基于單片機(jī)的汽車輪胎胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)說(shuō)明書(shū)

黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) I 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的汽車輪胎胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 系部名稱 ： 汽車與交通工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) ： 車輛工程 07-8 班 學(xué)生姓名 ： 指導(dǎo)教師 ： 職 稱 ： 副教授 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院 二一一年六月 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) II 摘 要 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，公路交通已經(jīng)成為關(guān)系國(guó)民經(jīng)濟(jì)命脈和社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大系統(tǒng)，但隨之而來(lái)的交通事故給人 的生命安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了重大損失。爆胎是引起交通事故的主要原因，保持標(biāo)準(zhǔn)的車胎氣壓行駛是防止爆胎的關(guān)鍵，胎壓檢測(cè)系統(tǒng) (TPMS)是由此應(yīng)運(yùn)而生的一項(xiàng)汽車安全防范系統(tǒng)。胎壓檢測(cè)系統(tǒng)主要用于汽車行駛過(guò)程中對(duì)汽車胎壓與溫度的實(shí)時(shí)檢測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)異常狀態(tài)時(shí)進(jìn)行報(bào)警，從而保障駕乘者的行車安全。本課題研究的目的是開(kāi)發(fā)一種用于機(jī)動(dòng)車輛上的無(wú)線胎壓檢測(cè)系統(tǒng)。 本文提出了一種基于無(wú)線技術(shù)的胎壓檢測(cè)系統(tǒng)方案，給出了系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖，闡述了系統(tǒng)硬件電路和各模塊軟件的設(shè)計(jì)方法。硬件設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用了檢測(cè)技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)及無(wú)線通信技術(shù)，其 中發(fā)射模塊能實(shí)時(shí)檢測(cè)、處理輪胎的壓力和溫度參數(shù)，并運(yùn)用無(wú)線方式將處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇邮漳K；接收模塊能校驗(yàn)數(shù)據(jù)并顯示結(jié)果，用以告知駕駛員各個(gè)輪胎的情況。軟件設(shè)計(jì)包括發(fā)射模塊和接收模塊兩部分，具體為發(fā)射模塊和接收模塊的初始化、數(shù)據(jù)測(cè)量及處理，發(fā)射及接收程序。 關(guān)鍵詞 ：胎壓檢測(cè)系統(tǒng)；無(wú)線通信技術(shù)；傳感器；射頻收發(fā)； C 語(yǔ)言 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) III ABSTRACT With the socio economic and science and technology development， road traffic has become the major system of the national economy and the social， economic development，however,traffic accidents following resulted in significant losses about the lives and safety of people and economic development Puncture is the main cause of traffic accidents， keep driving in standards tire pressure is the key to prevent puncture， Tire pressure detection system(TPMS)which bom as a car security system Tire pressure monitoring system is mainly used for real-time tire pressure and temperature monitoring in the process of driving to protect the occupants of the driving safety when the abnormal state of alarm The purpose of this research is to develop a wireless RF transmission tire pressure monitoring system which used in motor vehicle This paper proposed a wireless technology based on the fire pressure monitoring systems programs， gave the overall system design block diagram and explain the system hardware circuit design and software design of the modules Hardware circuit mainly uses sensor detection technology,single-chip technology and wireless communication technology,transmitter module can detect， deal with the tire pressure and temperature parameters real time， and transmitted data processed to the receiver module use the way of wireless Receiver module cail calibration data and display the result to inform the driver of the situation of all tires Software design contains transmitter module and receiver module，specific for transmitter module and receiver module initialization， data measurement and processing， send and receive procedures Key words： tire pressure monitoring system， wireless communication technology sensor,anti-jamming， RF transceiver， C language 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 目 錄 摘 要 . II ABSTRACT . III 第 1 章 緒 論 . 1 1.1 選題的背景 . 1 1.2 課題的目的及意義 . 3 1.3 課題主要工作 . 4 第 2 章 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) . 5 2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 . 5 2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 . 5 2.2.2 發(fā)射模塊 . 6 2.2.2 接收模塊 . 6 2.3 元器件選擇 . 6 2.4 關(guān)鍵技術(shù)研究 . 7 2.4.1 頻率選擇 . 7 2.4.2 信號(hào) 編碼方式 . 7 2.4.3 輪胎定位技術(shù) . 8 2.5 本章小結(jié) . 8 第 3 章 發(fā)射模塊的設(shè)計(jì) . 9 3.1 傳感器單元的硬件電路設(shè)計(jì) . 9 3.1.1 DS18B20 工作方式 . 9 3.1.2 ADC0809 工作方式 . 10 3.1.3 DS18B20 溫度檢測(cè)程序 . 13 3.2 發(fā)射單元的硬件電路設(shè)計(jì) . 16 3.2.1 發(fā)射單元控制電路 . 16 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3.2.2 發(fā)射單元發(fā)射電路 . 18 3.3 發(fā)射模塊的軟件設(shè)計(jì) . 18 3.3.1 編程工具選用 . 18 3.3.2 編程語(yǔ)言及開(kāi)發(fā)軟件的選用 . 18 3.3.3 通信協(xié)議 . 19 3.3.4 軟件設(shè)計(jì) . 20 3.4 本章小結(jié) . 25 第 4 章 接收模塊的設(shè)計(jì) . 26 4.1 接收模塊的硬件電路設(shè)計(jì) . 26 4.1.1 射頻接收單元的硬件電路設(shè)計(jì) . 26 4.1.2 射頻接收單元工作方式 . 28 4.1.3 顯示報(bào)警單元電路設(shè)計(jì) . 34 4.1.4 蜂鳴器報(bào)警單元電路設(shè)計(jì) . 34 4.1.5 電源單元設(shè)計(jì) . 35 4.2 接收模塊的軟件設(shè)計(jì) . 35 4.3 本章小結(jié) . 39 第 5 章 系統(tǒng) 測(cè)試 . 40 5.1 概述 . 40 5.2 信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸顯示測(cè)試 . 40 5.3 溫度超過(guò)預(yù)警值報(bào)警測(cè)試 . 41 5.4 模擬壓力超過(guò)預(yù)警值報(bào)警測(cè)試 . 42 5.5 模擬壓力和溫度超過(guò)預(yù)警值報(bào)警測(cè)試 . 42 5.6 本章小結(jié) . 43 結(jié) 論 . 44 參考文獻(xiàn) . 45 致 謝 . 46 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒 論 1.1 選題的背景 本世紀(jì)初，由于凡世通 (Firestone)輪胎的質(zhì)量問(wèn)題，造成了超過(guò) 100 人死亡和 400人受傷，此事引起了業(yè)界和美國(guó)政府的高度關(guān)注，普利斯通、凡世通公司被迫收回 650萬(wàn)只輪胎。據(jù)美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)最近的調(diào)查，美國(guó)每年有 26 萬(wàn)交通事故是由于輪胎壓力低或滲漏造成的，此外，每年 75的輪胎故障是出于輪胎滲 漏或充氣不足引起的。由于每年造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，美國(guó)政府要求汽車制造 商加速發(fā)展胎壓檢測(cè)系統(tǒng) (Tire Pressure Monitoring System， 簡(jiǎn)稱 TPMS)，以減少輪胎事故的發(fā)生。 近年來(lái)汽車電子產(chǎn)品得到了飛速發(fā)展，并已經(jīng)形成了獨(dú)立的汽 車電子產(chǎn)業(yè)。汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)是一項(xiàng)集先進(jìn)傳感器技術(shù)、無(wú)線通訊技術(shù)、信息處理實(shí)時(shí)測(cè)控技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)等于一體的高新技術(shù)汽車電子產(chǎn)品。 TPMS 實(shí)時(shí)的對(duì)汽車輪胎氣壓進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，對(duì)輪胎漏氣，低氣壓，氣壓過(guò)高及溫度過(guò)高等輪胎狀況進(jìn)行預(yù)警，以保障汽車行駛安全。 目前 TPMS 主要有兩種實(shí)現(xiàn)方式：直接 TPMS 和間接 TPMS。間接 TPMS 是與車輛的防抱死系統(tǒng) (ABS)一起使用的。 ABS 采用車輪轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量每個(gè)車輪的轉(zhuǎn)速。當(dāng)一個(gè)輪胎的氣壓減小時(shí)，滾動(dòng)半徑就減小，而車輪的旋轉(zhuǎn)速度就相應(yīng)地加快。指示燈會(huì)提示司機(jī)，有 一個(gè)輪胎處于低壓狀態(tài)。但是，間接 TPMS 有一定的局限性。第一是指示燈無(wú)法指出是哪個(gè)輪胎處于低壓狀態(tài)。第二，當(dāng)同一車軸或同一側(cè)的兩個(gè)輪胎都處于低壓狀態(tài)時(shí)，它無(wú)法檢測(cè)出究竟是哪個(gè)輪胎充氣不足。第三，如果所有四個(gè)輪胎都處于低壓狀態(tài)，該系統(tǒng)不會(huì)發(fā)現(xiàn)這一故障。另外，氣壓不足時(shí)輪胎直徑的減少和氣壓的降低非常微小。對(duì)于薄胎來(lái)說(shuō)， 69kPa 的壓降只會(huì)使輪胎直徑減小 1 m m 。這種壓降不符合美國(guó)的最終判定規(guī)則所規(guī)定的 25%原則，采用間接方法進(jìn)行檢測(cè)在很大程度上依賴于輪胎和負(fù)載因子。直接 TPMS 采用固定在每個(gè)車輪中的壓力傳感 器直接測(cè)量每個(gè)輪胎的氣壓。然后，這些傳感器會(huì)通過(guò)發(fā)送器將胎壓數(shù)據(jù)發(fā)送到中央接收器進(jìn)行分析，分析結(jié)果將被傳送至安裝在車內(nèi)的顯示器上。顯示器的類型和當(dāng)今大多數(shù)車輛上裝配的簡(jiǎn)單的胎壓指示器不同，它可以顯示每個(gè)輪胎的實(shí)際氣壓，甚至還包括備用輪胎的氣壓。因此，直接 TPMS 可以連接至顯示器，告訴司機(jī)哪個(gè)輪胎充氣不足。由于直接 TPMS 可直接測(cè)量每個(gè)輪胎的氣壓，因此當(dāng)任何一個(gè)或幾個(gè)輪胎處于低壓狀態(tài)時(shí)，它們都會(huì)被檢測(cè)出來(lái)，當(dāng)車輛的所有四個(gè)輪胎都處于低壓狀態(tài)時(shí)也可以檢測(cè)到。直接黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 TPMS 也可檢測(cè)到較小的壓降。有些系統(tǒng)甚至可以檢測(cè) 到 7 kPa 的壓降。 國(guó)外對(duì)于 TPMS 系統(tǒng)的研究起步較早， 20 世紀(jì) 70 年代末歐洲的一些發(fā)達(dá)國(guó)家就開(kāi)始對(duì)輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行研究。英國(guó) Lucas 公司早在 1981 年就推出了駕駛室設(shè)置接受器和每個(gè)車輪均有傳感器的裝置模型。隨后， C RK 公司和 Marketing 公司也相繼開(kāi)發(fā)出了自己的產(chǎn)品，基本結(jié)構(gòu)是由傳感器、信號(hào)發(fā)生器和接收器三部分組成，傳感器安裝在輪輞上，直接檢測(cè)輪胎的內(nèi)壓。德國(guó) Doduco 公司研制的 Primac 系統(tǒng)，可以同時(shí)監(jiān)測(cè)輪胎的壓力和溫度。德國(guó) Wabeo 公司和 Bosch 公司在 1989 年推出了利用ABS(制動(dòng)防抱死系統(tǒng) )傳感器監(jiān)測(cè)輪胎壓力的新裝置。 wabCO 系統(tǒng)由一個(gè) 3 2 通道的控制閥和一個(gè)與輪胎氣門嘴相接的氣缸組成，當(dāng)輪胎氣壓變化時(shí)，氣缸活塞使 ABS 傳感器信號(hào)發(fā)生變化，與 ABS 共用一個(gè)電子控制單元。 Bosch 公司的汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由裝在輪輞上的壓力傳感器、帶有顯示器的電子部件和高頻收發(fā)機(jī)三部分組成，與 ABS 一起工作，已經(jīng)開(kāi)始成批量的裝載汽車上。英國(guó) S P 公司研制的 DWS 系統(tǒng) (漏氣報(bào)警系統(tǒng) )，可以把輪胎壓力降低的信號(hào)通知駕駛員，系統(tǒng)利用 ABS 傳感器測(cè)量輪胎的滾動(dòng)半徑，通過(guò)計(jì)算程序監(jiān)測(cè)輪胎氣壓。 國(guó)外因立 法較早，其開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的 TPMS 已經(jīng)相當(dāng)成熟，能夠經(jīng)受 5 7 萬(wàn)公里的使用測(cè)試。主要生產(chǎn)商有加拿大斯馬輪胎設(shè)備 (SmarTire Systems)公司，固特異輪胎橡膠公司，米其林集團(tuán)公司，諾基亞輪胎公司，日本橫濱公司等。現(xiàn)在國(guó)外的 TPMS 的研發(fā)重點(diǎn)在于開(kāi)發(fā)無(wú)源的 TPMS，如采用 SAW 這類無(wú)源器件的頻率變化來(lái)監(jiān)測(cè)輪胎壓力的變化。日本阿爾卑斯電氣公司開(kāi)發(fā)的不需電池的汽車輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)最近通過(guò)有關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證，符合歐洲及美國(guó)的電磁波相關(guān)法律規(guī)定，今后將以行駛條件及輪胎種類等因素的影響為中心進(jìn)行評(píng)測(cè)，計(jì)劃在歐美、日本等地進(jìn) 行實(shí)地試驗(yàn)， 2004 年 8 月開(kāi)始提供樣品， 2006 年投入批量生產(chǎn)。 國(guó)內(nèi)對(duì)于 TPMS 的研究起步較晚，只是近幾年才開(kāi)始進(jìn)行研究。最新的中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)“機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件”中的安全防護(hù)裝置條款中規(guī)定：“車長(zhǎng)大于 6m 的長(zhǎng)途客車和旅游客車、最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量大于 12000kg 的載貨汽車和載貨牽引車應(yīng)安裝輪胎壓力報(bào)警裝置；有關(guān)部分機(jī)動(dòng)車應(yīng)安裝輪胎壓力報(bào)警裝置的要求，自本標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布之日起第 25 個(gè)月開(kāi)始對(duì)新注冊(cè)車實(shí)施”。可見(jiàn)我國(guó)政府已經(jīng)開(kāi)始重視汽車輪胎氣壓監(jiān)測(cè)設(shè)備的發(fā)展和應(yīng)用。 現(xiàn)在國(guó)內(nèi)有許多汽車配件商開(kāi)始代理銷售國(guó) 外的 TPMS 系統(tǒng)。在上海和重慶及廣東等地有幾家公司開(kāi)始投入生產(chǎn)并銷售 TPMS，典型產(chǎn)品如：上海泰好電子科技有限公司的“泰好”牌 TPMS-204 型汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)器，重慶三信電子有限公司的TPMS S1R4A 輪胎壓力監(jiān)測(cè)顯示系統(tǒng)，福州東球金口哨輪胎防爆有限公司的“金口黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 哨汽車輪胎漏氣報(bào)警哨”，上海保隆工貿(mào)有限公司的“迪吉泰”輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，佛山市安力信科技有限公司“泰杰”牌 TPM 系列輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。 吉林大學(xué)、北京理工大學(xué)、鄭州大學(xué)、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等高校都有學(xué)者對(duì)直接型 TPMS 相 關(guān)技術(shù)進(jìn)行理論研究，設(shè)計(jì)出了一系列方案，也有一些監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置申報(bào)了專利。但是，國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)的 TPMS 基本是靠引進(jìn)國(guó)外公司輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)及生產(chǎn)線，核心技術(shù)都掌握在國(guó)外廠家手中，基本沒(méi)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)可言。目前國(guó)內(nèi)的 TPMS 系統(tǒng)問(wèn)題不少：安裝繁瑣、影響美觀、整車廠難以配裝；不能設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)胎壓，無(wú)法保障輪胎合理使用：射頻效率、編碼糾錯(cuò)性能差、在惡劣環(huán)境下漏報(bào)嚴(yán)重；能耗較高，不能達(dá)到 TPMS 系統(tǒng)應(yīng)有的使用壽命要求；成本高昂，檢測(cè)范圍小，產(chǎn)品通用性不高。 TPMS 在中國(guó)的研究剛剛開(kāi)始起步。高校及科研院所方面，吉林 大學(xué)孫宏偉對(duì)現(xiàn)有 F 費(fèi) scale 方案進(jìn)行了研究，提出了針對(duì) Ftcaale 傳感器MPXY8020A 的溫度補(bǔ)償算法；合肥工業(yè)大學(xué)沈俊峰提出了以 SPl2 傳感器， PICl6F683處理器，以及 T5754 射頻發(fā)射器構(gòu)成的輪胎壓力檢測(cè)方案；燕山大學(xué)張啟中通過(guò)分析輪速傳感器脈沖數(shù)相對(duì)差值的影響因素和影響規(guī)律，提出了基于脈沖數(shù)互比法氣壓異常報(bào)警系糾”；浙江大學(xué)，屯子科技大學(xué)，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所等也有學(xué)者對(duì) TPMS 進(jìn)行了類似的理論研列”。 1.2 課題的目的及意義 目的：隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，基礎(chǔ)投資的不斷 加大，以及公路設(shè)施的改善和高速公路里程的迅速增加，公路交通的平均車速有了很大提高。但同時(shí)交通事故尤其是爆胎事故、追尾事故也相應(yīng)增加，給人民的生命財(cái)產(chǎn)造成重大損失。交通安全已成為國(guó)家和個(gè)人越來(lái)越關(guān)注的重點(diǎn)。 在汽車的高速行駛中，輪胎故障是所有駕駛者最為擔(dān)心和最難預(yù)防的，也是突發(fā)性交通事故發(fā)生的重要原因。在高速公路上行駛時(shí)一旦爆胎，駕駛員思想準(zhǔn)備不充分極易造成車輛側(cè)滑和不規(guī)則翻滾，輕則撞護(hù)欄，重則與其他行使車輛發(fā)生碰撞甚至車毀人亡，后果不堪設(shè)想。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，輪胎爆胎的原因有： （ 1）輪胎壓力過(guò)高； （ 2）輪胎漏氣 ； （ 3）輪胎溫度異常升高； （ 4）輪胎松動(dòng)、掉胎。 而追尾事故的主要原因有： （ 1）前方車輛爆胎失控； 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 （ 2）視線不好，看不清前方車輛的剎車信號(hào)； （ 3）不能提前獲知前方有事故車輛。 因此實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輪胎氣壓和溫度的變化，保持汽車在標(biāo)準(zhǔn)的輪胎氣壓下行駛是防止爆胎的關(guān)鍵。汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系 (TPMS)的主要作用就是在汽車行駛時(shí)，對(duì)輪胎氣壓進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，對(duì)輪胎漏氣和低氣壓進(jìn)行報(bào)警，是駕車者、乘車人的生命安全保障預(yù)警系統(tǒng)。安裝輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能有效地防止輪胎在非正常氣壓下長(zhǎng)時(shí)間行駛，提高汽車的主動(dòng)安全性。 意義 ：保持正常的輪胎氣壓，不僅可以延長(zhǎng)輪胎的使用壽命，減小滾動(dòng)阻力，還可減少油耗，提高車輛的使用經(jīng)濟(jì)性，而且可以大大提高汽車的行駛安全性。汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是駕車者、乘車人的生命安全保障預(yù)警系統(tǒng)，將是一個(gè)永恒的主題，必將成為未來(lái)汽車必備的主動(dòng)安全保障系統(tǒng)之一。汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展使汽車上安裝了越來(lái)越多的傳感器，這將促進(jìn) TPMS 的發(fā)展，使其技術(shù)更加成熟，性能更加穩(wěn)定，并且它的模塊將向高度集成化、單一化、無(wú)線無(wú)源化方面發(fā)展。 1.3 課題主要工作 課題的主要任務(wù)就是研究并設(shè)計(jì)一個(gè)無(wú)線胎壓檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)胎壓變化信 息的實(shí)時(shí)采集和傳送，以達(dá)到汽車司機(jī)能夠在第一時(shí)間掌握汽車輪胎壓力變化的要求，并做出相應(yīng)的反應(yīng)，從而避免事故的發(fā)生。 課題主要工作有以下幾點(diǎn)： （ 1）對(duì)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究并提出整體設(shè)計(jì)框架。 （ 2）傳感器、單片機(jī)及顯示元件、報(bào)警元件的選取并連接電路。 （ 3）進(jìn)行監(jiān)測(cè)模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊及其主模塊的程序編寫(xiě)。 （ 4）將軟件和硬件組裝并測(cè)試 。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 第 2 章 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 基于汽車輪胎安全使用的要求，胎壓檢測(cè)系統(tǒng)綜合運(yùn)用傳感器檢測(cè)技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)及無(wú)線通信技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)能檢測(cè)輪胎溫 度和壓力波動(dòng)情況，并對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和實(shí)時(shí)處理。 2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 本系統(tǒng)采用直接式胎壓檢測(cè)系統(tǒng)。它以鋰離子電池為電源，通過(guò)埋于輪胎罩的傳感器來(lái)直接測(cè)量輪胎的壓力和溫度，并經(jīng)無(wú)線調(diào)制發(fā)射到安裝在駕駛臺(tái)的接收模塊上。發(fā)射模塊處于輪胎的封閉狀態(tài)中，體積要?。涣硗庥捎谠谳喬ブ懈鼡Q器件很不方便且系統(tǒng)必須長(zhǎng)時(shí)間工作，故而要求功耗低。 工作中輪胎狀態(tài)為當(dāng)輪胎壓力高于標(biāo)準(zhǔn)值 (小型車為 275kpa)1 2 倍時(shí)，因輪胎與地面接觸的面積減少，單位壓力增高，使輪胎胎面的中部磨損增加。 通過(guò)試驗(yàn)證明： ，一般認(rèn)為氣壓提高 25%， 輪胎壽命將會(huì)降低 15% 20%；氣壓降低 25%，壽命大約降低30%。一般轎車的輪胎正常氣壓值在 210kPa 左右，多座位商務(wù)車在 240kPa 左右為宜。此外，汽車輪胎溫度越高，輪胎的強(qiáng)度越低，變形越大 (一般不能超過(guò) 80 ，當(dāng)溫度達(dá)到 95 時(shí)，輪胎的情況非常危險(xiǎn) )，每升高 1 ，輪胎磨損就增加 2%，行駛速度每增加一倍，輪胎行駛里程將降低 50%。因此， 本系統(tǒng)告警值設(shè)定為胎壓 158KPa和 262KPa，溫度小于 80 。 2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 根據(jù)系統(tǒng)功能及技術(shù)要求，系統(tǒng)方案的總體框圖如圖 2.1 所示： 圖 2.1 系統(tǒng) 方案的總體框圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 系統(tǒng)由置入輪胎內(nèi)的發(fā)射模塊和安裝汽車駕駛臺(tái)上的接收模塊組成。發(fā)射模塊每檢測(cè)一次壓力，都會(huì)判斷此輪胎是否出現(xiàn)異常；如果判斷出現(xiàn)異常情況，則形成一幀數(shù)據(jù)并進(jìn)行發(fā)射。接收模塊判斷是否接收到完整的數(shù)據(jù)幀，如準(zhǔn)確無(wú)誤，則點(diǎn)亮和輪胎對(duì)應(yīng)的 LED 指示燈。 2.2.2 發(fā)射模塊 發(fā)射模塊包括傳感器單元、微處理器和射頻單元。傳感器單元定時(shí)采集輪胎內(nèi)壓力、溫度數(shù)值。微處理器 (簡(jiǎn)稱 MCU)和射頻單元集成在同一芯片內(nèi)，微處理器讀取來(lái)自傳感器的數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理并通過(guò)射頻單元發(fā)射出去。發(fā)射模塊的框圖如圖 2 2 所示。 圖 2.2 發(fā)射模塊框圖 2.2.2 接收模塊 接收模塊完成信號(hào)的接收、校驗(yàn)和處理，并通過(guò) LED 指示燈顯示報(bào)警。接收模塊的框圖如圖 2 3 所示。 圖 2.3 接收模塊框圖 信號(hào)接收電路將由輪胎發(fā)射出來(lái)的射頻信號(hào)放大解調(diào)后，將數(shù)字信號(hào)送給微處理器串行接口。微處理器再進(jìn)行譯碼，從數(shù)據(jù)流中提取各輪胎號(hào)、壓力值以及溫度值，然后做出相應(yīng)的處理。顯示報(bào)警部分主要包括 LED 指示燈。 2.3 元器件選擇 無(wú)線胎壓檢測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)所需的元器件主要包含傳感器、 MCU、射頻收發(fā)芯片、電池幾個(gè)部分。 （）傳感器 本系 統(tǒng)選用 DS18B20 溫度傳感器 ， DS18B20 的溫度檢測(cè)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 于一個(gè)芯片之上，從而抗干擾力更強(qiáng)。 （）單片機(jī) 本系統(tǒng) 選用 STC98C52 系列，它是一種高性能的 8 位單片機(jī)系列，具有速度快、功能強(qiáng)、功耗低、價(jià)格低等特點(diǎn)并且自帶看門狗復(fù)位，非法指令碼檢測(cè)復(fù)位和非法地址檢測(cè)復(fù)位等系統(tǒng)保護(hù)特性。發(fā)射模塊的 MCU 選用 STC89C51。 （）射頻收發(fā)芯片 接收和發(fā)射芯片的選擇主要從芯片的接收靈敏度以及性價(jià)比兩方面考慮。本系統(tǒng)選用 2RF24L01B 射頻收發(fā)芯片。 2.4 關(guān)鍵技術(shù)研究 2.4.1 頻率選擇 在眾多的無(wú)線通 訊頻段中，由于 ISM 頻段 (工業(yè)，科學(xué)，醫(yī)學(xué)頻帶 )屬于公共頻段，使用者無(wú)需申請(qǐng)頻段許可證，這給用戶帶來(lái)了很多的方便，因此當(dāng)今大部分無(wú)線傳輸所使用的操作頻率一般都選擇處于 ISM 頻段的頻率。而對(duì)采用 無(wú)線技術(shù)的應(yīng)用來(lái)講，通常又采用屬于 ISM 頻段中的 LPRD(Low Power RadioDevice)頻段作為操作頻率，此頻段有兩個(gè)頻率范圍，分別為： 433 05MHz 434 790 MHz 和 868 MHz 870 MHzi 眩l。在本系統(tǒng)中采用的工作頻率設(shè)置為 433 92 MHz。 2.4.2 信號(hào)編碼方式 在本文設(shè) 計(jì)的胎壓檢測(cè)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)以 9600bps 的速率發(fā)送，信源編碼方 式采用曼徹斯特編碼。曼徹斯特編碼以數(shù)字信號(hào)來(lái)描述就是：在每個(gè)比特周期， 取值在周期中間點(diǎn)進(jìn)行高低電平間的轉(zhuǎn)換。如圖 2.4 所示，一個(gè)數(shù)字 0 被描述為周期前一半為低電平，后一半為高電平；而數(shù)字 1 則是先高后低。 圖 2.4 曼徹斯特編碼示例 FSK 又稱頻移鍵控，是指以信號(hào)頻率在兩個(gè)值之間的偏移來(lái)描述數(shù)字 l 和數(shù)字 0信號(hào)。在本系統(tǒng)中，數(shù)字 l 具有較低的頻率，而數(shù)字 0 則具有較高 的頻率。也就是說(shuō)，黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 如果載波頻率是 433 92MHz，總體頻率偏移，數(shù)字 1 就是 (433 92)MHz，而數(shù)字 0 是(433 92)MHz。圖 2 5 是 FSK 調(diào)制的曼徹斯特編碼信號(hào)波形示意圖。 圖 2.5 FSK調(diào)制的曼徹斯特編碼信號(hào)波形示意圖 2.4.3 輪胎定位技術(shù) 胎壓檢測(cè)系統(tǒng)中的輪胎定位是指系統(tǒng)接收各個(gè)輪胎發(fā)射模塊發(fā)出的信號(hào)并進(jìn)行識(shí)別，然后判定是哪個(gè)輪胎發(fā)出信號(hào)的過(guò)程。各輪胎發(fā)射模塊中的傳感器把胎壓的變化傳遞給 MCU，由 MCU 處理并加上該模塊的識(shí)別 ID 編碼 (用于區(qū)分各輪胎發(fā)射模塊的編碼，然后通過(guò)發(fā)射芯片進(jìn)行調(diào)制并發(fā)射出去。接收模塊接收并進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，通過(guò)讀取原始數(shù)據(jù)的 ID 編碼，當(dāng) 接收到的信息中的輪胎內(nèi)壓力或溫度出現(xiàn)異常時(shí)，MCU 將發(fā)出報(bào)警信號(hào)，駕駛員根據(jù)對(duì)應(yīng)輪胎的 LED 報(bào)警燈，便可及時(shí)地對(duì)該輪胎進(jìn)行處理，確保汽車行駛安全。 2.5 本章小結(jié) 本章對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的大體框架進(jìn)行了確定，包括本系統(tǒng)的使用數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的工作流程，元器件的選擇和關(guān)鍵技術(shù)的的研究。這一章是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵，是下面要進(jìn)行工作的思路和方向。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 第 3 章 發(fā)射模塊的設(shè)計(jì) 發(fā)射模塊主要由傳感器單元、發(fā)射單元組成。傳感器單元測(cè)得壓力和溫度， 通過(guò)發(fā)射單元按照一定算法處理后發(fā)射出去。發(fā)射模塊的軟件設(shè)計(jì)分為數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù) 處理發(fā)射兩部分。 3.1 傳感器單元的硬件電路設(shè)計(jì) 3.1.1 DS18B20 工作方式 溫度傳感器的種類眾多， DS18B20 有著 超小的體積，超低的硬件開(kāi)消，抗干擾能力強(qiáng)，精度高，附加功能強(qiáng) 的優(yōu)點(diǎn)。 DS18B20 工作原理及應(yīng)用： DS18B20的溫度檢測(cè)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個(gè)芯片之上，從而抗干擾力更強(qiáng)。其一個(gè)工作周期可分為兩個(gè)部分，即溫度檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理。 18B20 共有三種形態(tài)的存儲(chǔ)器資源，它們分別是： ROM 只讀存儲(chǔ)器，用于存放 DS18B20ID 編碼，其前 8 位是單線系列編碼（ DS18B20 的編碼是 19H），后面 48 位是芯片唯一的序列號(hào)，最后 8 位是以上 56 的位的 CRC 碼（冗余校驗(yàn)）。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時(shí)設(shè)置不由用戶更改。 DS18B20 共 64 位 ROM。 RAM 數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計(jì)算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失， DS18B20 共 9個(gè)字節(jié) RAM，每個(gè)字節(jié)為 8 位。第 1、 2 個(gè)字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第 3、 4個(gè)字節(jié)是用戶 EEPROM（常用于溫度報(bào)警值儲(chǔ)存）的鏡像。在上電復(fù)位時(shí)其值將被刷新。第 5 個(gè)字節(jié)則是用戶第 3 個(gè) EEPROM 的鏡像。第 6、 7、 8 個(gè)字節(jié)為計(jì)數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨 率而設(shè)計(jì)的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計(jì)算的暫存單元。第 9 個(gè)字節(jié)為前 8 個(gè)字節(jié)的 CRC 碼。 EEPROM 非易失性記憶體，用于存放長(zhǎng)期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報(bào)警值和校驗(yàn)數(shù)據(jù)， DS18B20 共 3 位 EEPROM，并在RAM 都存在鏡像，以方便用戶操作。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 圖 3.1 DS18B20 3.1.2 ADC0809 工作方式 ADC0809 是帶有 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、 8 路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS 組件。它是逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。 （ 1） ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 由下圖可 知， ADC0809 由一個(gè) 8 路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè) A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通 8 個(gè)模擬通道，允許 8 路模擬量分時(shí)輸入，共用 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng) OE 端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 （ 2） ADC0809 引腳結(jié)構(gòu) ADC0809 各腳功能如下： D7-D0： 8 位數(shù)字量輸出引腳。 IN0-IN7： 8 位模擬量輸入引腳。 VCC： +5V 工作電壓。 GND： 地。 REF（ +） ：參考電壓正端。 REF（ -）： 參考電壓負(fù)端 。 START： A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 ALE： 地址鎖存允許信號(hào)輸入端。 圖 3.2 ADC0809 內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) （以上兩種信號(hào)用于啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn) 換） . EOC： 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出引腳，開(kāi)始轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平。 OE： 輸出允許控制端，用以打開(kāi)三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。 CLK： 時(shí)鐘信號(hào)輸入端（一般為 500KHz）。 A、 B、 C：地址輸入線。 圖 3.3 ADC0809 引腳結(jié)構(gòu) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 ADC0809 對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是 0 5V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 地址輸入和控制線： 4 條 ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng) ALE 線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將 A， B， C 三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 A， B 和 C 為地址輸入 線，用于選通 IN0 IN7 上的一路模擬量輸入。 數(shù)字量輸出及控制線： 11 條 ST 為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng) ST 上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間， ST 應(yīng)保持低電平。 EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng) EOC 為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 OE 為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 OE 1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)； OE 0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。 D7 D0 為數(shù)字量輸出線。 CLK 為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。因 ADC0809 的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào) 必須由外界提供，通常使用頻率為 500KHZ， VREF（）， VREF（） 為參考電壓輸入。 （ 3） ADC0809 應(yīng)用電路原理圖 圖 3.4 ADC0809 應(yīng)用電路原理圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 3.1.3 DS18B20 溫度檢測(cè)程序 *-FileInfo- * File name: DS18B20.c * Last modified Date: 2009-09-3 * Last Version: 1.0 * Descriptions: * Created by: * Created date: 2009-09-3 * Version: 1.0 * Descriptions: The original version * Modified by: * Modified date: * Version: * Descriptions: #includeinclude.h * Name: delayb() * Function: 延時(shí)程序 void delayb(int count) /delay unsigned int i； while(count) i=200； while(i0) i-； count-； * Name: dsreset() * Function: DS18B20 初始化程序 void dsreset(void) /DS18B20 初始化 unsigned int i； 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 DS=0； i=103； while(i0)i-； DS=1； i=4； while(i0)i-； * Name: tmpreadbit() * Function: DS18B20 讀取位程序 bit tmpreadbit(void) / 讀一位 unsigned int i； bit dat； DS=0；i+； /小延時(shí)一下 DS=1；i+；i+； dat=DS； i=8；while(i0)i-； return (dat)； * Name: tmpread() * Function: DS18B20 讀取字節(jié)程序 unsigned char tmpread(void) /讀一個(gè)字節(jié) unsigned char i,j,dat； dat=0； for(i=1；i=8；i+) j=tmpreadbit()； dat=(j1)； /讀出的數(shù)據(jù)最低位在 最前面，這樣剛好 /一個(gè)字節(jié)在DAT 里 return(dat)； /將一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)返回 * Name: tmpwritebyte() * Function: D 寫(xiě)一個(gè)字節(jié)到 DS18B20 里的程序 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 void tmpwritebyte(uchar dat) /寫(xiě)一個(gè)字節(jié)到 DS18B20 里 unsigned int i； uchar j； bit testb； for(j=1；j1； if(testb) / 寫(xiě) 1 部分 DS=0； i+；i+； DS=1； i=8；while(i0) i-； else DS=0； /寫(xiě) 0 部分 i=8；while(i0)i-； DS=1； i+；i+； * Name: tmpchange() * Function: 發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令的程序 void tmpchange(void) /發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令 dsreset()； /初始化 DS18B20 delayb(1)； /延時(shí) tmpwritebyte(0xcc)； / 跳過(guò)序列號(hào)命令 tmpwritebyte(0x44)； /發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令 * Name: tmp() 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 * Function: 獲得溫度的程序 int tmp() /獲得溫度 int temp； float tt； unsigned char a,b； dsreset()； delayb(1)； tmpwritebyte(0xcc)； tmpwritebyte(0xbe)； /發(fā)送讀取數(shù)據(jù)命令 a=tmpread()； /連續(xù)讀兩個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù) b=tmpread()； temp=b； temp0；n-) _nop_()； /*NRF24L01 初始化 void init_NRF24L01(void) inerDelay_us(100)； CE=0； / chip enable CSN=1； / Spi disable SCK=0； / Spi clock line init high SPI_Write_Buf(WRITE_REG + TX_ADDR, TX_ADDRESS, TX_ADR_WIDTH)； / 寫(xiě)本地地址 SPI_Write_Buf(WRITE_REG + RX_ADDR_P0, RX_ADDRESS, RX_ADR_WIDTH)； / 寫(xiě)接收端地址 SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_AA, 0x01)； / 頻道 0 自動(dòng) ACK 應(yīng)答允許 SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_RXADDR, 0x01)； / 允許接收地址只有頻道 0 SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_CH, 0)； / 設(shè)置信道工作為2.4GHZ，收發(fā)必須一致 SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RX_PW_P0, RX_PLOAD_WIDTH)； /設(shè)置接收數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，本次設(shè)置為 32 字節(jié) SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_SETUP, 0x07)； / 設(shè) 置 發(fā) 射 速 率 為1MHZ，發(fā)射功率為最大值 0dB SPI_RW_Reg(WRITE_REG + CONFIG, 0x0e)； / IRQ 收發(fā)完成中斷響應(yīng)， 16 位 CRC，主發(fā)送 /*函數(shù) ： uint SPI_RW(uint uchar) /*功能 ： NRF24L01 的 SPI 寫(xiě)時(shí)序 unsigned char SPI_RW(unsigned char uchar1) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 unsigned char bit_ctr； for(bit_ctr=0；bit_ctr8；bit_ctr+) / output 8-bit MOSI = (uchar1 & 0x80)； / output uchar, MSB to MOSI uchar1 = (uchar1 1)； / shift next bit into MSB. SCK = 1； / Set SCK high. uchar1 |= MISO； / capture current MISO bit SCK = 0； / .then set SCK low again return(uchar1)； / return read uchar /*函數(shù) ： uchar SPI_Read(uchar reg) /*功能 ： NRF24L01 的 SPI 時(shí)序 unsigned char SPI_Read(unsigned char reg) unsigned char reg_val； CSN = 0； / CSN low, initialize SPI communication. SPI_RW(reg)； / Select register to read from. reg_val = SPI_RW(0)； / .then read registervalue CSN = 1； / CSN high, terminate SPI communication return(reg_val)； / return register value /*功 能： NRF24L01 讀寫(xiě)寄存器函數(shù) unsigned char SPI_RW_Reg(unsigned char reg, unsigned char value) unsigned char status； CSN = 0； / CSN low, init SPI transaction status = SPI_RW(reg)； / select register SPI_RW(value)； / .and write value to it. CSN = 1； / CSN high again return(status)； / return nRF24L01 status uchar /*函數(shù) ： uint SPI_Read_Buf(uchar reg, uchar *pBuf, uchar uchars) /*功能 : 用于讀數(shù)據(jù)， reg：為寄存器地址， pBuf：為待讀出數(shù)據(jù)地址， uchars：讀出數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù) unsigned char SPI_Read_Buf(unsigned char reg, unsigned char *pBuf, unsigned char uchars) unsigned char status,uchar_ctr； CSN = 0； / Set CSN low, init SPI tranaction 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 status = SPI_RW(reg)； / Select register to write to and read status uchar for(uchar_ctr=0；uchar_ctruchars；uchar_ctr+) pBufuchar_ctr = SPI_RW(0)； / CSN = 1； return(status)； / return nRF24L01 status uchar /*函數(shù) ： uint SPI_Write_Buf(uchar reg, uchar *pBuf, uchar uchars) /*功能 : 用于寫(xiě)數(shù)據(jù)：為寄存器地址， pBuf：為待寫(xiě)入數(shù)據(jù)地址， uchars：寫(xiě)入數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù) unsigned char SPI_Write_Buf(unsigned char reg, unsigned char *pBuf, unsigned char uchars) unsigned char status,uchar_ctr； CSN = 0； /SPI 使能 status = SPI_RW(reg)； for(uchar_ctr=0； uchar_ctr0；n-) _nop_()； /*NRF24L01 初始化 void init_NRF24L01(void) inerDelay_us(100)； CE=0； / chip enable CSN=1； / Spi disable SCK=0； / Spi clock line init high SPI_Write_Buf(WRITE_REG + TX_ADDR, TX_ADDRESS, TX_ADR_WIDTH)； / 寫(xiě)本地地址 SPI_Write_Buf(WRITE_REG + RX_ADDR_P0, RX_ADDRESS, RX_ADR_WIDTH)； / 寫(xiě)接收端地址 SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_AA, 0x01)； / 頻道 0 自動(dòng) ACK 應(yīng)答允許 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_RXADDR, 0x01)； / 允許接收地址只有頻道 0，如果需要多頻道可以參考 Page21 SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_CH, 0)； / 設(shè)置信道工作為2.4GHZ，收發(fā)必須一致 SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RX_PW_P0, RX_PLOAD_WIDTH)； /設(shè)置接收數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，本次設(shè)置為 32 字節(jié) SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_SETUP, 0x07)； / 設(shè) 置 發(fā) 射 速 率 為1MHZ，發(fā)射功率為最大值 0dB SPI_RW_Reg(WRITE_REG + CONFIG, 0x0e)； / IRQ 收發(fā)完成中斷響應(yīng)， 16 位 CRC，主發(fā)送 /*函數(shù)： uint SPI_RW(uint uchar) /*功能： NRF24L01 的 SPI 寫(xiě)時(shí)序 unsigned char SPI_RW(unsigned char uchar1) unsigned char bit_ctr； for(bit_ctr=0；bit_ctr8；bit_ctr+) / output 8-bit MOSI = (uchar1 & 0x80)； / output uchar, MSB to MOSI uchar1 = (uchar1 1)； / shift next bit into MSB. SCK = 1； / Set SCK high. uchar1 |= MISO； / capture current MISO bit SCK = 0； / .then set SCK low again return(uchar1)； / return read uchar /*函數(shù)： uchar SPI_Read(uchar reg) /*功能： NRF24L01 的 SPI 時(shí)序 unsigned char SPI_Read(unsigned char reg) unsigned char reg_val； CSN = 0； / CSN low, initialize SPI communication. SPI_RW(reg)； / Select register to read from. reg_val = SPI_RW(0)； / .then read registervalue CSN = 1； / CSN high, terminate SPI communication return(reg_val)； / return register value /*功能： NRF24L01 讀寫(xiě)寄存器函數(shù) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 unsigned char SPI_RW_Reg(unsigned char reg, unsigned char value) unsigned char status； CSN = 0； / CSN low, init SPI transaction status = SPI_RW(reg)； / select register SPI_RW(value)； / .and write value to it. CSN = 1； / CSN high again return(status)； / return nRF24L01 status uchar /*函數(shù)： uint SPI_Read_Buf(uchar reg, uchar *pBuf, uchar uchars) /*功能 : 用于讀數(shù)據(jù)， reg：為寄存器地址， pBuf：為待讀出數(shù)據(jù)地址， uchars：讀出數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù) unsigned char SPI_Read_Buf(unsigned char reg, unsigned char *pBuf, unsigned char uchars) unsigned char status,uchar_ctr； CSN = 0； / Set CSN low, init SPI tranaction status = SPI_RW(reg)； / Select register to write to and read status uchar for(uchar_ctr=0；uchar_ctruchars；uchar_ctr+) pBufuchar_ctr = SPI_RW(0)； / CSN = 1； return(status)； / return nRF24L01 status uchar /*函數(shù)： uint SPI_Write_Buf(uchar reg, uchar *pBuf, uchar uchars) /*功能 : 用于寫(xiě)數(shù)據(jù)：為寄存器地址， pBuf：為待寫(xiě)入數(shù)據(jù)地址， uchars：寫(xiě)入數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù) unsigned char SPI_Write_Buf(unsigned char reg, unsigned char *pBuf, unsigned char uchars) unsigned char status,uchar_ctr； CSN = 0； /SPI 使能 status = SPI_RW(reg)； for(uchar_ctr=0； uchar_ctr 0； i-) for(j = 200； j 0； j-)； void bell(void) int i,j； for(i=50,j=60；i0；i-) BELL=1； while(-j0)；/delay_ms(20)； BELL=0； while(-j0)；/delay_ms(20)； 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 37 void reset (void) (void (code *) (void) 0x0000) ()； * Name: display_num() * Function: 數(shù)碼管顯示函數(shù) void display_num2(uint num) unsigned int i,LedNumVal； unsigned int LedOut10； LedNumVal=num； LedOut4=Disp_TabLedNumVal%10000/1000； /千位 LedOut5=Disp_TabLedNumVal%1000/100； /|0x80； /百位帶小點(diǎn) LedOut6=Disp_TabLedNumVal%100/10|0x80； /十位 LedOut7=Disp_TabLedNumVal%10； /個(gè)位 for( i=0； i9； i+) P0 = LedOuti； P2 = dispbiti； /使用查表法進(jìn)行位選 delayy(100)；/ 100 /掃描間隔時(shí)間 太長(zhǎng)會(huì)數(shù)碼管會(huì)有閃爍感 * Name: display_num() * Function: 數(shù)碼管顯示函數(shù) void display_num1(uint num) unsigned int i,LedNumVal； unsigned int LedOut10； LedNumVal=num； LedOut0=Disp_TabLedNumVal%10000/1000； /千位 LedOut1=Disp_TabLedNumVal%1000/100|0x80； /百位帶小數(shù)點(diǎn) LedOut2=Disp_TabLedNumVal%100/10； /|0x80； 十位 LedOut3=Disp_TabLedNumVal%10； /個(gè)位 for( i=0； i180)break； tt=50； if(kk1405)|(kk2265) while(-ii0) bell()； display_num1(kk1)； display_num2(kk2)； while(tt-0) display_num1(kk1)； display_num2(kk2)； if(RxBuf0=flag20) i=3； if(i=3)&(RxBuf0!=flag20)&(RxBuf0!=flag10) kk2=RxBuf0； BELL=1； if(kk2150)&(kk2405)|(kk2265) while(-ii0) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 39 bell()； display_num1(kk1)； display_num2(kk2)； while(tt-0) display_num1(kk1)； display_num2(kk2)； * 函數(shù)名稱 ： main() * 函數(shù)功能 ： 主函數(shù) * 入口參數(shù) ： 無(wú) * 出口參數(shù) ： 無(wú) void main() init_NRF24L01()； BELL=1； while(1) wireless_display()； 4.3 本章小結(jié) 本章內(nèi)容完成了對(duì)本系統(tǒng)的真正實(shí)現(xiàn)，包括對(duì)壓力和溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和顯示，并且準(zhǔn)確的通過(guò) LED 燈和蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，系統(tǒng)的最終實(shí)現(xiàn)靠的是每一個(gè)步驟和過(guò)程的準(zhǔn)確，做好每一個(gè)細(xì)節(jié)才是最重要的。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 40 第 5 章 系統(tǒng)測(cè)試 5.1 概述 本系統(tǒng)在系統(tǒng)軟件研制的整個(gè)過(guò)程中都要進(jìn)行測(cè)試，以保證整個(gè)系統(tǒng)的精度和可靠性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，將下載好程序的電路板：發(fā)射模塊和接受模塊分別接通電源，通過(guò)溫度傳感器和模擬壓力的電位計(jì)實(shí)時(shí)采集信號(hào)并通過(guò)發(fā)射接受芯片傳輸?shù)浇邮漳K，信號(hào)通過(guò)單片機(jī)處理在顯示器上顯示數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)設(shè)值是通過(guò)報(bào)警燈和蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。通過(guò)改變溫度和電位計(jì)數(shù)值來(lái)測(cè)試系統(tǒng)的精確度和穩(wěn)定性。 5.2 信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸顯示測(cè)試 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初是模擬實(shí)車上應(yīng)用的 TPMS 系統(tǒng)的成熟產(chǎn)品，如圖 5.1： 圖 5.1實(shí)車上使用的 TPMS產(chǎn) 品 發(fā)射單元通過(guò)鋰電池供電，鋰電池有體積小，供電時(shí)間長(zhǎng)，抵抗惡劣環(huán)境強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。本課題是模擬該產(chǎn)品制作出來(lái)的簡(jiǎn)單實(shí)物，所以通過(guò)外接電源供電。 發(fā)射模塊接通電源，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，發(fā)射模塊開(kāi)始工作，這是會(huì)發(fā)現(xiàn)紅色指示燈開(kāi)始有規(guī)律頻閃，這說(shuō)明發(fā)射模塊工作正常，指示燈每閃爍一次代表發(fā)射一次信號(hào)。 接受模塊接通電源，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，這是工作指示燈亮起， LED 顯示器出現(xiàn)數(shù)字，說(shuō)明接受模塊工作正常。這是 LED 顯示器左邊 4 個(gè)單元顯示壓力數(shù)值，右邊 4 個(gè)單元顯示溫度數(shù)值如圖 5.2 所示： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 41 圖 5.2接收模塊 LED顯示 如圖所示 LED 顯示器 上分別顯示壓力 394kPa,溫度 27.4 ，數(shù)值都在預(yù)設(shè)范圍之內(nèi)，沒(méi)有報(bào)警現(xiàn)象，說(shuō)明發(fā)射、接受和 LED 顯示沒(méi)有問(wèn)題。 5.3 溫度超過(guò)預(yù)警值報(bào)警測(cè)試 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初是模擬 TPMS 產(chǎn)品的實(shí)際功能，溫度達(dá)到 80 時(shí)系統(tǒng)報(bào)警，為了測(cè)試時(shí)方便操作，模擬系統(tǒng)設(shè)定達(dá)到 29 時(shí)報(bào)警。 實(shí)驗(yàn)時(shí)可以通過(guò)手指給溫度傳感器加熱，觀察顯示器，數(shù)值會(huì)逐漸增加直到超過(guò)29 ，報(bào)警指示燈亮起，蜂鳴器開(kāi)始報(bào)警。 圖 5.3接收模塊 LED顯示 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 42 如圖 5.3 所示，顯示器顯示模擬壓力數(shù)值 393kPa，沒(méi)有超過(guò)預(yù)警值；顯示溫度數(shù)值 31.6 ，超 出預(yù)警值，系統(tǒng)正常報(bào)警，當(dāng)溫度超出預(yù)警指示報(bào)警測(cè)試成功。 5.4 模擬壓力超過(guò)預(yù)警值報(bào)警測(cè)試 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初是模擬 TPMS 產(chǎn)品的實(shí)際功能，胎壓達(dá)到 262kPa 時(shí)系統(tǒng)報(bào)警，為了測(cè)試時(shí)方便操作，模擬系統(tǒng)設(shè)定達(dá)到 405kPa 時(shí)報(bào)警。 測(cè)試開(kāi)始，調(diào)節(jié)電位計(jì)旋鈕，使顯示器度數(shù)逐漸增加，直到度數(shù)超過(guò) 405kPa，報(bào)警燈亮起，蜂鳴器報(bào)警，如圖 5.4 所示： 圖 5.4接收模塊 LED顯示 如圖 5.4 所示，顯示器顯示模擬壓力數(shù)值為 407kPa，超出預(yù)警值 ；顯示溫度數(shù)值26.9 ，沒(méi)有超出預(yù)警值；系統(tǒng)正常報(bào)警，模擬壓力超出預(yù)警值 測(cè)試成功。 5.5 模擬壓力和