基于單片機(jī)的胎壓智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方案.docVIP

畢業(yè)設(shè)計(jì)方案題 目 基于單片機(jī)的胎壓智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 學(xué) 院 信息科學(xué)與工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 電子信息科學(xué)與技術(shù) 班 級(jí) 電信1201 學(xué) 生 李文橋 學(xué) 號(hào) 20121221061 指導(dǎo)教師 趙保華 二一六 年 三 月 十 日學(xué)院 信息科學(xué)與工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè) 電子信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)生 李文橋 學(xué)號(hào) 20121221061 設(shè)計(jì)題目 基于單片機(jī)的胎壓智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)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(yùn)輸?shù)牟粩喟l(fā)展，汽車(chē)數(shù)量和車(chē)速也越來(lái)越高。而伴隨著的則是對(duì)安全嚴(yán)重考驗(yàn)。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(chē)爆胎的難預(yù)測(cè)和不確定性成為了司機(jī)頭疼不已的事情。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在中國(guó)因?yàn)楸ヒl(fā)的事故比例達(dá)70%，在美國(guó)更是高達(dá)80%。因此怎么樣防止汽車(chē)爆胎原因成為了一項(xiàng)重要課題。據(jù)國(guó)家輪胎質(zhì)量監(jiān)督中心專(zhuān)家研究發(fā)現(xiàn)，汽車(chē)輪胎氣壓正常與否是一項(xiàng)重要因素。因此汽車(chē)輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)TPMS）則變成了最理想的工具。汽車(chē)輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。所以輪胎氣壓情況檢測(cè)是必須的，而氣壓量是無(wú)法通過(guò)肉眼觀測(cè)的，而且在高速行駛時(shí)也是不實(shí)際的，TPMS可以幫助人們隨時(shí)隨地不間斷的監(jiān)測(cè)氣壓量。從經(jīng)濟(jì)性上考慮，據(jù)統(tǒng)計(jì)和試驗(yàn)驗(yàn)證氣壓量每下降十分之一而輪胎的壽命會(huì)縮短四分之一1。不僅如此，從油耗上看，汽車(chē)輪胎氣壓量下降時(shí)會(huì)使得輪胎與地面摩擦力下降，而且輪胎抓地力不牢導(dǎo)致油耗會(huì)上升。根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究氣量下降十分之一時(shí)在相同油量下汽車(chē)行駛會(huì)下降2%。同時(shí)在汽車(chē)保養(yǎng)方面，當(dāng)氣壓量下降時(shí)汽車(chē)底盤(pán)下沉，懸掛系統(tǒng)也會(huì)受到損傷，時(shí)間一長(zhǎng)造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。不僅如此，這些損傷還會(huì)造成交通事故，造成人身安全危害。2.國(guó)內(nèi)外研究和發(fā)展的概況早在2001年美國(guó)就通過(guò)了TRAD法案，法案要求到2007年所有美國(guó)銷(xiāo)售的新車(chē)都必須將TPMS作為標(biāo)準(zhǔn)配置。美國(guó)國(guó)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(shí)向司機(jī)報(bào)警，建議從2004年開(kāi)始新車(chē)應(yīng)安裝輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TPMS）。繼美國(guó)之后，歐洲也制定相應(yīng)的法規(guī)，要求其國(guó)內(nèi)的汽車(chē)廠商安裝TPMS。在2004年美國(guó)印第安納波利斯博覽會(huì)上，加拿大輪胎設(shè)備公司推出了世界上第二套摩托車(chē)輪胎專(zhuān)用TPMS；第一套是由英國(guó)Metasystem公司2002年推出的。該產(chǎn)品能夠在摩托車(chē)行駛過(guò)程當(dāng)中監(jiān)測(cè)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(huì)通過(guò)報(bào)警燈提醒乘騎者注意。日本阿爾卑斯電氣公司開(kāi)發(fā)的不需要電池的汽車(chē)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(lèi)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)外的TPMS產(chǎn)品已經(jīng)相當(dāng)成熟，能夠經(jīng)受57萬(wàn)公里的使用測(cè)試，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(lèi)無(wú)源器件的頻率變化來(lái)監(jiān)測(cè)輪胎壓力的變化。TMPS的研究在中國(guó)剛剛起步。目前各廠家的重點(diǎn)并非是如何開(kāi)拓市場(chǎng)，而是如何提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量。目前國(guó)內(nèi)的TPMS系統(tǒng)問(wèn)題不少：國(guó)內(nèi)需配備專(zhuān)用的主機(jī)、顯示屏；需要在車(chē)內(nèi)固定和接線(xiàn)，安裝繁瑣、影響美觀、整車(chē)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；不具備抗干擾的清晰語(yǔ)音提示報(bào)警功能，會(huì)造成駕駛員視線(xiàn)轉(zhuǎn)移；因輻射效率、編碼糾錯(cuò)性能差、在惡劣環(huán)境下漏報(bào)嚴(yán)重。直接式TPMS產(chǎn)品無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性可靠性不足，電池壽命問(wèn)題，傳感器壽命和耐久性問(wèn)題。此外，TPMS零組件主要靠進(jìn)口，缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。2、 設(shè)計(jì)內(nèi)容1. 設(shè)計(jì)內(nèi)容研究本課題設(shè)計(jì)的是一種基于單片機(jī)的數(shù)字氣壓計(jì)，主要針對(duì)的是汽車(chē)輪胎胎壓計(jì)的設(shè)計(jì)。汽車(chē)輪胎胎壓計(jì)是通過(guò)氣壓傳感器獲取與汽車(chē)輪胎胎壓相對(duì)應(yīng)模擬電壓值，并經(jīng)過(guò)V/F變換輸入到單片機(jī)進(jìn)行處理，從而實(shí)時(shí)顯示相應(yīng)氣壓值。由于使用胎壓計(jì)有一定的參數(shù)要求，設(shè)計(jì)數(shù)字氣壓計(jì)時(shí)要仔細(xì)了解這些參數(shù)以防止使用不當(dāng)而損壞胎壓計(jì)。汽車(chē)輪胎胎壓計(jì)采用高性能絕對(duì)壓力傳感器，屏幕顯示出高準(zhǔn)確度的汽車(chē)輪胎胎壓，實(shí)現(xiàn)了對(duì)輪胎壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。當(dāng)汽車(chē)輪胎壓力處于非正常狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，通過(guò)報(bào)警來(lái)通知駕駛員，防止輪胎爆胎的發(fā)生，以達(dá)到安全駕駛的目的。2. 預(yù)期研究結(jié)果駕駛者可以根據(jù)顯示數(shù)據(jù)及時(shí)地對(duì)輪胎進(jìn)行加氣或放氣，發(fā)現(xiàn)滲漏可以及時(shí)處理，讓意外能在小處化解。功能：(1)全時(shí)監(jiān)測(cè)輪胎壓力；(2)輪流顯示當(dāng)前輪胎壓力及溫度；(3)高壓低壓報(bào)警，高溫報(bào)警；(4)快速漏氣報(bào)警；(5)主機(jī)電池低電量提示；(6)停車(chē)時(shí)顯示屏自動(dòng)關(guān)閉；(7)電池供電時(shí)主機(jī)可自動(dòng)進(jìn)入停車(chē)省電模式；(8)可根據(jù)車(chē)型及輪胎位置設(shè)定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)壓力值。三、設(shè)計(jì)方案1.總體設(shè)計(jì)由于測(cè)量時(shí)被測(cè)氣壓由氣壓傳感器轉(zhuǎn)換為模擬的電壓輸出，此輸出信號(hào)不能直接交由單片機(jī)處理。因此，需要經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊把氣壓傳感器輸出的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖（其頻率隨輸入電壓呈線(xiàn)性變化）。通過(guò)單片機(jī)接收該脈沖信號(hào)，得到單位時(shí)間內(nèi)獲得的脈沖數(shù)，依據(jù)電壓與頻率的線(xiàn)性關(guān)系式計(jì)算出所對(duì)應(yīng)的實(shí)際氣壓值，最后通過(guò)LCD顯示電路顯示給用戶(hù)。根據(jù)功能及技術(shù)要求，系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)如圖1所示。圖1總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖通過(guò)對(duì)單片機(jī)各個(gè)端口的設(shè)置，以及定時(shí)器工作方式和串行口工作方式的選擇，并對(duì)定時(shí)器和串行口進(jìn)行初始化用以實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)和各個(gè)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(jī)初始化，以及分配地址空間交代程序中各個(gè)變量等。其中最為關(guān)鍵的是連接子程序的各個(gè)功能模塊。檢測(cè)模塊功能主要是收集壓力信息，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)處理單元處理數(shù)據(jù)，再通過(guò)射頻無(wú)線(xiàn)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(duì)格式轉(zhuǎn)換，再進(jìn)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(jì)如圖2所示：圖2檢測(cè)模塊結(jié)構(gòu)圖。主機(jī)部分包括射頻信號(hào)接收裝置，接收之后傳入MCU進(jìn)行處理，從這些數(shù)據(jù)中提取各個(gè)輪胎壓力，在進(jìn)行進(jìn)制轉(zhuǎn)換后成為十進(jìn)制數(shù)據(jù)再在液晶屏上顯示。再經(jīng)過(guò)比較程序處理比較大小最終由比較結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的報(bào)警提示處理。具體設(shè)計(jì)如圖3所示。圖3主機(jī)部分結(jié)構(gòu)圖。2. 硬件設(shè)計(jì)部分本系統(tǒng)采用集成的單片機(jī)主控，通過(guò)壓力傳感器將氣壓信號(hào)送入帶A/D轉(zhuǎn)換的STC5A60S2單片機(jī)中，以及在相關(guān)模擬分立元件的輔助下進(jìn)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(jìn)行顯示。另外在設(shè)計(jì)過(guò)程中，除了以上主要功能外，本系統(tǒng)還加入了顯示時(shí)鐘，可時(shí)時(shí)顯示時(shí)間并有斷電保護(hù)，增加了硬件的趣味性和美感。使數(shù)字氣壓計(jì)功能更加完善，外觀更加完美。3. 軟件設(shè)計(jì)部分本系統(tǒng)通過(guò)對(duì)單片機(jī)各個(gè)端口的設(shè)置，以及定時(shí)器工作方式和串行口工作方式的選擇，并對(duì)定時(shí)器和串行口進(jìn)行初始化用以實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)和各個(gè)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(jī)初始化，以及分配地址空間交代程序中各個(gè)變量等。其中最為關(guān)鍵的是連接子程序的各個(gè)功能模塊。首先設(shè)置計(jì)時(shí)器0和計(jì)數(shù)器1，當(dāng)計(jì)數(shù)器處于0狀態(tài)時(shí)返回，當(dāng)處于1狀態(tài)時(shí)進(jìn)入定時(shí)器0服務(wù)子程序。ET0=0時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)，然后判斷是否計(jì)數(shù)為10，為10就設(shè)定ET0=1、TR1=1，不為10則設(shè)定TR1=0、計(jì)數(shù)器復(fù)位，之后計(jì)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(xiàn)1陳勇.直接式輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究D.學(xué)位論文,20092盧敏汽.車(chē)輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)D.學(xué)位論文,20103李珊.基于SP12的汽車(chē)輪胎狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.電子元器件應(yīng)用.2008(03)4胡亞?wèn)|.基于MSP430的直接式胎壓檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)D.學(xué)位論文，20065魏檸檸.壓力傳感器SP12在胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用D.浙江大學(xué)碩士論文,20086李天利,李澤湘.汽車(chē)胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無(wú)源SAW溫度壓力傳感器的研究D.哈爾濱工業(yè)大學(xué)博士論文,20107C.Campbell,J.C.Burgess.SurfaceAcousticWaveDevicesandTheirSignalProcessingApplicationsJ.TheJournalofTheAcousticalSocietyofAmerica,19918陳勇.直接式輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究D.江蘇大學(xué)學(xué)位論文,20099陳勇,李伯全,李淵.基于SP12傳感芯片的輪胎壓力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.桂林電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,201111張慶良，高志賢.基于NPX1的胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.邯鄲職業(yè)技術(shù)學(xué)院,201312李學(xué)海.PIC單片機(jī)實(shí)用教程（基礎(chǔ)篇）M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，200313鄭賢忠.基于有源RFID技術(shù)的車(chē)輛識(shí)別與控制終端系統(tǒng)研究D.武漢理工大學(xué)碩士論文201010黃友，張向文.基于SP37的輪胎壓力檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.桂林電子科技大學(xué)電子工程與自動(dòng)化學(xué)院,201014 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