一种采集和处理轮胎加速度信号的智能无线系统的制作方法

本发明涉及一种智能无线系统，特别涉及一种采集和处理轮胎加速度信号的智能无线系统。

背景技术：

目前，随着汽车工业的蓬勃发展与人民生活水平的显著提高，人民对汽车的安全性有了更强烈的需求。轮胎是汽车与路面接触的唯一部件，因此，通过轮胎对路面信息实时感知尤为重要。汽车的加速度信号是汽车动力学中的一项极其重要的数据，对于估算轮胎力，监测汽车的运动状态，保障汽车行驶状态的安全性有着重要意义。

轮胎信息采集的核心是使用安装在轮胎内部的传感器，实时监测轮胎的各种相关数据信息，从而实现监控轮胎运行状态的功能。在目前已有的智能轮胎系统中，使用传感器监测轮胎的各项信息逐渐被人重视，例如对轮胎内部压力的监测，轮胎内部温度的监测，轮胎变形的监测。虽然目前已有的智能轮胎系统对轮胎的相关参数和性能进行了采集，但对于轮胎加速度信号采集系统的研究还很少见。另外，轮胎在使用传感器采集各项信息时面临的关键问题之一是有线传输数据的缺陷，有线传输数据易导致轮毂漏气、加工复杂、实行性差、成本较高的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了监测汽车行驶过程中的三个方向的加速度信号，并将采集到的加速度信号经处理后存储在PC中，并且记录加速度信号发送和接收的时间。

为达到上述目的本发明提供了一种采集和处理轮胎加速度信号的智能无线系统。

本发明提供的采集和处理轮胎加速度信号的智能无线系统包括有采集、发射装置和接收、处理装置，其中采集、发射装置装配在车辆轮胎的胎冠内侧相对于接地印记的位置中心处，经过采集、发射装置采集到的车辆加速度信号能够被传送到接收、处理装置中进行存储和处理。

采集、发射装置包括有电源、恒流源、加速度传感器、AD转换模块、第一处理器和无线发射模块，其中恒流源、加速度传感器、AD转换模块、第一处理器和无线发射模块依次相连，恒流源为加速度传感器提供恒流，AD转换模块能够将接收到加速度传感器的模拟信号转化为数字信号传输给第一处理器，第一处理器还连接有第一时间单元，第一时间单元能够记录时间信息，并将接收到的数字信号信息和时间信息转化为串行数据，无线发射模块接收到第一处理器的串行数据，并通过天线以射频信号发出，电源分别通过电平转换模块依次与恒流源、AD转换模块和无线发射模块相连接，电平转换模块将电源的电压转化为适用于恒流源、AD转换模块和无线发射模块的电压，电源还与第一处理器相连接，电源为加速度传感器、AD转换模块、第一处理器和无线发射模块供电。

电源为纽扣电池，型号为cr2032。

加速度传感器为3133A2型三轴MEMS加速度传感器。

AD转换模块为AD7606芯片，该芯片能够处理±5V真双极性模拟信号，是具有十六位转换的高精度AD转换芯片。

接收、处理装置包括有接口电路、无线接收模块、第二处理器、CAN信号输出单元、CAN总线收发器、数据采集单元和PC端，其中无线接收模块、第二处理器、CAN信号输出单元、CAN总线收发器、数据采集单元和PC端依次相连，无线接收模块通过接收天线接收到射频信号，并将其转化为数字信号传输给第二处理器，第二处理器还连接有第二时间单元，第二时间单元能够记录无线接收模块接收信号的时间，第二处理器记录数字信号与时间信号，并发送给CAN信号输出单元，CAN总线收发器将CAN信号输出单元传送来的数字信号转化为差分电平信号传输给数据采集单元，数据采集单元将接收到的差分电平信号发送至PC端，PC端将接收到的信号信息进行存储和处理，接口电路分别与无线接收模块、第二处理器和CAN信号输出单元相连接，接口电路为无线接收模块、第二处理器和CAN信号输出单元供电。

采集、发射装置和接收、处理装置中的第一处理器和第二处理器的芯片均为STM32F103VBT6三十二位MCU微控器芯片。

采集、发射装置和接收、处理装置中的第一时间单元和第二时间单元采用的芯片均为DS1302绝对时钟芯片。

无线发射模块和无线接收模块采用的芯片为nRF24L01芯片，为工作在2.4GHz至2.5GHz的无线收发芯片。

CAN总线收发器为SN65HVD230D CAN总线收发器。

数据采集单元为MicroAutoBox II紧凑型单机版原型开发单元。

本发明的工作原理：

在轮胎的胎冠内侧相对于接地印记的位置中心处使用强力胶固定采集、发射装置，其中的无线发射模块负责发送通过加速度传感器获得的加速度信息，通过外部的无线接收模块获取该信息。

采集、发射装置中的电平转换模块用于将纽扣电池3v的直流电源转换为适用于恒流源、AD转换模块和无线发射模块的直流电源。恒流源为加速度传感器提供恒流。胶接在胎冠表面的加速度传感器在汽车行驶过程中，会产生X、Y、Z三个方向的加速度模拟信号，并将该模拟信号传递给AD转换模块，经AD转换模块转换为数字信号并发送给采集、发射装置中的第一处理器。与该第一处理器连接的第一时间单元记录采集加速度信号的时间信息并发送给第一处理器。采集、发射装置中的第一处理器接收加速度的数字信号信息和时间信息并将其转化为串行数据发送给无线发射模块，无线发射模块通过天线以射频信号发出。

接收、处理装置中的无线接收模块通过接收天线接收无线发射模块的射频信号，并将这组信号转化为数字信号，并发送给接收、处理装置中的第二处理器。与第二处理器连接的第二时间单元记录无线接收加速度信号的时间，并发送给第二处理器。接收、处理装置中的第二处理器将接收到的加速度传感器信号和时间信号转化为数字信息，发送给CAN信号输出单元，CAN总线收发器将接收到的数字信号转化为差分电平信号，并将该差分电平信号发送给数据采集单元，接收、处理装置中的PC端接收到智能轮胎传感器信号、轮胎内部发射模块发射时间及轮胎外部接收模块接收时间的信息并进行存储。

本发明的有益效果：

本发明采用无线传输的方式，提供一种使用三轴动态MEMS加速度传感器的采集和处理轮胎加速度信号的智能系统，监测汽车行驶过程中的三个方向的加速度信号；采用小体积的纽扣电池安装在轮胎内部，为加速度信号采集和发射部分供电的方式，最大限度的降低对轮胎性能的影响；并将采集到的加速度信号经无线发射、无线接收和处理后存储在轮胎外部的PC中，同时能够记录加速度信号发送和接收的时间。

附图说明

图1为本发明所述采集、发射装置安装位置示意图。

图2为本发明所述采集、发射装置结构示意图。

图3为本发明所述接收、处理装置结构示意图。

1、采集、发射装置 2、接收、处理装置 3、轮胎 4、电源 5、恒流源 6、加速度传感器 7、AD转换模块 8、第一处理器 9、无线发射模块 10、第一时间单元 11、电平转换模块 12、接口电路 13、无线接收模块 14、第二处理器 15、CAN信号输出单元 16、CAN总线收发器 17、数据采集单元 18、PC端 19、第二时间单元。

具体实施方式

请参阅图1、图2和图3所示：

本发明提供的采集和处理轮胎加速度信号的智能无线系统包括有采集、发射装置1和接收、处理装置2，其中采集、发射装置1装配在车辆轮胎3的胎冠内侧相对于接地印记的位置中心处，经过采集、发射装置1采集到的车辆加速度信号能够被传送到接收、处理装置2中进行存储和处理。

采集、发射装置1包括有电源4、恒流源5、加速度传感器6、AD转换模块7、第一处理器8和无线发射模块9，其中恒流源5、加速度传感器6、AD转换模块7、第一处理器8和无线发射模块9依次相连，恒流源5为加速度传感器6提供恒流，AD转换模块7能够将接收到加速度传感器6的模拟信号转化为数字信号传输给第一处理器8，第一处理器8还连接有第一时间单元10，第一时间单元10能够记录时间信息，并将接收到的数字信号信息和时间信息转化为串行数据，无线发射模块9接收到第一处理器8的串行数据，并通过天线以射频信号发出，电源4分别通过电平转换模块11依次与恒流源5、AD转换模块7和无线发射模块9相连接，电平转换模块11将电源4的电压转化为适用于恒流源5、AD转换模块7和无线发射模块9的电压，电源4还与第一处理器8相连接，电源4为加速度传感器6、AD转换模块7、第一处理器8和无线发射模块9供电。

电源4为纽扣电池，型号为cr2032。

加速度传感器6为3133A2型三轴MEMS加速度传感器。为DYTRAN公司生产。

AD转换模块7为AD7606芯片，该芯片能够处理±5V真双极性模拟信号，具有十六位转换的高精度AD转换芯片。是美国ADI公司生产。

接收、处理装置2包括有接口电路12、无线接收模块13、第二处理器14、CAN信号输出单元15、CAN总线收发器16、数据采集单元17和PC端18，其中无线接收模块13、第二处理器14、CAN信号输出单元15、CAN总线收发器16、数据采集单元17和PC端18依次相连，无线接收模块13通过接收天线接收到射频信号，并将其转化为数字信号传输给第二处理器14，第二处理器14还连接有第二时间单元19，第二时间单元19能够记录接收信号的时间，第二处理器14记录数字信号与时间信号，并发送给CAN信号输出单元15，CAN总线收发器16将CAN信号输出单元15传送来的数字信号转化为差分电平信号传输给数据采集单元17，数据采集单元17将接收到的差分电平信号发送至PC端18，PC端18将接收到的信号信息进行存储和处理，接口电路12分别与无线接收模块13、第二处理器14和CAN信号输出单元15相连接，接口电路12为无线接收模块13、第二处理器14和CAN信号输出单元15供电。

采集、发射装置1和接收、处理装置2中的第一处理器8和第二处理器14的芯片均为STM32F103VBT6三十二位MCU微控器芯片。为意法半导体公司生产。

采集、发射装置1和接收、处理装置2中的第一时间单元10和第二时间单元19采用的芯片均为DS1302绝对时钟芯片。为美国DALLAS公司生产的绝对时钟芯片。

无线发射模块9和无线接收模块13采用的芯片为nRF24L01芯片，为工作在2.4GHz至2.5GHz无线收发芯片。为挪威Nordic公司生产。

CAN总线收发器为SN65HVD230D CAN总线收发器。为TI公司生产。

数据采集单元为MicroAutoBox II紧凑型单机版原型开发单元。

本发明的工作原理：

在轮胎3的胎冠内侧相对于接地印记的位置中心处使用强力胶固定采集、发射装置1，其中的无线发射模块9负责发送通过加速度传感器6获得的加速度信息，通过外部的无线接收模块13获取该信息。

采集、发射装置1中的三个电平转换模块11用于将纽扣电池3v的直流电源转换为适用于恒流源5、AD转换模块7和无线发射模块9的直流电源。恒流源5为加速度传感器6提供恒流。胶接在胎冠表面的加速度传感器6在汽车行驶过程中，会产生X、Y、Z三个方向的加速度模拟信号，并将该模拟信号传递给AD转换模块7，经AD转换模块7转换为数字信号并发送给采集、发射装置1中的第一处理器8。与该第一处理器8连接的第一时间单元10记录无线发射模块发射加速度信号的时间信息并发送给第一处理器8。采集、发射装置1中的第一处理器8接收加速度的数字信号信息和时间信息并将其转化为串行数据发送给无线发射模块9，无线发射模块9通过天线以射频信号发出。

接收、处理装置2中的无线接收模块13通过接收天线接收无线发射模块9的射频信号，并将这组信号转化为数字信号，并发送给接收、处理装置2中的第二处理器14。与第二处理器14连接的第二时间单元19记录无线接收模块接收加速度信号的时间，并发送给第二处理器14。接收、处理装置2中的第二处理器14将接收到的加速度传感器6信号和时间信号转化为数字信息，发送给CAN信号输出单元15，CAN总线收发器16将接收到的数字信号转化为差分电平信号，并将该差分电平信号发送给数据采集单元17，接收、处理装置2中的PC端18接收到智能轮胎传感器信号、轮胎内部无线发射模块9发射时间及轮胎外部无线接收模块13接收时间的信息并进行存储。