汽车胎压监测系统设计模板.doc
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1、汽车胎压监测系统设计632020年4月19日文档仅供参考济南大学泉城学院毕 业 设 计题 目 汽车胎压监测系统设计 学 院 工学院 专 业 机械设计制造及其自动化(专升本)班 级 1501班 学 生 刘立兵 学 号 040113 指导教师 张兴达 武华 二一七年五月十六日摘 要随着时代发展和科技进步汽车已成为了人们常见的且离不开的交通工具。随着汽车数量的增多交通事故发生的数量也越来越多,而其中汽车轮胎压力异常成为重要诱因。针对这一问题,本文提出了一种基于单片机的汽车胎压监测系统。实现了测试汽车轮胎压力的功能,由三种不同的计量单位经过LCD显示给用户,如果超出预设阈值就会发出警报提醒司机安全行驶
2、。本设计主要包含硬件设计与软件设计两部分。硬件部分主要包含气压传感器BMP085、STC89C52单片机和1602LCD等。经过气压传感器BMP085获取与汽车胎压相正确模拟电压值,经过V/F变换输入到单片机进行处理,最终由经过LCD显示电路显示相应气压值。软件部分采用C语言作为开发工具软件,在Keil C环境下进行了对单片机各个端口以及定时器工作方式和串行口工作方式进行设置,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,以及分配地址空间交代程序中各个变量等的设计和编码。经过软件仿真及实物之作运行调试,完成了系统的可靠性、稳定性等性能的测试,实现了预期功能
3、,为进一步研究及应用提供了一定的数据参考。关键词:单片机;传感器;胎压 ABSTRACTWith the development of the times and the progress of science and technology, the automobile has become a common and indispensable means of transportation. With the increase of the number of cars, the number of traffic accidents is increasing, and the abno
4、rmal tire pressure becomes an important incentive. To solve this problem, a monitoring system of automobile tire pressure based on single chip microcomputer is presented in this paper. The function of testing the tire pressure of the automobile is realized. The three different measuring units are di
5、splayed through the LCD to the user. If the preset threshold is exceeded, the alarm will be sent to remind the driver to drive safely.This design mainly includes two parts: hardware design and software design. The hardware part mainly includes the barometric pressure sensor, BMP085, STC89C52 monolit
6、hic integrated circuit and 1602LCD and so on. The analog voltage value relative to the tire pressure is obtained by the pressure sensor BMP085, which is input to the MCU by the V/F transformation, and finally the corresponding barometric value is displayed by the LCD display circuit. The software ad
7、opts C language as software development tools, in the Keil C environment for setting up the MCU port and timer working mode and serial port mode, and the timer and serial port in order to achieve between the microcontroller and the functional modules of the chip communication and contact setting ini
8、tialization, design and encoding and distribution address space program variables such as account.Through the software simulation and the debugging of the object, the systems reliability, stability and other performance tests are completed, and the expected function is achieved. It provides a certai
9、n data reference for further research and application. Keywords: pressure sensor; tire pressure; MCU 目 录摘要IABSTRACTII1前言11.1研究背景及意义11.2国内外研究和发展的概况11.3本设计内容22 系统总体设计42.1总体设计思路42.2软硬件设计方案52.2.1硬件部分52.2.2软件部分53 系统的硬件设计73.1硬件设计思路73.2单片机最小系统73.2.1晶振电路83.2.2供电电路93.2.3复位电路93.3信号采集电路103.3.1无线模块103.3.2传感器电路1
10、13.4电源转换电路133.5显示电路133.6按键输入电路153.7报警电路164 系统的软件设计184.1软件设计思路184.1.1如何由频率计算出气压值184.1.2软件设计功能及重要的说明184.2程序流程图194.3程序实现及调试214.4系统仿真及调试224.5系统制作及调试244.5.1系统的制作254.5.2系统的调试265 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411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
11、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。因此轮胎气压情况检测是必须的,而气压量是无法经过肉眼观测的,而且在高速行驶时也是不实际的,TPMS能够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
12、之一。不但如此,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。不但如此,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 美国就经过了TRAD法案,法案要求到 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) 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 开始新车应安装轮胎气压监测系统(
13、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 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Meta system公司 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,就会经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经过有关试验验证,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, 8月开始提供样品, 投入批量生产。国外的TPMS产品
14、已经相当成熟,能够经受57万公里的使用测试,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。当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。当前国内的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
15、。另外,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、AMS11173.3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,经过LCD显示相应气压值。测试是选择用电位器模拟实现功能,经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,可经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,经过压力传感器将气压信号送入带A/D转换的S
16、TC89C52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经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(Remote Tyre Pressure Monitoring)即是使用nrf2401和
17、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调制后经过高频无线电波(RF)发射出去。一般情况下一个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,驾驶室内的监视器能够根据不同的异常情况,发出报警信号。TPMS大致分为两种类型:间接式,它利用的是轮胎速度差,从而能够监测轮胎状况,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
18、感器直接测量压力得出数据,并经过高频传出信号。监视器能够动态显示气压值,并能够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2.4 GHz全双工无线通信收发模块nRF24019。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打包后经过nRF2401调制成高频发射出去。而同时,也能够利
19、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经过液晶屏显示。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)。经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
20、,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经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。其中最为关键的是连接子程序的各个功能模块。胎压接收板主要经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经过单片机接收该脉冲信号 ,经过下载电路将信息下载到单片机内,
21、经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显示电源按键控制STC89C52控制无线模块下载电路图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 本系统采用集成的单片机主控,经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。 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AM
22、S1117M3.3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AMS1117M3.3、蜂鸣器、按键电路以及液晶显示器LCD1602等。2.2.2软件部分本系统经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。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。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
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