本發(fā)明涉及一種智能無線系統(tǒng)，特別涉及一種采集和處理輪胎加速度信號的智能無線系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，隨著汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)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(xué)中的一項極其重要的數(shù)據(jù)，對于估算輪胎力，監(jiān)測汽車的運動狀態(tài)，保障汽車行駛狀態(tài)的安全性有著重要意義。

輪胎信息采集的核心是使用安裝在輪胎內(nèi)部的傳感器，實時監(jiān)測輪胎的各種相關(guān)數(shù)據(jù)信息，從而實現(xiàn)監(jiān)控輪胎運行狀態(tài)的功能。在目前已有的智能輪胎系統(tǒng)中，使用傳感器監(jiān)測輪胎的各項信息逐漸被人重視，例如對輪胎內(nèi)部壓力的監(jiān)測，輪胎內(nèi)部溫度的監(jiān)測，輪胎變形的監(jiān)測。雖然目前已有的智能輪胎系統(tǒng)對輪胎的相關(guān)參數(shù)和性能進行了采集，但對于輪胎加速度信號采集系統(tǒng)的研究還很少見。另外，輪胎在使用傳感器采集各項信息時面臨的關(guān)鍵問題之一是有線傳輸數(shù)據(jù)的缺陷，有線傳輸數(shù)據(jù)易導(dǎo)致輪轂漏氣、加工復(fù)雜、實行性差、成本較高的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了監(jiān)測汽車行駛過程中的三個方向的加速度信號，并將采集到的加速度信號經(jīng)處理后存儲在PC中，并且記錄加速度信號發(fā)送和接收的時間。

為達到上述目的本發(fā)明提供了一種采集和處理輪胎加速度信號的智能無線系統(tǒng)。

本發(fā)明提供的采集和處理輪胎加速度信號的智能無線系統(tǒng)包括有采集、發(fā)射裝置和接收、處理裝置，其中采集、發(fā)射裝置裝配在車輛輪胎的胎冠內(nèi)側(cè)相對于接地印記的位置中心處，經(jīng)過采集、發(fā)射裝置采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。

采集、發(fā)射裝置包括有電源、恒流源、加速度傳感器、AD轉(zhuǎn)換模塊、第一處理器和無線發(fā)射模塊，其中恒流源、加速度傳感器、AD轉(zhuǎn)換模塊、第一處理器和無線發(fā)射模塊依次相連，恒流源為加速度傳感器提供恒流，AD轉(zhuǎn)換模塊能夠?qū)⒔邮盏郊铀俣葌鞲衅鞯哪M信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信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，并將接收到的數(shù)字信號信息和時間信息轉(zhuǎn)化為串行數(shù)據(jù)，無線發(fā)射模塊接收到第一處理器的串行數(shù)據(jù)，并通過天線以射頻信號發(fā)出，電源分別通過電平轉(zhuǎn)換模塊依次與恒流源、AD轉(zhuǎn)換模塊和無線發(fā)射模塊相連接，電平轉(zhuǎn)換模塊將電源的電壓轉(zhuǎn)化為適用于恒流源、AD轉(zhuǎn)換模塊和無線發(fā)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(zhuǎn)換模塊、第一處理器和無線發(fā)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(zhuǎn)換模塊為AD7606芯片，該芯片能夠處理±5V真雙極性模擬信號，是具有十六位轉(zhuǎn)換的高精度AD轉(zhuǎn)換芯片。

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(fā)器、數(shù)據(jù)采集單元和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(fā)器、數(shù)據(jù)采集單元和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，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信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(shù)字信號與時間信號，并發(fā)送給CAN信號輸出單元，CAN總線收發(fā)器將CAN信號輸出單元傳送來的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為差分電平信號傳輸給數(shù)據(jù)采集單元，數(shù)據(jù)采集單元將接收到的差分電平信號發(fā)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。

采集、發(fā)射裝置和接收、處理裝置中的第一處理器和第二處理器的芯片均為STM32F103VBT6三十二位MCU微控器芯片。

采集、發(fā)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采用的芯片均為DS1302絕對時鐘芯片。

無線發(fā)射模塊和無線接收模塊采用的芯片為nRF24L01芯片，為工作在2.4GHz至2.5GHz的無線收發(fā)芯片。

CAN總線收發(fā)器為SN65HVD230D CAN總線收發(fā)器。

數(shù)據(jù)采集單元為MicroAutoBox II緊湊型單機版原型開發(fā)單元。

本發(fā)明的工作原理：

在輪胎的胎冠內(nèi)側(cè)相對于接地印記的位置中心處使用強力膠固定采集、發(fā)射裝置，其中的無線發(fā)射模塊負責發(fā)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。

采集、發(fā)射裝置中的電平轉(zhuǎn)換模塊用于將紐扣電池3v的直流電源轉(zhuǎn)換為適用于恒流源、AD轉(zhuǎn)換模塊和無線發(fā)射模塊的直流電源。恒流源為加速度傳感器提供恒流。膠接在胎冠表面的加速度傳感器在汽車行駛過程中，會產(chǎn)生X、Y、Z三個方向的加速度模擬信號，并將該模擬信號傳遞給AD轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并發(fā)送給采集、發(fā)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采集加速度信號的時間信息并發(fā)送給第一處理器。采集、發(fā)射裝置中的第一處理器接收加速度的數(shù)字信號信息和時間信息并將其轉(zhuǎn)化為串行數(shù)據(jù)發(fā)送給無線發(fā)射模塊，無線發(fā)射模塊通過天線以射頻信號發(fā)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(fā)射模塊的射頻信號，并將這組信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并發(fā)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，并發(fā)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(zhuǎn)化為數(shù)字信息，發(fā)送給CAN信號輸出單元，CAN總線收發(fā)器將接收到的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為差分電平信號，并將該差分電平信號發(fā)送給數(shù)據(jù)采集單元，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(nèi)部發(fā)射模塊發(fā)射時間及輪胎外部接收模塊接收時間的信息并進行存儲。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明采用無線傳輸?shù)姆绞?，提供一種使用三軸動態(tài)MEMS加速度傳感器的采集和處理輪胎加速度信號的智能系統(tǒng)，監(jiān)測汽車行駛過程中的三個方向的加速度信號；采用小體積的紐扣電池安裝在輪胎內(nèi)部，為加速度信號采集和發(fā)射部分供電的方式，最大限度的降低對輪胎性能的影響；并將采集到的加速度信號經(jīng)無線發(fā)射、無線接收和處理后存儲在輪胎外部的PC中，同時能夠記錄加速度信號發(fā)送和接收的時間。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述采集、發(fā)射裝置安裝位置示意圖。

圖2為本發(fā)明所述采集、發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明所述接收、處理裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

1、采集、發(fā)射裝置 2、接收、處理裝置 3、輪胎 4、電源 5、恒流源 6、加速度傳感器 7、AD轉(zhuǎn)換模塊 8、第一處理器 9、無線發(fā)射模塊 10、第一時間單元 11、電平轉(zhuǎn)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(fā)器 17、數(shù)據(jù)采集單元 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(fā)明提供的采集和處理輪胎加速度信號的智能無線系統(tǒng)包括有采集、發(fā)射裝置1和接收、處理裝置2，其中采集、發(fā)射裝置1裝配在車輛輪胎3的胎冠內(nèi)側(cè)相對于接地印記的位置中心處，經(jīng)過采集、發(fā)射裝置1采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。

采集、發(fā)射裝置1包括有電源4、恒流源5、加速度傳感器6、AD轉(zhuǎn)換模塊7、第一處理器8和無線發(fā)射模塊9，其中恒流源5、加速度傳感器6、AD轉(zhuǎn)換模塊7、第一處理器8和無線發(fā)射模塊9依次相連，恒流源5為加速度傳感器6提供恒流，AD轉(zhuǎn)換模塊7能夠?qū)⒔邮盏郊铀俣葌鞲衅?的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信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，并將接收到的數(shù)字信號信息和時間信息轉(zhuǎn)化為串行數(shù)據(jù)，無線發(fā)射模塊9接收到第一處理器8的串行數(shù)據(jù)，并通過天線以射頻信號發(fā)出，電源4分別通過電平轉(zhuǎn)換模塊11依次與恒流源5、AD轉(zhuǎn)換模塊7和無線發(fā)射模塊9相連接，電平轉(zhuǎn)換模塊11將電源4的電壓轉(zhuǎn)化為適用于恒流源5、AD轉(zhuǎn)換模塊7和無線發(fā)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(zhuǎn)換模塊7、第一處理器8和無線發(fā)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(chǎn)。

AD轉(zhuǎn)換模塊7為AD7606芯片，該芯片能夠處理±5V真雙極性模擬信號，具有十六位轉(zhuǎn)換的高精度AD轉(zhuǎn)換芯片。是美國ADI公司生產(chǎn)。

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(fā)器16、數(shù)據(jù)采集單元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(fā)器16、數(shù)據(jù)采集單元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，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信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(shù)字信號與時間信號，并發(fā)送給CAN信號輸出單元15，CAN總線收發(fā)器16將CAN信號輸出單元15傳送來的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為差分電平信號傳輸給數(shù)據(jù)采集單元17，數(shù)據(jù)采集單元17將接收到的差分電平信號發(fā)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。

采集、發(fā)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的芯片均為STM32F103VBT6三十二位MCU微控器芯片。為意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)。

采集、發(fā)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采用的芯片均為DS1302絕對時鐘芯片。為美國DALLAS公司生產(chǎn)的絕對時鐘芯片。

無線發(fā)射模塊9和無線接收模塊13采用的芯片為nRF24L01芯片，為工作在2.4GHz至2.5GHz無線收發(fā)芯片。為挪威Nordic公司生產(chǎn)。

CAN總線收發(fā)器為SN65HVD230D CAN總線收發(fā)器。為TI公司生產(chǎn)。

數(shù)據(jù)采集單元為MicroAutoBox II緊湊型單機版原型開發(fā)單元。

本發(fā)明的工作原理：

在輪胎3的胎冠內(nèi)側(cè)相對于接地印記的位置中心處使用強力膠固定采集、發(fā)射裝置1，其中的無線發(fā)射模塊9負責發(fā)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。

采集、發(fā)射裝置1中的三個電平轉(zhuǎn)換模塊11用于將紐扣電池3v的直流電源轉(zhuǎn)換為適用于恒流源5、AD轉(zhuǎn)換模塊7和無線發(fā)射模塊9的直流電源。恒流源5為加速度傳感器6提供恒流。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(chǎn)生X、Y、Z三個方向的加速度模擬信號，并將該模擬信號傳遞給AD轉(zhuǎn)換模塊7，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換模塊7轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并發(fā)送給采集、發(fā)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(fā)射模塊發(fā)射加速度信號的時間信息并發(fā)送給第一處理器8。采集、發(fā)射裝置1中的第一處理器8接收加速度的數(shù)字信號信息和時間信息并將其轉(zhuǎn)化為串行數(shù)據(jù)發(fā)送給無線發(fā)射模塊9，無線發(fā)射模塊9通過天線以射頻信號發(fā)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(fā)射模塊9的射頻信號，并將這組信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并發(fā)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，并發(fā)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(zhuǎn)化為數(shù)字信息，發(fā)送給CAN信號輸出單元15，CAN總線收發(fā)器16將接收到的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為差分電平信號，并將該差分電平信號發(fā)送給數(shù)據(jù)采集單元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(nèi)部無線發(fā)射模塊9發(fā)射時間及輪胎外部無線接收模塊13接收時間的信息并進行存儲。