基于單片機的胎壓智能監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計設(shè)計方案

1、畢業(yè)設(shè)計方案題 目 基于單片機的胎壓智能監(jiān)測系統(tǒng)的 設(shè)計與實現(xiàn) 學 院 信息科學與工程學院 專 業(yè) 電子信息科學與技術(shù) 班 級 電信1201 學 生 李文橋 學 號 20121221061 指導教師 趙保華 二一六 年 三 月 十 日學院 信息科學與工程學院 專業(yè) 電子信息科學與技術(shù)學生 李文橋 學號 20121221061 設(shè)計題目 基于單片機的胎壓智能監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 一、選題背景與意義1.課題產(chǎn)生背景及其意義隨著交通運輸?shù)牟粩喟l(fā)展，汽車數(shù)量和車速也越來越高。而伴隨著的則是對安全嚴重考驗。而爆胎，疲勞駕駛，超速已經(jīng)成為了三大交通事故殺手。而其中以汽車爆胎的難預測和不確定性成為了司機頭疼

2、不已的事情。據(jù)統(tǒng)計，在中國因為爆胎引發(fā)的事故比例達70%，在美國更是高達80%。因此怎么樣防止汽車爆胎原因成為了一項重要課題。據(jù)國家輪胎質(zhì)量監(jiān)督中心專家研究發(fā)現(xiàn)，汽車輪胎氣壓正常與否是一項重要因素。因此汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)（簡稱TPMS）則變成了最理想的工具。汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)運而生。 所以輪胎氣壓情況檢測是必須的，而氣壓量是無法通過肉眼觀測的，而且在高速行駛時也是不實際的，TPMS可以幫助人們隨時隨地不間斷的監(jiān)測氣壓量。從經(jīng)濟性上考慮，據(jù)統(tǒng)計和試驗驗證氣壓量每下降十分之一而輪胎的壽命會縮短四分之一1。不僅如此，從油耗上看，汽車輪胎氣壓量下降時會使得輪胎與地面摩擦力下降，而且輪胎

3、抓地力不牢導致油耗會上升。根據(jù)實驗研究氣量下降十分之一時在相同油量下汽車行駛會下降2%。同時在汽車保養(yǎng)方面，當氣壓量下降時汽車底盤下沉，懸掛系統(tǒng)也會受到損傷，時間一長造成極大的經(jīng)濟損失。不僅如此，這些損傷還會造成交通事故，造成人身安全危害。 2.國內(nèi)外研究和發(fā)展的概況早在2001年美國就通過了TRAD法案，法案要求到2007年所有美國銷售的新車都必須將TPMS作為標準配置。美國國家公路安全管理局（NHTHA）2002年頒布的法規(guī)要求監(jiān)控器在輪胎氣壓低于生產(chǎn)商推薦值的25%30%時向司機報警，建議從2004年開始新車應(yīng)安裝輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）。繼美國之后，歐洲也制定相應(yīng)的法規(guī)，

4、要求其國內(nèi)的汽車廠商安裝TPMS。在2004年美國印第安納波利斯博覽會上，加拿大輪胎設(shè)備公司推出了世界上第二套摩托車輪胎專用TPMS；第一套是由英國Metasystem公司2002年推出的。該產(chǎn)品能夠在摩托車行駛過程當中監(jiān)測和顯示出每只輪胎的充氣內(nèi)壓和溫度信息，如果出現(xiàn)偏差，就會通過報警燈提醒乘騎者注意。日本阿爾卑斯電氣公司開發(fā)的不需要電池的汽車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)最近通過有關(guān)試驗驗證，符合歐洲及美國的電磁波相關(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行評測，計劃在歐美、日本等地進行實地試驗，2004年8月開始提供樣品，2006年投入批量生產(chǎn)。國外的TPMS產(chǎn)品已經(jīng)相當成熟，能夠經(jīng)

5、受57萬公里的使用測試，現(xiàn)在國外的TPMS的研發(fā)重點在于開發(fā)無源的TPMS，如采用SAW這類無源器件的頻率變化來監(jiān)測輪胎壓力的變化。TMPS的研究在中國剛剛起步。目前各廠家的重點并非是如何開拓市場，而是如何提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量。目前國內(nèi)的TPMS系統(tǒng)問題不少：國內(nèi)需配備專用的主機、顯示屏；需要在車內(nèi)固定和接線，安裝繁瑣、影響美觀、整車廠難以配裝；不能設(shè)定標準胎壓、無法保障輪胎合理使用；不具備抗干擾的清晰語音提示報警功能，會造成駕駛員視線轉(zhuǎn)移；因輻射效率、編碼糾錯性能差、在惡劣環(huán)境下漏報嚴重。直接式TPMS產(chǎn)品無線信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性可靠性不足，電池壽命問題，傳感器壽命和耐久性問題。此外，TPMS零組

6、件主要靠進口，缺乏自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。2、 設(shè)計內(nèi)容1. 設(shè)計內(nèi)容研究本課題設(shè)計的是一種基于單片機的數(shù)字氣壓計，主要針對的是汽車輪胎胎壓計的設(shè)計。汽車輪胎胎壓計是通過氣壓傳感器獲取與汽車輪胎胎壓相對應(yīng)模擬電壓值，并經(jīng)過V/F變換輸入到單片機進行處理，從而實時顯示相應(yīng)氣壓值。由于使用胎壓計有一定的參數(shù)要求，設(shè)計數(shù)字氣壓計時要仔細了解這些參數(shù)以防止使用不當而損壞胎壓計。汽車輪胎胎壓計采用高性能絕對壓力傳感器，屏幕顯示出高準確度的汽車輪胎胎壓，實現(xiàn)了對輪胎壓力的實時監(jiān)測。當汽車輪胎壓力處于非正常狀態(tài)運行時，通過報警來通知駕駛員，防止輪胎爆胎的發(fā)生，以達到安全駕駛的目的。2. 預期研究結(jié)果駕駛者可以根

7、據(jù)顯示數(shù)據(jù)及時地對輪胎進行加氣或放氣，發(fā)現(xiàn)滲漏可以及時處理，讓意外能在小處化解。  功能： (1) 全時監(jiān)測輪胎壓力；  (2) 輪流顯示當前輪胎壓力及溫度； (3) 高壓低壓報警，高溫報警； (4) 快速漏氣報警； (5) 主機電池低電量提示； (6) 停車時顯示屏自動關(guān)閉； (7) 電池供電時主機可自動進入停車省電模式； (8) 可根據(jù)車型及輪胎位置設(shè)定相應(yīng)的標準壓力值。三、設(shè)計方案1.總體設(shè)計由于測量

8、時被測氣壓由氣壓傳感器轉(zhuǎn)換為模擬的電壓輸出，此輸出信號不能直接交由單片機處理。因此，需要經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換模塊把氣壓傳感器輸出的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖（其頻率隨輸入電壓呈線性變化）。通過單片機接收該脈沖信號，得到單位時間內(nèi)獲得的脈沖數(shù)，依據(jù)電壓與頻率的線性關(guān)系式計算出所對應(yīng)的實際氣壓值，最后通過LCD顯示電路顯示給用戶。根據(jù)功能及技術(shù)要求，系統(tǒng)的總體設(shè)計如圖1所示。圖1 總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖通過對單片機各個端口的設(shè)置，以及定時器工作方式和串行口工作方式的選擇，并對定時器和串行口進行初始化用以實現(xiàn)對單片機和各個功能模塊芯片之間通訊和聯(lián)絡(luò)的設(shè)定。在主程序模塊中關(guān)鍵是使單片機初始化，以及分配地址

9、空間交代程序中各個變量等。其中最為關(guān)鍵的是連接子程序的各個功能模塊。檢測模塊功能主要是收集壓力信息，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并通過處理單元處理數(shù)據(jù)，再通過射頻無線傳輸出去。由傳感器將信息傳入微處理器中，再由微處理器對格式轉(zhuǎn)換，再進行編碼處理變成合適調(diào)制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式。具體設(shè)計如圖2所示：圖2 檢測模塊結(jié)構(gòu)圖。主機部分包括射頻信號接收裝置，接收之后傳入MCU進行處理，從這些數(shù)據(jù)中提取各個輪胎壓力，在進行進制轉(zhuǎn)換后成為十進制數(shù)據(jù)再在液晶屏上顯示。再經(jīng)過比較程序處理比較大小最終由比較結(jié)果進行相應(yīng)的報警提示處理。具體設(shè)計如圖3所示。圖3 主機部分結(jié)構(gòu)圖。2. 硬件設(shè)計部分本系統(tǒng)采用集成的單

10、片機主控，通過壓力傳感器將氣壓信號送入帶A/D轉(zhuǎn)換的STC5A60S2單片機中，以及在相關(guān)模擬分立元件的輔助下進行A/D轉(zhuǎn)換以及其它的數(shù)據(jù)處理，將處理的結(jié)果送顯示部分進行顯示。另外在設(shè)計過程中，除了以上主要功能外，本系統(tǒng)還加入了顯示時鐘，可時時顯示時間并有斷電保護，增加了硬件的趣味性和美感。使數(shù)字氣壓計功能更加完善，外觀更加完美。 3. 軟件設(shè)計部分本系統(tǒng)通過對單片機各個端口的設(shè)置，以及定時器工作方式和串行口工作方式的選擇，并對定時器和串行口進行初始化用以實現(xiàn)對單片機和各個功能模塊芯片之間通訊和聯(lián)絡(luò)的設(shè)定。在主程序模塊中我們關(guān)鍵是使單片機初始化，以及分配地址空間交代程序中各個變量等。

11、其中最為關(guān)鍵的是連接子程序的各個功能模塊。 首先設(shè)置計時器0和計數(shù)器1，當計數(shù)器處于0狀態(tài)時返回，當處于1狀態(tài)時進入定時器0服務(wù)子程序。ET0=0時開始計數(shù)，然后判斷是否計數(shù)為10，為10就設(shè)定ET0=1、TR1=1，不為10則設(shè)定TR1=0、計數(shù)器復位，之后計算氣壓值、調(diào)用顯示函數(shù)，再返回ET0=1、TR1=1。流程圖如圖4所示：圖4 程序流程圖四、參考文獻1  陳勇.直接式輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與研究D.學位論文,2009 2  盧敏汽.車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的研究與設(shè)計D.學位論文,2010 3  李珊

12、.基于SP12的汽車輪胎狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計J. 電子元器件應(yīng)用. 2008(03)  4  胡亞東.基于MSP430的直接式胎壓檢測系統(tǒng)的設(shè)計D.學位論文，2006 5  魏檸檸.壓力傳感器SP12在胎壓監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用D.浙江大學碩士論文,2008 6  李天利,李澤湘.汽車胎壓監(jiān)測系統(tǒng)無源SAW溫度壓力傳感器的研究D. 哈爾濱工業(yè)大學博士論文,2010  7  C. Campbell,J. C. 

13、;Burgess.Surface Acoustic Wave Devices and Their Signal Processing ApplicationsJ. The Journal of The Acoustical Society of America , 1991 8  陳勇.直接式輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與研究D.江蘇大學學位論文,2009 9  

14、陳勇,李伯全,李淵.  基于SP12傳感芯片的輪胎壓力實時監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計J. 電子技術(shù)應(yīng)用, 2007(07)  10 廖敏娜，張向文，顧明亮.基于MPXY8300胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)J. 桂林電子科技大學計算機科學與工程學院,2011 11 張慶良，高志賢.基于NPX1的胎壓監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計J .邯鄲職業(yè)技術(shù)學院,2013 12 李學海.PIC單片機實用教程（基礎(chǔ)篇）M .北京:北京航空航天大學出版社，2003 13 鄭賢忠.基于有源R

15、FID技術(shù)的車輛識別與控制終端系統(tǒng)研究D.武漢理工大學碩士論文2010 10 黃友，張向文.基于SP37的輪胎壓力檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)J. 桂林電子科技大學電子工程與自動化學院,2010  14 李念強，王玉泰，張魯， 張羽. 單片機原理及應(yīng)用M. 北京:機械工業(yè)出版社， 2007.4:108-11015  Fujikawa T，F(xiàn)unazaki,A,and Yamazaki,S;Tire Tire Temperatures in Actual Contact AreasM;Tire Science and&#