來源：單片機及嵌入式系統應用 作者：漯河職業技術學院 張平川 鄭冬強

摘要 根據轎車輪胎漏氣時產生超聲波的機理，采用TI公司高性能DSPTMS320LF240X微處理器技術，設計開發一種高性能、高可靠性的轎車輪胎漏氣檢測系統。對于廈時發現轎車輪胎漏氣，提高轎車行駛的安全性具有很高的實用價值。

關鍵詞 超聲波DSP 漏氣檢測 轎車輪胎

隨著我國轎車工業的發展，轎車越來越普及。由于各種原因，轎車在行駛過程中，經常會發生輪胎漏氣的現象。如果不及時檢測發現，輕則耽誤行程，重則造成事故；因此，設計一種檢測輪胎漏氣系統對于提高轎車行駛的安全性有著非常重要的意義。筆者采用美國TI公司的DSPTMS320LF240X微處理器芯片，根據輪胎漏氣產生超聲波的原理，設計了一種轎車輪胎漏氣檢測系統。

1 檢測原理
轎車輪胎類似一個充滿氣體的容器。當其內部壓強大于外部壓強時，由于內外壓差較大，一旦容器有漏孔(漏孔可以是扎破的小孔或者氣門)，氣體就會從漏孔沖出。當漏孔尺寸較小且雷諾數較高時，沖出的氣體就會形成湍流。湍流在漏孔附近會產生一定頻率的聲波，如圖l所示。聲波振動的頻率與漏孔的大小有關。漏孔較大時，人耳可聽到漏氣聲；漏孔很小且聲波頻率高于20kHz時，人耳就聽不到了。但它們能在空氣中傳播，這種渡被稱作空載超聲波。超聲波是高頻短波信號，其強度隨著離開聲源(漏孔)距離的增加而迅速衰減。

根據著名學者馬大猷教授推出的公式：

式中：L為垂直方向距離漏孔lm處的聲壓級，單位為dB；D為漏孔直徑，單位為mm；D0=1mm；Po為環境大氣絕對壓力；P為漏氣孔駐壓。

可知，在與漏氣孔的距離一定時，漏氣超聲波的聲壓級是隨漏氣孔尺寸和系統壓力的變化而變化的，其頻譜峰值也是隨漏氣孔的尺寸和壓力的變化而變化的。漏氣產生的超聲渡頻帶比較寬，一般為20kHz～100kHz。在一定的漏氣孔徑和壓力下，如果漏氣超聲波的頻譜峰值是在38 kHz點，那么加大孔徑以后，它的頻譜峰值可能出現在36 kHz點；如果孔徑不變，則加大系統內外壓差，頻譜峰值可能會出現在43 kHz點。

圖2為輪胎漏氣產生的頻譜示意圖。由圖可知，在40 kHz點的漏氣超聲波能量都是比較大的，而且漏氣聲和本底噪聲能量差值也最大。

2 系統硬件實現
通過實驗可知，在40 kHz點的漏氣超聲波能量都是比較大的，而且漏氣聲和本底噪聲能量差值也最大。系統只需要檢測40 kHz點的漏氣超聲波強度，即可保證系統的靈敏度。

本設計采用美國TI公司新一代性能優良的DSP微處理器芯片TMS320LF2407A。其工作頻率達40MHz，內部具有豐富的資源，如5KB RAM、64KB Flash ROM、16路PWM、4路QEP、16路10位500 ns A／D、4個16位定時器和1個Watchdog；供電電壓僅為3．3 V，適應溫度為一40～：125℃；CAN／UART／SPI各1路，主要負責A／D轉換，對A／D轉換后的信號進行分析處理，對LCD及電源進行管理。TMS320LF240X是基于C2XLP 16位的定點低功耗的數字信號處理器系列，TMS320LF2407A型處理器是此系列中的最新產品。40MIPS的處理速度可以提供遠遠超過傳統的16位微控制器和微處理器的性能。其內置的10位A／D轉換電路可以使電路簡化。

系統原理框圖如圖3所示。系統分為模擬和數字兩部分。模擬部分包括4路(4個輪胎)信號放大電路和音頻處理電路等。信號放大電路由前置放大電路、帶通濾波電路和二次放大電路組成。數字部分主要由DSP、LCD、RAM和鍵盤等外圍設備組成。傳感器信號經過放大濾波后，交DSP處理。

2．1 信號放大電路
圖4為車輪1模擬電路的信號放大部分(其他3個車輪檢測電路相同)。

前置放大電路選用ADI公司的專用高精度儀器三運放AD620。AD620是由3個精密運放集成的差分專用儀器運放，具有低偏