汽车胎压监测系统设计Word格式.doc
- 文档编号:7006083
- 上传时间:2023-05-07
- 格式:DOC
- 页数:46
- 大小:2.36MB
汽车胎压监测系统设计Word格式.doc
《汽车胎压监测系统设计Word格式.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《汽车胎压监测系统设计Word格式.doc(46页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
传感器;
胎压
ABSTRACT
Withthedevelopmentofthetimesandtheprogressofscienceandtechnology,theautomobilehasbecomeacommonandindispensablemeansoftransportation.Withtheincreaseofthenumberofcars,thenumberoftrafficaccidentsisincreasing,andtheabnormaltirepressurebecomesanimportantincentive.Tosolvethisproblem,amonitoringsystemofautomobiletirepressurebasedonsinglechipmicrocomputerispresentedinthispaper.Thefunctionoftestingthetirepressureoftheautomobileisrealized.ThethreedifferentmeasuringunitsaredisplayedthroughtheLCDtotheuser.Ifthepresetthresholdisexceeded,thealarmwillbesenttoremindthedrivertodrivesafely.
Thisdesignmainlyincludestwoparts:
hardwaredesignandsoftwaredesign.Thehardwarepartmainlyincludesthebarometricpressuresensor,BMP085,STC89C52monolithicintegratedcircuitand1602LCDandsoon.TheanalogvoltagevaluerelativetothetirepressureisobtainedbythepressuresensorBMP085,whichisinputtotheMCUbytheV/Ftransformation,andfinallythecorrespondingbarometricvalueisdisplayedbytheLCDdisplaycircuit.ThesoftwareadoptsClanguageassoftwaredevelopmenttools,intheKeilCenvironmentforsettinguptheMCUportandtimerworkingmodeandserialportmode,andthetimerandserialportinordertoachievebetweenthemicrocontrollerandthefunctionalmodulesofthechipcommunicationandcontactsettinginitialization,designandencodinganddistributionaddressspaceprogramvariablessuchasaccount.
Throughthesoftwaresimulationandthedebuggingoftheobject,thesystem'
sreliability,stabilityandotherperformancetestsarecompleted,andtheexpectedfunctionisachieved.Itprovidesacertaindatareferenceforfurtherresearchandapplication.
Keywords:
pressuresensor;
tirepressure;
MCU
目录
摘要 I
ABSTRACT II
1前言 1
1.1研究背景及意义 1
1.2国内外研究和发展的概况 1
1.3本设计内容 2
2系统总体设计 4
2.1总体设计思路 4
2.2软硬件设计方案 5
2.2.1硬件部分 5
2.2.2软件部分 5
3系统的硬件设计 7
3.1硬件设计思路 7
3.2单片机最小系统 7
3.2.1晶振电路 8
3.2.2供电电路 9
3.2.3复位电路 9
3.3信号采集电路 10
3.3.1无线模块 10
3.3.2传感器电路 11
3.4电源转换电路 13
3.5显示电路 13
3.6按键输入电路 15
3.7报警电路 16
4系统的软件设计 18
4.1软件设计思路 18
4.1.1如何由频率计算出气压值 18
4.1.2软件设计功能及重要的说明 18
4.2程序流程图 19
4.3程序实现及调试 21
4.4系统仿真及调试 22
4.5系统制作及调试 24
4.5.1系统的制作 25
4.5.2系统的调试 26
5结论 29
参考文献 30
致谢 31
附录A系统设计原理图 32
附录B仿真图 34
图C仿真图 34
附录C程序清单 35
附录D元件清单 40
附录E实物图 41
IV
1前言
1.1研究背景及意义
随着交通运输的不断发展,汽车数量和车速也越来越高。
而伴随着的则是对安全严重考验。
而爆胎,疲劳驾驶,超速已经成为了三大交通事故杀手。
而其中以汽车爆胎的难预测和不确定性成为了司机头疼不已的事情。
据统计,在中国因为爆胎引发的事故比例达70%,在美国更是高达80%[1]。
因此怎么样防止汽车爆胎原因成为了一项重要课题。
据国家轮胎质量监督中心专家研究发现,汽车轮胎气压正常与否是一项重要因素。
因此汽车轮胎压力监测系统(简称TPMS)则变成了最理想的工具。
汽车轮胎压力监测系统应运而生。
所以轮胎气压情况检测是必须的,而气压量是无法通过肉眼观测的,而且在高速行驶时也是不实际的,TPMS可以帮助人们随时随地不间断的监测气压量[2]。
从经济性上考虑,据统计和试验验证气压量每下降十分之一而轮胎的寿命会缩短四分之一。
不仅如此,从油耗上看,汽车轮胎气压量下降时会使得轮胎与地面摩擦力下降,而且轮胎抓地力不牢导致油耗会上升。
根据实验研究气量下降十分之一时在相同油量下汽车行驶会下降2%。
同时在汽车保养方面,当气压量下降时汽车底盘下沉,悬挂系统也会受到损伤,时间一长造成极大的经济损失。
不仅如此,这些损伤还;
会造成交通事故,造成人身安全危害[3]。
1.2国内外研究和发展的概况
早在2001年美国就通过了TRAD法案,法案要求到2007年所有美国销售的新车都必须将TPMS作为标准配置。
美国国家公路安全管理局(NHTHA)2002年颁布的法规要求监控器在轮胎气压低于生产商推荐值的25%~30%时向司机报警,建议从2004年开始新车应安装轮胎气压监测系统(TPMS)[4]。
继美国之后,欧洲也制定相应的法规,要求其国内的汽车厂商安装TPMS。
在2004年美国印第安纳波利斯博览会上,加拿大轮胎设备公司推出了世界上第二套摩托车轮胎专用TPMS;
第一套是由英国Metasystem公司2002年推出的[5]。
该产品能够在摩托车行驶过程当中监测和显示出每只轮胎的充气内压和温度信息,如果出现偏差,就会通过报警灯提醒乘骑者注意。
日本阿尔卑斯电气公司开发的不需要电池的汽车轮胎气压监测系统最近通过有关试验验证,符合欧洲及美国的电磁波相关法律规定,今后将以行驶条件及轮胎种类等因素的影响为中心进行评测,计划在欧美、日本等地进行实地试验,2004年8月开始提供样品,2006年投入批量生产。
国外的TPMS产品已经相当成熟,能够经受5—7万公里的使用测试,现在国外的TPMS的研发重点在于开发无源的TPMS,如采用SAW这类无源器件的频率变化来监测轮胎压力的变化。
TMPS的研究在中国刚刚起步。
目前各厂家的重点并非是如何开拓市场,而是如何提高产品性能和质量。
目前国内的TPMS系统问题不少:
国内需配备专用的主机、显示屏;
需要在车内固定和接线,安装繁琐、影响美观、整车厂难以配装;
不能设定标准胎压、无法保障轮胎合理使用;
不具备抗干扰的清晰语音提示报警功能,会造成驾驶员视线转移;
因辐射效率、编码纠错性能差、在恶劣环境下漏报严重。
直接式TPMS产品无线信号传输的稳定性可靠性不足,电池寿命问题,传感器寿命和耐久性问题。
此外,TPMS零组件主要靠进口,缺乏自主知识产权的产品。
1.3本设计内容
(1)设计内容研究
硬件设计部分
本设计硬件选择了STC89C52单片机、MPX4105气压传感器、AMS1117—3.3电源转换电路以及1602字符型LCD等器件[6]。
由气压传感器获得与汽车轮胎胎压相对应模拟电压值,经过V/F变换输入到单片机进行处理,通过LCD显示相应气压值。
测试是选择用电位器模拟实现功能,通过电位器的调节可改变气压值,达到预设阈值就会报警,红灯亮起同时蜂鸣器发出嗡嗡响声,有三种不同的度量单位,可通过功能选择按键选择度量单位并设置阈值。
本系统采用集成的单片机主控,通过压力传感器将气压信号送入带A/D转换的STC89C52单片机中,以及在相关模拟分立元件的辅助下进行A/D转换以及其它的数据处理,将处理的结果送显示部分进行显示。
软件设计部分
本系统通过对单片机各个端口的设置,以及定时器工作方式和串行口工作方式的选择,并对定时器和串行口进行初始化用以实现对单片机和各个功能模块芯片之间通讯和联络的设定。
在主程序模块中我们关键是使单片机初始化,以及分配地址空间交代程序中各个变量等。
其中最为关键的是连接子程序的各个功能模块。
(2)拟采取的研究方法及选用技术
大部分的TPMS系统主要部分有:
位于汽车轮胎内部的远程胎压监测模块(RemoteTyrePressureMonitoring)即是使用nrf2401和SP12组合而成的检测模块和安在驾驶台上的监视器(LCD显示器)即接收器与液晶屏显示[7]。
安装在每个轮胎内部的测量轮胎压力,将测量得到的信号经过nrf2401调制后通过高频无线电波(RF)发射出去。
通常情况下一个TPMS系统有4个RTPM模块。
驾驶室内的监视器接收由nrf2401模块传回的信息,并将数据在屏幕上显示,供驾驶者加以参考。
一旦汽车轮胎发生了异常情况,驾驶室内的监视器可以根据不同的异常情况,发出报警信号。
TPMS大体分为两种类型:
间接式,它利用的是轮胎速度差,从而可以监测轮胎状况,但其缺点是无法对多个轮胎不正常状态做出准确判断且在高速下也无法做出判断。
第二种直接式TPMS,它使用压力传感器直接测量压力得出数据,并通过高频传出信号。
监视器可以动态显示气压值,并可以在不正常状态下向驾驶员提出报警[8]。
经实验证明直接式要比间接式方便和精确。
因此许多汽车制造厂商采用了直接式方式。
现在国内各个汽车厂家也开始追随世界潮流,在自己的汽车上安装直接式检测系统,但大多为国外成品,自主能力较差发展潜力较深。
本设计选用的是直接式测量方法。
它以STC89C52单片机为核心,并包括三合一集成式传感器芯片SP12和2.4GHz全双工无线通信收发模块nRF2401[9]。
SP12在单片机控制下检测压力传输数据。
并以数字量形式输出,再经过单片机MCU打包后通过nRF2401调制成高频发射出去。
而同时,也可以利用24l01传输控制信号[10]。
而在接收方在接收信号后经过数据调整再通过液晶屏显示。
2系统总体设计
2.1总体设计思路
本设计为汽车胎压检测系统设计,而设计主要为无线胎压检测。
其中一个为胎压检测板,运用在实际中就是安装在轮胎内侧;
另一个为胎压采集板,运用在实际中就是安装在汽车内部用以接收胎压状况以及内部温度。
由于测量时被测气压由气压传感器转换为模拟的电压输出,此输出信号不能直接交由单片机处理。
因此,需要经过A/D转换模块把气压传感器输出的模拟电压信号转换为数字脉冲(其频率随输入电压呈线性变化)。
通过单片机接收该脉冲信号,得到单位时间内获得的脉冲数,依据电压与频率的线性关系式计算出所对应的实际气压值,最后把信号传输给无线模块。
系统总体框图如图2.1所示:
无线模块
状态灯
STC89C52控制
气压
传感器
电源
下载电路
开关
图2.1胎压采集板系统总体框图
通过对单片机各个端口的设置以及串行口工作方式的选择,并对串行口进行初始化用以实现对单片机和各个功能模块芯片之间通讯和联络的设定。
在主程序模块中关键是使单片机初始化,以及分配地址空间交代程序中各个变量等。
胎压接收板主要通过胎压采集板无线模发送过来的无线信号传输给胎压接收板的无线模块,然后经过A/D转换模块把气压传感器输出的模拟电压信号转换为数字脉冲通过单片机接收该脉冲信号,通过下载电路将信息下载到单片机内,通过按键控制和电源转换电路的输入,单片机会将信息传送给LCD显示和报警电路。
系统总体框图如图2.2所示:
报警电路
LCD显示
按键控制
无线
模块
图2.2胎压接收板系统总体框图
2.2软硬件设计方案
2.2.1硬件部分
硬件部分主要包括胎压采集板和胎压接收板两部分,其中胎压采集板包括单片机STC89C52、无线模块NRF2401、开关、状态灯、下载电路、气压传感器以及电源转换电路AMS1117M—3.3等,而胎压接收板包括单片机STC89C52、无线模块NRF2401、开关、下载电路、电源转换电路AMS1117M—3.3、蜂鸣器、按键电路以及液晶显示器LCD1602等。
2.2.2软件部分
本系统通过对单片机各个端口的设置,以及定时器工作方式和串行口工作方式的选择,并对定时器和串行口进行初始化用以实现对单片机和各个功能模块芯片之间通讯和联络的设定[11]。
本设计采用C语言作为编程工具。
C语言是一种编译型的结构化程序设计语言,具有简单的语法结构和强大的处理功能,具有运行速度快、编译效率高、移植性好和可读性强等多种优点,可以实现对系统硬件的直接操作。
用C语言来编写目标系统软件,可以大大缩短开发周期,且明显地增加软件的可读性,便于改进和扩充,从而开发出大规模、高性能的应用系统。
此外C语言提供auto、static、flash等存储类型,针对单片机的程序存储空间、数据存储空间及EEPROM空间自动为变量合理地分配空间,而且C语言提供复杂的数据类型,极大地增强了程序处理能力和灵活性[12]。
C编译器能够自动实现中断服务程序的现场保护和恢复,并且提供常用的标准函数库,供用户使用。
并且C编译器能自动生成一些硬件的初始化代码。
对于一些复杂系统的开发,还可以通过移植(或C编译器提供)的实时操作系统来实现。
正由于C语言在系统开发中的优势,这次设计的所有程序设计都将采用C语言编写。
3系统的硬件设计
3.1硬件设计思路
汽车胎压检测系统的硬件电路可分为4个部分:
气压传感器、电源转换电路、单片机电路和下载电路。
气压传感器将+5V的电源转换成3.3V,因为气压传感器的VCC是3.3V,气压传感器的通信协议是IIC协议。
工作时,气压传感器将被测物理量转换成mV级的电压信号,并送往放大倍数很高而又可以互相抵消温度漂移的差动式放大器。
放大后的信号经电压电流转换变换成相应的电流信号,再经过非线性校正,最后产生与输入压力成线性对应关系的标准电流电压信号。
电源转换电路AMS1117系列稳压器有可调版与多种固定电压版,设计用于提供1A输出电流且工作压差可低至1V。
在最大输出电流时,AMS1117器件的最小压差保证不超过1.3V,并随负载电流的减小而逐渐降低。
单片机的设计思路:
根据设计要求,选择STC89C52单片机为核心控制器件。
,A/D转换采用ADC0808实现,与单片机的接口为P1口和P2口的高四位引脚。
电压显示采用4位一体的LED数码管。
LED数码的段码输入,由并行端口P0产生:
位码输入,用并行端口P2低四位产生。
下载电路也叫串口电路,就是所谓的串口通讯,RXD和TXD接在单片机相应的位置,把电源接在+5V和GND上面,在每次通电之后,按下开关可以把+5V和VCC接在一起,VCC就是整个系统的电源,+5V只不过在整个系统电源上串联一个开关,就是用以关断系统的功能,相应的供电电源接在一起,单片机在每次启动开机的时候,它会检测串口这边是否有数据过来下载信息,如果有下载信息,那么它会将内部Flash进行擦除掉,然后再把下载电路里面串口里面的数据写到内部Flash里面去,这就是程序的擦除,程序的下载也可以进行串口通讯,本设计没有进行串口设计。
3.2单片机最小系统
最小系统就是可以让单片机正常运行的系统,,包括VCC,GND,震荡电路,单片机,这几个构成最小系统,震荡电路使用晶振是11.0595M,安全震荡频率在22.1184MHZ,一般使用11.0595MHZ晶振,然后使用两个30pF的电容并联在一起接在GND上面,晶振振荡器在通电的情况下会震荡,30pF电容在Y1上可以稳幅,并且可以起振幅度可以达到4.7V左右,另外一端可以达到3V左右,单片机内部有反相器。
具体如图3.1所示:
图3.1单片机最小系统
3.2.1晶振电路
单片机系统里都有晶振,在单片机系统里晶振作用非常大,全程叫晶体振荡器,他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率,单片机晶振提供的时钟频率越高,那么单片机运行速度就越快,单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。
在通常工作条件下,普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。
高级的精度更高。
有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率,称为压控振荡器(VCO)。
晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作,以提供稳定,精确的单频振荡。
单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。
通常一个系统共用一个晶振,便于各部分保持同步。
有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振,而通过电子调整频率的方法保持同步。
晶振通常与锁相环电路配合使用,以提供系统所需的时钟频率。
如果不同子系统需要不同频率的时钟信号,可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。
STC89C52使用11.0592MHz的晶体振荡器作为振荡源,由于单片机内部带有振荡电路,所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可,电容容量一般在15pF至50pF之间。
如图3.2所示:
图3.2晶振电路
3.2.2供电电路
对于一个完整的电子设计来讲,首要问题就是为整个系统提供电源供电模块,电源模块的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。
51单片机虽然使用时间最早、应用范围最广,但是在实际使用过程中,一个和典型的问题就是相比其他系列的单片机,51单片机更容易受到干扰而出现程序跑飞的现象,克服这种现象出现的一个重要手段就是为单片机系统配置一个稳定可靠的电源供电模块。
此最小系统中的电源供电模块的电源可以通过计算机的USB口供给,也可使用外部稳定的5V电源供电模块供给。
电源电路中接入了电源指示LED,图中C4为LED的电容10uF。
如图3.3所示:
图3.3单片机供电电路图
3.2.3复位电路
单片机的置位和复位,都是为了把电路初始化到一个确定的状态,一般来说,单片机复位电路作用是把一个例如状态机初始化到空状态,而在单片机内部,复位的时候单片机是把一些寄存器以及存储设备装入厂商预设的一个值。
图3.4复位电路图
单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上外接电阻和电容,实现上电复位。
当复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。
复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机器周期。
具体数值可以由RC电路计算出时间常数。
复位电路由按键复位和上电复位两部分组成。
(1)上电复位:
STC89系列单片及为高电平复位,通常在复位引脚RST上连接一个电容到VCC,再连接一个电阻到GND,由此形成一个RC充放电回路保证单片机在上电时RST脚上有足够时间的高电平进行复位,随后回归到低电平进入正常工作状态,这个电阻和电容的典型值为10K和10uF。
(2)按键复位:
按键复位就是在复位电容上并联一个开关,当开关按下时电容被放电
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 汽车 监测 系统 设计