

接收、處理裝置中的無線接收模塊通過接收天線接收無線發射模塊的射頻信號，並將這組信號轉化為數位訊號，並發送給接收、處理裝置中的第二處理器。與第二處理器連接的第二時間單元記錄無線接收加速度信號的時間，並發送給第二處理器。接收、處理裝置中的第二處理器將接收到的加速度傳感器信號和時間信號轉化為數字信息，發送給CAN信號輸出單元，CAN總線收發器將接收到的數位訊號轉化為差分電平信號，並將該差分電平信號發送給數據採集單元，接收、處理裝置中的PC端接收到智能輪胎傳感器信號、輪胎內部發射模塊發射時間及輪胎外部接收模塊接收時間的信息並進行存儲。

本發明的有益效果：

本發明採用無線傳輸的方式，提供一種使用三軸動態MEMS加速度傳感器的採集和處理輪胎加速度信號的智能系統，監測汽車行駛過程中的三個方向的加速度信號；採用小體積的紐扣電池安裝在輪胎內部，為加速度信號採集和發射部分供電的方式，最大限度的降低對輪胎性能的影響；並將採集到的加速度信號經無線發射、無線接收和處理後存儲在輪胎外部的PC中，同時能夠記錄加速度信號發送和接收的時間。

附圖說明

圖1為本發明所述採集、發射裝置安裝位置示意圖。

圖2為本發明所述採集、發射裝置結構示意圖。

圖3為本發明所述接收、處理裝置結構示意圖。

1、採集、發射裝置 2、接收、處理裝置 3、輪胎 4、電源 5、恆流源 6、加速度傳感器 7、AD轉換模塊 8、第一處理器 9、無線發射模塊 10、第一時間單元 11、電平轉換模塊 12、接口電路 13、無線接收模塊 14、第二處理器 15、CAN信號輸出單元 16、CAN總線收發器 17、數據採集單元 18、PC端 19、第二時間單元。

具體實施方式

請參閱圖1、圖2和圖3所示：

本發明提供的採集和處理輪胎加速度信號的智能無線系統包括有採集、發射裝置1和接收、處理裝置2，其中採集、發射裝置1裝配在車輛輪胎3的胎冠內側相對於接地印記的位置中心處，經過採集、發射裝置1採集到的車輛加速度信號能夠被傳送到接收、處理裝置2中進行存儲和處理。

採集、發射裝置1包括有電源4、恆流源5、加速度傳感器6、AD轉換模塊7、第一處理器8和無線發射模塊9，其中恆流源5、加速度傳感器6、AD轉換模塊7、第一處理器8和無線發射模塊9依次相連，恆流源5為加速度傳感器6提供恆流，AD轉換模塊7能夠將接收到加速度傳感器6的模擬信號轉化為數位訊號傳輸給第一處理器8，第一處理器8還連接有第一時間單元10，第一時間單元10能夠記錄時間信息，並將接收到的數位訊號信息和時間信息轉化為串行數據，無線發射模塊9接收到第一處理器8的串行數據，並通過天線以射頻信號發出，電源4分別通過電平轉換模塊11依次與恆流源5、AD轉換模塊7和無線發射模塊9相連接，電平轉換模塊11將電源4的電壓轉化為適用於恆流源5、AD轉換模塊7和無線發射模塊9的電壓，電源4還與第一處理器8相連接，電源4為加速度傳感器6、AD轉換模塊7、第一處理器8和無線發射模塊9供電。

電源4為紐扣電池，型號為cr2032。

加速度傳感器6為3133A2型三軸MEMS加速度傳感器。為DYTRAN公司生產。

AD轉換模塊7為AD7606晶片，該晶片能夠處理±5V真雙極性模擬信號，具有十六位轉換的高精度AD轉換晶片。是美國ADI公司生產。

接收、處理裝置2包括有接口電路12、無線接收模塊13、第二處理器14、CAN信號輸出單元15、CAN總線收發器16、數據採集單元17和PC端18，其中無線接收模塊13、第二處理器14、CAN信號輸出單元15、CAN總線收發器16、數據採集單元17和PC端18依次相連，無線接收模塊13通過接收天線接收到射頻信號，並將其轉化為數位訊號傳輸給第二處理器14，第二處理器14還連接有第二時間單元19，第二時間單元19能夠記錄接收信號的時間，第二處理器14記錄數位訊號與時間信號，並發送給CAN信號輸出單元15，CAN總線收發器16將CAN信號輸出單元15傳送來的數位訊號轉化為差分電平信號傳輸給數據採集單元17，數據採集單元17將接收到的差分電平信號發送至PC端18，PC端18將接收到的信號信息進行存儲和處理，接口電路12分別與無線接收模塊13、第二處理器14和CAN信號輸出單元15相連接，接口電路12為無線接收模塊13、第二處理器14和CAN信號輸出單元15供電。

採集、發射裝置1和接收、處理裝置2中的第一處理器8和第二處理器14的晶片均為STM32F103VBT6三十二位MCU微控器晶片。為意法半導體公司生產。

採集、發射裝置1和接收、處理裝置2中的第一時間單元10和第二時間單元19採用的晶片均為DS1302絕對時鐘晶片。為美國DALLAS公司生產的絕對時鐘晶片。

無線發射模塊9和無線接收模塊13採用的晶片為nRF24L01晶片，為工作在2.4GHz至2.5GHz無線收發晶片。為挪威Nordic公司生產。

CAN總線收發器為SN65HVD230D CAN總線收發器。為TI公司生產。

數據採集單元為MicroAutoBox II緊湊型單機版原型開發單元。

本發明的工作原理：

在輪胎3的胎冠內側相對於接地印記的位置中心處使用強力膠固定採集、發射裝置1，其中的無線發射模塊9負責發送通過加速度傳感器6獲得的加速度信息，通過外部的無線接收模塊13獲取該信息。

採集、發射裝置1中的三個電平轉換模塊11用於將紐扣電池3v的直流電源轉換為適用於恆流源5、AD轉換模塊7和無線發射模塊9的直流電源。恆流源5為加速度傳感器6提供恆流。膠接在胎冠表面的加速度傳感器6在汽車行駛過程中，會產生X、Y、Z三個方向的加速度模擬信號，並將該模擬信號傳遞給AD轉換模塊7，經AD轉換模塊7轉換為數位訊號並發送給採集、發射裝置1中的第一處理器8。與該第一處理器8連接的第一時間單元10記錄無線發射模塊發射加速度信號的時間信息並發送給第一處理器8。採集、發射裝置1中的第一處理器8接收加速度的數位訊號信息和時間信息並將其轉化為串行數據發送給無線發射模塊9，無線發射模塊9通過天線以射頻信號發出。

接收、處理裝置2中的無線接收模塊13通過接收天線接收無線發射模塊9的射頻信號，並將這組信號轉化為數位訊號，並發送給接收、處理裝置2中的第二處理器14。與第二處理器14連接的第二時間單元19記錄無線接收模塊接收加速度信號的時間，並發送給第二處理器14。接收、處理裝置2中的第二處理器14將接收到的加速度傳感器6信號和時間信號轉化為數字信息，發送給CAN信號輸出單元15，CAN總線收發器16將接收到的數位訊號轉化為差分電平信號，並將該差分電平信號發送給數據採集單元17，接收、處理裝置2中的PC端18接收到智能輪胎傳感器信號、輪胎內部無線發射模塊9發射時間及輪胎外部無線接收模塊13接收時間的信息並進行存儲。