汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)

1、內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）用紙汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)摘 要隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和道路交通網(wǎng)絡(luò)的擴大，由此而引起的安全問題在人們的生活中也是曰益嚴重，引發(fā)的交通事故也在不斷增多。其中由輪胎氣壓引起的事故比例非常之高，使得人們對的輪胎氣壓的關(guān)注日益密切。汽車輪胎壓力監(jiān)測技術(shù)是一種能切實有效的防止和減少由于輪胎引起的交通事故的方法。本設(shè)計介紹輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）的電路設(shè)計和相關(guān)技術(shù)問題。TPMS系統(tǒng)由壓力傳感器模塊和中央接收機組成。壓力傳感器SP12、微控制器和433 MHz收發(fā)一體射頻IC(nRF401)組成了壓力傳感器模塊，負責輪胎壓力的采集和發(fā)射。然后接收機接收壓力信息，并進行處理

2、。該系統(tǒng)可隨時測定每個輪胎內(nèi)部的實際溫度、 壓力值 ,及時報警 ,有效避免事故的發(fā)生。關(guān)鍵詞：TPMS；輪胎壓力監(jiān)測；射頻；壓力傳感器；微控制器1目 錄第1章 緒 論1.1 課題研究的背景和意義 1第2章 系統(tǒng)設(shè)計 22.1.1汽車輪胎壓力監(jiān)測報警系統(tǒng)的基本工作原理 22.1.2設(shè)計方案 3 2.2系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 42.2.1 單片機控制模塊 4 2.2.2射頻電路 7 2.2.3螺旋天線的結(jié)構(gòu) 102.2.4傳感器電路 112.2.5 LCD顯示 13 2.2.6系統(tǒng)功耗 19第3章 汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計 20 3. 1 采樣端的軟件設(shè)計 21 3.1.2采樣端工作流程介紹 21

3、3.1.3采樣端的軟件流程設(shè)計223.1.4軟件異步串行通訊 233.2接收端軟件設(shè)計 253.2.1接收端的通信流程介紹 263.2.2接收端的軟件流程設(shè)計 273.3 PROTEUS 仿真 29第四章結(jié)論 29 附錄1 系統(tǒng)硬件原理圖 30 參考文獻 31致謝 32 3內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）用紙第1章 緒 論1.1 課題研究的背景和意義隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，交通越來越便利，而隨之引發(fā)的交通事故也在不斷增多，其中由于輪胎的氣壓引起的比例非常高，這就使得人們需要對行駛中的輪胎氣壓進行關(guān)注。輪胎氣壓影響著汽車的使用性能和輪胎的壽命。當前，輪胎爆胎，疲勞駕駛，超速行駛已經(jīng)成為高速公路

4、事故的三大殺手。其中，輪胎爆胎由于其不可預(yù)測性和無法控制而成為首要因素。有人曾經(jīng)用一句話來概括輪胎的重要性：當一個人坐到汽車里面以后，這個人實際上就交給了汽車；一旦汽車行駛起來，這個人實際上就全部交給了汽車。在汽車的高速行駛過程中，輪胎故障是所有駕駛者最為擔心和最難預(yù)防的，也是突發(fā)性交通事故發(fā)生的重要原因。據(jù)統(tǒng)計，在中國高速公路上發(fā)生的交通事故有70是由于爆胎引起的，而在美國這一比例則高達80。怎樣防止爆胎已成為安全駕駛的一個重要課題。據(jù)國家橡膠輪胎質(zhì)量監(jiān)督中心的專家分析，保持標準的汽車輪胎氣壓正常與穩(wěn)定和及時發(fā)現(xiàn)車胎漏氣是防止爆胎的關(guān)鍵。而汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)(Tire Pressure M

5、onitoring System，簡稱TPMS)毫無疑問將是理想的工具。在客車和輕型卡車上必須安裝輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)(TPMS)以便在輪胎氣壓低于規(guī)定值時發(fā)出警報。于是，汽車輪胎氣壓監(jiān)測技術(shù)應(yīng)運而生。在未來汽車上加裝輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS），也必將和ABS、安全氣囊一樣，是必然的發(fā)展趨勢。輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)全天候?qū)喬ダ锏膲毫M行監(jiān)測，對輪胎的漏氣和低壓、高壓進行報警，使車輛始終處于安全運行狀態(tài)。 11第2章 系統(tǒng)設(shè)計2.1.1汽車輪胎壓力監(jiān)測報警系統(tǒng)的基本工作原理本系統(tǒng)通過全天候?qū)喬ダ锏膲毫M行監(jiān)測，對輪胎的漏氣和低壓、高壓進行報警，使車輛盡可能始終處于安全運行狀態(tài)。整個系統(tǒng)主要分為輪胎內(nèi)

6、數(shù)據(jù)采集及發(fā)射系統(tǒng)、數(shù)據(jù)接收及顯示報警系統(tǒng)兩個子系統(tǒng)，如圖2.1所示。輪胎內(nèi)數(shù)據(jù)采集及發(fā)射模塊數(shù)據(jù)接收及顯示報警模塊圖2.1 系統(tǒng)原理方框圖在數(shù)據(jù)采集及發(fā)射這部分系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集模塊首先將汽車輪胎內(nèi)壓力溫度等情況通過傳感器采集給MCU，經(jīng)MCU編碼后由射頻發(fā)射給駕駛室內(nèi)的接收系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)接收及處理這部分系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)接收模塊將數(shù)據(jù)進行解調(diào)以便將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。然后交由MCU進行解碼處理后將信息傳送到顯示報警模塊。在顯示報警模塊中，系統(tǒng)將經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)顯示在顯示電路中并對危險情況進行報警。222.1.2設(shè)計方案方案本方案采用的輪胎壓力傳感器的芯片選用MicrochiP公司的PICl6F62

7、8A低功耗8位MCU，壓力傳感器選用英飛凌的SPl2，Infineon(英飛凌)推出的胎壓傳感器 SPl2整合了壓力，溫度，慣性傳感器，以及一個電源控制監(jiān)測器。SPl2的壓力范圍從100到450kpa，SP12是英飛凌公司的輪胎壓力傳感器IC，如圖4所示，通過MEMS技術(shù)集成了壓力和溫度、加速度、電壓的檢測電路，直接以數(shù)字形式輸出各物理量的示值，與外圍采用SPI協(xié)議進行交互。射頻IC選用N0rdic公司的nRF40l。它采用FSK的調(diào)制解調(diào)技術(shù)，其最高工作速率可達20kb，發(fā)射功率可調(diào)，最大達10dBm。基本技術(shù)指標如下： 中心載頻點為433.92/434.33MHz；最大發(fā)射功率為10dBm

8、；工作電壓為2.75.25V；接收時消耗電流為250A，發(fā)射時最大為28mA，待機電流為8A。顯示采用的是lcd1602，設(shè)計框圖如圖2.3所示。傳感器：SPl2MCU：PICl6F628A射頻：nRF40lMCU：PICl6F628ALcd1602接收：nRF40l蜂鳴器報警圖2.3方案二原理方框圖2.2系統(tǒng)硬件電路設(shè)計2.2.1 單片機控制模塊PIC16F628A單片機是18引腳的8位CMOS閃存單片機，具有多用途、低成本、高性能和全靜態(tài)的特點。所有PICmicro單片機均采用先進的RISC架構(gòu)。PIC16F628A具有增強的內(nèi)核功能、8級深度的堆棧以及多種內(nèi)部和外部中斷源。哈佛架構(gòu)獨立的

9、指令總線和數(shù)據(jù)總線，允許同時取14位寬指令字與獨令（需要兩個周期）以外的所有指令都能在單個周期內(nèi)執(zhí)行?？偣灿?5條指令（精簡指令集）可用。PIC16F628A單片機與同類的其他8位單片機相比，通常能實現(xiàn)2:1的代碼壓縮率和4倍的速度提升。其引腳如圖2.4所示。圖2.4 PIC16F628A的引腳圖PIC16F628A器件集成了很多功能部件，從而減少了外部元件的使用，因此降低了系統(tǒng)成本，提高了系統(tǒng)可靠性，并降低了功耗。PIC16F628A有8種振蕩器配置。單引腳的RC振蕩器提供了低成本的解決方案。LP振蕩器可將功耗降至最低，XT是標準晶振，而INTOSC是獨立的高精度雙速內(nèi)部振蕩器。HS模式是高

10、速晶振。EC模式則是采用外部時鐘源。休眠（斷電）模式可以節(jié)能。用戶可以通過幾種外部中斷、內(nèi)部中斷以及復(fù)位將芯片從休眠狀態(tài)喚醒。高可靠性的看門狗自帶了片上RC振蕩器，能夠避免程序鎖死。PIC單片機的特點如下：1.高性能 RISC CPU：(1)工作速度可從DC到20MHz(2)中斷能力(3)8級深度硬件堆棧(4)直接、間接和相對尋址模式(5)35條單字指令(6)除了轉(zhuǎn)移指令以外，所有指令均為單周期指令2.單片機的特殊功能：(1)內(nèi)部和外部振蕩器選擇：- 高精度的內(nèi)部4MHz振蕩器，出廠時精度校準為±1%- 低功耗內(nèi)部48kHz振蕩器- 可使用晶振和諧振器作為外部振蕩器。(2)節(jié)能的休眠

11、模式(3)PORTB上有可編程的弱上拉功能(4)主復(fù)位/輸入引腳復(fù)用(5)看門狗定時器帶有獨立的振蕩器，能保證可靠的運行(6)低電壓編程(7)在線串行編程(8)可編程代碼保護(9)欠壓復(fù)位(10)上電復(fù)位(11)上電延時定時器和振蕩器起振定時器(12)寬工作電壓范圍（2.0V到5.5V）(13)工業(yè)級和擴展級溫度范圍(14)高耐用性閃存/EEPROM單元- 閃存可經(jīng)受10萬次寫操作- EEPROM可經(jīng)受100萬次寫操作- 數(shù)據(jù)保持期為40年3.低功耗功能：(1)待機電流：- 當電壓為2.0V時，典型值為100nA(2)工作電流：- 當頻率為32kHz，電壓為2.0V時，典型值為12µ

12、A- 當頻率為1MHz，電壓為2.0V時，典型值為120µA(3)看門狗定時器電流:- 當電壓為2.0V時，典型值為1µA(4)Timer1振蕩器電流：- 當頻率為32kHz，電壓為2.0V時，典型值為1.2µA(5)雙速內(nèi)部振蕩器：- 有4MHz和48kHz兩種頻率可供選擇- 從休眠狀態(tài)喚醒4µs，3.0V，典型值4.外設(shè)功能：(1)16個具有獨立方向控制的I/O引腳 (2)較高灌/拉電流用于直接驅(qū)動LED(3)模擬比較器模塊帶有：- 兩個模擬比較器- 可編程的片上參考電壓 （VREF）模塊。- 可選擇的內(nèi)部或外部參考電壓- 可外部訪問比較器輸出(4)

13、Timer0：帶8位可編程預(yù)分頻器的8位定時器/計數(shù)器(5)Timer1：帶有外部晶振/時鐘源功能的16位定時器/計數(shù)器(6)Timer2：帶8位周期寄存器、預(yù)分頻器和后分頻器的8位定時器/計數(shù)器(7)捕捉/比較、PWM模塊(8)可尋址的通用同步/異步收發(fā)器USART/SCI2.2.2射頻電路在圖2.5所示的射頻信號電路中，采用Nordic公司的nRF401器件，該器件是433MHz ISM頻段的單片UHF無線收發(fā)IC。它采用FSK的調(diào)制解調(diào)技術(shù)，其最高工作速率可達20kb，發(fā)射功率可調(diào)，最大達10dBm?；炯夹g(shù)指標如下：中心載頻點為433.92/434.33MHz；最大發(fā)射功率為10dBm

14、；工作電壓為2.75.25V；接收時消耗電流為250A，發(fā)射時最大為28mA，待機電流為8A。圖2.5發(fā)射（接收）模塊電路NRF401的ANT1和ANT2是天線的輸入/輸出復(fù)用腳。在輸入模式時，射頻信號通過將該腳連接到低噪音放大器后解調(diào)；同樣，在輸出模式時，調(diào)制的信號在功率放大后，通過該腳輸出。4腳為nRF401的PLL鎖相環(huán)濾波器輸入，該腳正常工作時的電壓是1.1V±0.2V。5腳和6腳為壓電晶振控制的外圍電路，此兩腳間接一個Q>45（在433MHz）值的22 H電感。7腳和8腳分別為數(shù)據(jù)輸入腳和輸出腳。配合18腳PWR_UP和19腳TXEN上的電位時序完成信息的發(fā)送和接收。

15、11腳外接射頻功率控制電阻。如圖2中的R3，該值在22100k之間。一般在30k左右達到7dBm。重要的時序參數(shù)：NRF401在不同工作模式下的時序如表2.1所示表2.1 nrf401的工作時序表模式控制名稱最大延時條件TXRXt3 ms連續(xù)工作RXTXt1 msStd.byTXt2 msStd.byRXt3 msVDD=0TXt4 ms上電VDD=0RXt5 msTX n RX 的切換 當從 RXTX 模式時，數(shù)據(jù)輸入腳（DIN）必須保持為高至少1ms才能發(fā)送數(shù)據(jù),時序如圖2.6（a）所示。當從 TXRX 模式時，數(shù)據(jù)輸出腳（DOUT）要至少3ms以后有數(shù)據(jù)輸出，如圖2.6（b）所示。圖2.

16、6TX n RX 的切換時序圖Standby n RX 的切換 從待機模式到接收模式，當PWR_UP輸入設(shè)成1時，經(jīng)過t時間后DOUT腳輸出數(shù)據(jù)才有效。請看表2.1，對nRF401來說，t最長的時間是3ms，如圖2.7（a）所示。Standby n TX 的切換從待機模式到發(fā)射模式，所需穩(wěn)定的最大時間是t，請看表2.1。 圖2.7Standby n RX 和Standby n TX 切換的時序圖Power Up n TX 的切換 從加電到發(fā)射模式過程中，為了避免開機時產(chǎn)生干擾和輻射，在上電過程中TXEN的輸入腳必須保持為低，以便于頻率合成器進入穩(wěn)定工作狀態(tài)，當由上電進入發(fā)射模式時，TXEN 必

17、須保持1ms以后才可以往 DIN 發(fā)送數(shù)據(jù)，見圖2.8（a）。Power Up n RX 的切換 從上電到接收模式過程中，芯片將不會接收數(shù)據(jù)，DOUT也不會有有效數(shù)據(jù)輸出，直到電壓穩(wěn)定達到2.7V以上，并且至少保持5ms。如果采用外部振蕩器，這個時間可以縮短到3ms，見圖2.8（b）。圖2.8 Power Up n TX和Power Up n RX的切換時序圖2.2.3螺旋天線的結(jié)構(gòu)由于天線有不同類型，應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用要求來選擇。本應(yīng)用中，天線位于汽車輪轂內(nèi)，緊靠氣門嘴。在高速行駛中，天線不斷變換方向。為了盡可能擴大接收的角度，選用螺旋天線。螺旋天線的圈數(shù)（N）、直徑（D）和圈距（S）決定了天線

18、的增益和方向性。天線的總長為LN=NLo=Nsqrt(S2+C2)這里C=D是螺旋的園周，Lo=sqrt(S2+C2)是一圈導(dǎo)線的長度。另一個重要參數(shù)是螺旋角，它是螺旋線切線和螺旋軸垂直平面的夾角。螺旋角的定義為=tan-1(S/C)螺旋天線有以下2種工作模式。(1)常態(tài)模式。在常態(tài)工作模式，天線輻射場在相對于螺旋軸的法線平面有極大值。對于該模式：NLo<<。(2)軸向（端射）模式。這種工作模式只有一個主瓣，它的最大輻射強度沿著螺旋軸，副瓣與軸間有一個傾斜角度。為激勵這種模式，其直徑D和空間S必須是波長的一個大分數(shù)。本設(shè)計采用單端天線時匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計，圖2.9的180nH電感要求自

19、諧振頻率大于433MHz。根據(jù) 具體應(yīng)用不同，在RF輸入輸出處，可能需要 LC 匹配網(wǎng)絡(luò)。單端天線到nRF401的連接,也可以采用一個8：1的RF線圈匹配阻抗。圖2.9 單端天線時匹配網(wǎng)絡(luò)2.2.4傳感器電路英飛凌公司的SP12傳感器整合了硅顯微機械加工的壓力與加速度傳感器、溫度傳感器和一個電池電壓監(jiān)測器，提供四合一傳感功能，并配有一個能完成測量、信號補償與調(diào)整及SPI串行通信接口CMOS大規(guī)模集成電路。英飛凌的SP12傳感器測量范圍：(1)壓力范圍：100kPa到450kPa，分辨率1.37kPa/lsb；(2)加速度范圍：-12g到115g，分辨率0.5g/lsb；(3)溫度范圍：-40到

20、+125，分辨率1/lsb；(4)傳感器供電電壓：1.8V到3.6V，分辨率18.4mV/lsb。英飛凌的SP12傳感器的優(yōu)點：(1)檢測精度方面：硅壓阻式壓力傳感器SP12是采用高精密半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片組成惠斯頓電橋作為力電變換測量電路的，其測量精度能達0.01%0.03%FS；(2)測量可靠性方面：SP12設(shè)有補償功能，可以對壓力, 加速度,溫度,供電電壓信號進行檢測和補償,準確提供不同型號輪胎在不同環(huán)境時的正確補償值，有效地保證了測量可靠性；(3)低功耗方面：英飛凌的SP12傳感器首先是采用了喚醒瞬態(tài)工作模式，當它工作在睡眠工作模式時其功耗僅0.6微安秒，器件所有數(shù)字模擬部分全部工作時的電

21、流消耗是6mA，大大地降低系統(tǒng)功耗，延長了電池的使用壽命。圖2.10傳感器電路SP12傳感器引腳：NCS：片選使能輸入信號，當NCS接收到低電平信號時SP12被選中工作，否則SP12不工作。SCLK：串行時鐘輸入/輸出，用于輸出或者接收數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇袝r鐘，本例中用于接收來自單片機的串行時鐘。 SDI：串行數(shù)據(jù)輸入信號，用于接收單片機的串行數(shù)據(jù)輸入。SDO：串行數(shù)據(jù)輸出信號，用于向單片機串行輸出SP12的測量數(shù)據(jù)。同時內(nèi)部有兩個時鐘信號，WAKEUP和RESET。WAKEUP每6s輸出一個脈沖信號，RESET每隔約54min輸出一個脈沖信號，低電平有效。 采樣端對數(shù)據(jù)進行的處理由于SP12測量的

22、壓力、溫度、加速度以及電壓并不能直接用來表示實際的壓力、溫度、加速度以及電壓，需要進行二次處理才能轉(zhuǎn)化為實際檢測值。所以，需要單片機對接收到的SP12響應(yīng)數(shù)據(jù)進行處理后才能送到液晶顯示器進行顯示。(1)壓力數(shù)據(jù)處理：實際壓力 = 溫度字節(jié)數(shù)據(jù)×1.37 + 100（kPa）(2)溫度數(shù)據(jù)處理：溫度字節(jié)中的內(nèi)容（T+50），反映了測量到的溫度T，單位是攝氏度。其范圍是10175，對應(yīng)于-40125的溫度范圍，即：實際溫度 = 溫度字節(jié)數(shù)據(jù)50（）由于溫度測量存在非線性誤差，因此必須進行修正，修正公式為： = （1）=0.92+0.04*+0.002*（2）式中：為修正后的溫度，為實際溫

23、度，為非線性誤差。(3)加速度數(shù)據(jù)處理：實際加速度 =（加速度字節(jié)數(shù)據(jù)×0.5） 12（g） (4)電壓數(shù)據(jù)處理：實際電壓 =（電壓字節(jié)數(shù)據(jù)×0.0184）+ 1.73（V）2.2.5 LCD顯示1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別，本設(shè)計采用的是不帶背光的LCD。管腳如圖2.11所示：圖2.11 1602LCD管腳圖1.1602LCD主要技術(shù)參數(shù)顯示容量:16×2個字符芯片工作電壓:4.55.5V工作電流:2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓:5.0V字符尺寸:2.95×4.35(W×H

24、)mm引腳功能說明1602LCD采用標準的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表2.2所示:表2.2 1602LCD引腳說明編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負極引腳接口說明：第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K

25、的電位器調(diào)整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。1602LCD的指令說明及時序1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表2.3所示：表2.3 1062指令及時序表序號指令RSR/WD

26、7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標志或地址01BF計數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM）10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容1602控制命令1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）指令1：清顯示，指令碼01

27、H,光標復(fù)位到地址00H位置。指令2：光標復(fù)位，光標返回到地址00H。指令3：光標和顯示模式設(shè)置 I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4：顯示開關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標的開與關(guān)，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時

28、顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。指令8：DDRAM地址設(shè)置。指令9：讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數(shù)據(jù)。指令11：讀數(shù)據(jù)。與HD44780相兼容的芯片時序表如下：表2.4 1602芯片時序表讀狀態(tài)輸入RS=L，R/W=H，E=H輸出D0D7=狀態(tài)字寫指令輸入RS=L，R/W=L，D0D7=指令碼，E=高脈沖輸出無讀數(shù)據(jù)輸入RS=H，R/W=H，E=H輸出D0D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)輸入RS=H，R/W=L，D0D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖輸出無讀寫操作時序如圖2.12

29、和2.13所示：圖2.12 讀操作時序圖2.13 寫操作時序1602LCD的RAM地址映射及標準字庫表液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，圖2.14是1602的內(nèi)部顯示地址。圖2.14 1602LCD內(nèi)部顯示地址1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，如圖10-58所示，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是010000

30、01B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”，對應(yīng)關(guān)系如表2.5所示。表2.5字符碼與字符字模之間的對應(yīng)關(guān)系表2.2.6系統(tǒng)功耗由于要求TPMS系統(tǒng)整體靜態(tài)電流小于20 A，所以保證選用的器件必須是低功耗或超低功耗的芯片。PIC16F628A的靜態(tài)電流為0.1 A，傳感器SP12的靜態(tài)電流為0.6 A，射頻NRF401的待機電流為8 A。 經(jīng)過實測，靜態(tài)功耗Ist =Ist_mcu+Ist_sensor+Ist_rf+Ist_cap=15 A。Ist_cap為鉭電容的泄露電流。動態(tài)功耗在射頻處于連續(xù)發(fā)射的情況下，經(jīng)實測為25 mA(最大值)。第3章

31、汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計本系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)。整個程序分為采樣端的數(shù)據(jù)采集發(fā)送程序和接收端的數(shù)據(jù)接收程序兩大部分。兩部分程序均采用C語言編寫。3. 1 采樣端的軟件設(shè)計3.1.2采樣端工作流程介紹采樣端的功能主要有兩個階段：第一個階段：對整個傳感模塊進行上電復(fù)位；第二個階段：傳感器測量溫度和壓力，將信號傳遞給單片機；單片機對信號進行處理，也就是調(diào)制，生成數(shù)據(jù)幀，交給射頻發(fā)射芯片；最后由射頻發(fā)射芯片將數(shù)據(jù)幀發(fā)出。下面給出了采樣端工作流程圖：初始化測量溫度和壓力將數(shù)據(jù)傳給單片機單片機將數(shù)據(jù)進行處理單片機將信號傳送到射頻芯片射頻調(diào)制芯片調(diào)制并發(fā)射圖31采樣端工作流程圖3.1.3采樣端的

32、軟件流程設(shè)計采樣端程序采用C語言編寫：程序中通過匯編代碼嚴格控制各組件的工作時間。子機系統(tǒng)中相鄰兩個輪胎間隔3秒發(fā)射一包數(shù)據(jù)給主機，發(fā)射該包數(shù)據(jù)所需時間約為400毫秒，含有3組地址和壓力數(shù)據(jù)。每個輪胎數(shù)據(jù)的發(fā)射時間間隔為12秒。各子機每隔12秒被喚醒監(jiān)視壓力。各子機軟件結(jié)構(gòu)大致相同。主要由兩大部分組成，即采樣和軟件異步串行通訊。1.輪胎發(fā)射時序的設(shè)計每兩個輪胎中的子機發(fā)射數(shù)據(jù)的間歇時間為3秒。各子機每休眠116秒將被系統(tǒng)唉醒一次，監(jiān)視輪胎壓力變化是否過大；如果過大，則立刻向主機報警。各子機每12秒固定向主機更新一次壓力數(shù)據(jù)。發(fā)射間歇休眠116秒發(fā)射。2.采樣端軟件流程設(shè)計系統(tǒng)上電初始化后就開始

33、測量數(shù)據(jù)。如果測量的數(shù)據(jù)是一個新的最大或者最小值(在傳輸數(shù)據(jù)之間的時間內(nèi))，就把它儲存在RAM。如果這次所測數(shù)據(jù)變化值超過了系統(tǒng)所設(shè)定的最大值則立刻進行數(shù)據(jù)傳輸，否則計數(shù)自減。正常情況下，每經(jīng)過10次測量。大約30多秒時間，監(jiān)視模塊傳送一次數(shù)據(jù)。nrf401完全由PIC控制，包括數(shù)據(jù)的發(fā)送和功耗管理。這種軟件處理既可以有效地節(jié)省能源，又能實時地監(jiān)控汽車輪胎壓力的突變。根據(jù)以上分析，進行采樣端的軟件流程設(shè)計，設(shè)計結(jié)果如圖3.2所示。初始化測溫度和壓力是否出現(xiàn)新的壓力值儲存是否超過最大閾值？計數(shù)自減1計數(shù)是否為0喚醒sp12傳輸數(shù)據(jù)Sp12休眠延時Delay=3sNoYesSNoNoYesSYes

34、圖3.2 采樣端軟件流程圖3.1.4軟件異步串行通訊1.串行通信接口(SCI)的異步通訊原理SCI異步通訊方式采用了標準的NRZ格式，即一位起始位，8或9位數(shù)據(jù)位和一位停止位。一般情況下數(shù)據(jù)為8位，第9位在必要時可作為軟件校驗碼的存儲位。SCI傳送和接收順序是首先從最低位(LSB)開始。SCI的發(fā)送器和接收器在功能上是獨立的，但它們所用的數(shù)據(jù)格式和波特率必須是相同的SCI異步通訊接口包括下面幾部分：波特率發(fā)生器、采樣電路、異步發(fā)送器和異步接收器。2.軟件通訊子程序設(shè)計明白了異步串行通信接口(SCI)原理及其內(nèi)部各時序圖后，就可以得出采樣端通信流程。流程圖如圖3.3和圖3.4所示。開始喚醒單片機

35、測量溫度壓力并儲存發(fā)送握手信號等待接收端應(yīng)答調(diào)用發(fā)送函數(shù)等待接收端應(yīng)答接收端準備好發(fā)送成功？結(jié)束并休眠NoYesSYesSNo圖3.3 采樣端通信流程圖開始發(fā)送溫度壓力值發(fā)送校驗和駕駛室校驗是否正確結(jié)束NoYes圖3.4發(fā)送函數(shù)流程圖3.2接收端軟件設(shè)計主機軟件采用c語言編寫，在MPLAB下調(diào)試。主機軟件的主要任務(wù)是接收解碼、數(shù)據(jù)處理。下面是對接收端功能的詳細說明。(1)接收和處理數(shù)據(jù)主機接收波特率設(shè)定與發(fā)射機的相同。即：軟件通過中斷設(shè)置，來讀取SBuF寄存器中的數(shù)據(jù)。然后判斷接收到的一幀數(shù)據(jù)格式正確與否；再確定輪胎地址的有效性。如果該幀數(shù)據(jù)有效，那么接著進入數(shù)據(jù)處理程序。判斷壓力是否過限，最

36、后再確定是否報警。(2)手動讀取程序判斷上述計數(shù)按鈕的中斷，然后采用根據(jù)按鍵的不同數(shù)以判斷選擇要讀取的輪胎位置，然后立刻顯示該位置對應(yīng)的當前輪胎I D，溫度，氣壓值。在手動讀取的過程中，鍵盤的主要工作過程如下：a 判別鍵盤上是否有鍵按下：b如果有鍵按下，則應(yīng)進行掃描，判別是哪一個鍵按下；c去抖動常采用延時程序；d讀取閉合按鍵的特征值；e對特征值進行譯碼，獲得按鍵的相應(yīng)順序號，而后再按各鍵的實際定義去執(zhí)行相應(yīng)的服務(wù)程序；(3)極限壓力和名義壓力的確定和改變本設(shè)計定義了一個上限壓力max，一個下限壓力min，一個漏氣壓力leak。因為欠壓過壓和漏氣的判別是在駕駛室模塊里面完成的，所以只要改變這些值

37、，就可以改變報警的標準。改變的方法就是用單片機與RS-232接口跟計算機相連接，通過計算機來改變這些值。輪胎的ID也可以通過計算機來改變，也就是改變四個輪胎數(shù)組的頭一個字節(jié)，以便實現(xiàn)輪胎在換位的時候進行識別。3.2.1接收端的通信流程介紹接收端通信流程的如圖3.5所示。開始初始化接收狀態(tài)存入輪胎所在組開始接收報警超時數(shù)據(jù)有效手動讀取超壓或欠壓顯示溫度和壓力YesSYesSNoNo返回NoNoYesSYesS圖3.5接收端通信流程圖3.2.2接收端的軟件流程設(shè)計根據(jù)接收端功能要求，按照接收端通信流程，下面介紹接收端的軟件流程設(shè)計。上電后，PIC初始化自身，并配置nrf401，LCD顯示系統(tǒng)信息。

38、此后單片機等待nrf401傳來數(shù)據(jù)，接到數(shù)據(jù)后，單片機進行數(shù)據(jù)校驗。接收的數(shù)據(jù)包含的輪胎的ID與存儲在單片機存儲器中四個ID做比較，如果與其中一個相符，數(shù)據(jù)確認有效。單片機處理該數(shù)據(jù)并根據(jù)結(jié)果決定是否做出氣壓過高、欠壓、漏氣等預(yù)警功能。下面是接收端的軟件流程圖3.6。初始化pic配置nrf401LCD顯示等待數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)校驗數(shù)據(jù)檢驗輪胎IDID是否正確？校驗成功？校驗失敗校驗成功ID正確ID錯誤圖3.6接收端軟件流程圖3.3 PROTEUS 仿真 Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，能夠仿真單片機及

39、外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。 1.其功能特點 Proteu

40、s軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是： (1)原理布圖 (2)PCB自動或人工布線 (3)SPICE電路仿真 2.革命性的特點 (1)互動的電路仿真 用戶甚至可以實時采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。 (2)仿真處理器及其外圍電路 可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境。本設(shè)計利用Proteus仿真模擬了部分電路

41、。第四章結(jié)論基于單片機的輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)，可以有效地對行駛過程中的輪胎的壓力和溫度進行實時測量和顯示，提醒駕駛?cè)藛T根據(jù)相關(guān)情況采取必要的措施，無論是對于延長輪胎的使用壽命還是對于防止由于輪胎壓力和溫度引起的交通事故都有非常有效的作用。 1系統(tǒng)地了解了汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的分類和相關(guān)的技術(shù)，包括各種汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)和工作原理。2查閱相關(guān)的資料和技術(shù)文檔，了解汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)中所用元器件的特性，比較不同元器件的缺點和優(yōu)點，根據(jù)汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)對于工作環(huán)境和技術(shù)方面的要求，選擇適合于所確定方案的芯片； 3根據(jù)所選擇的元器件，仔細閱讀技術(shù)文檔，進行汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計；4。完成汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)采樣端和接收端的軟件流程設(shè)計，并以此為依據(jù)，進行代碼的編寫和調(diào)試。參考文獻1周潤景,張麗娜編著.基于PROTEUS的電路及單片機系統(tǒng)設(shè)計與仿真J.北京：北航大學(xué)出版社，2005.2加西奧（Jasio,D.）.PIC微控制器技術(shù)及應(yīng)用