基于单片机的胎压智能监测系统的设计设计方案

毕业设计方案题目基于单片机的胎压智能监测系统的设计与实现学院信息科学与工程学院专业电子信息科学与技术班级电信1201学生李文桥学号20121221061指导教师赵保华二〇一六年三月十日毕业设计方案济南大学-1-学院信息科学与工程学院专业电子信息科学与技术学生李文桥学号20121221061设计题目基于单片机的胎压智能监测系统的设计与实现一、选题背景与意义1.课题产生背景及其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%。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。所以轮胎气压情况检测是必须的，而气压量是无法通过肉眼观测的，而且在高速行驶时也是不实际的，TPMS可以帮助人们随时随地不间断的监测气压量。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之一[1]。不仅如此，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。不仅如此，这些损伤还会造成交通事故，造成人身安全危害。2.国内外研究和发展的概况早在2001年美国就通过了TRAD法案，法案要求到2007年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）2002年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2004年开始新车应安装轮胎气压监测系统（TPMS）。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2004年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Metasystem公司2002年推出的。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，就会通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通过有关试验验证，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毕业设计方案济南大学-2-评测，计划在欧美、日本等地进行实地试验，2004年8月开始提供样品，2006年投入批量生产。国外的TPMS产品已经相当成熟，能够经受5—7万公里的使用测试，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。目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。目前国内的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。此外，TPMS零组件主要靠进口，缺乏自主知识产权的产品。二、设计内容1.设计内容研究本课题设计的是一种基于单片机的数字气压计，主要针对的是汽车轮胎胎压计的设计。汽车轮胎胎压计是通过气压传感器获取与汽车轮胎胎压相对应模拟电压值，并经过V/F变换输入到单片机进行处理，从而实时显示相应气压值。由于使用胎压计有一定的参数要求，设计数字气压计时要仔细了解这些参数以防止使用不当而损坏胎压计。汽车轮胎胎压计采用高性能绝对压力传感器，屏幕显示出高准确度的汽车轮胎胎压，实现了对轮胎压力的实时监测。当汽车轮胎压力处于非正常状态运行时，通过报警来通知驾驶员，防止轮胎爆胎的发生，以达到安全驾驶的目的。2.预期研究结果驾驶者可以根据显示数据及时地对轮胎进行加气或放气，发现渗漏可以及时处理，让意外能在小处化解。功能：(1)全时监测轮胎压力；(2)轮流显示当前轮胎压力及温度；(3)高压低压报警，高温报警；(4)快速漏气报警；(5)主机电池低电量提示；(6)停车时显示屏自动关闭；(7)电池供电时主机可自动进入停车省电模式；(8)可根据车型及轮胎位置设定相应的标准压力值。三、设计方案1.总体设计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）。通过单片机接收该脉冲信号，得到单位时间内获得的脉冲数，依据电毕业设计方案济南大学-3-压与频率的线性关系式计算出所对应的实际气压值，最后通过LCD显示电路显示给用户。根据功能及技术要求，系统的总体设计如图1所示。图1总体系统结构图通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。检测模块功能主要是收集压力信息，转换成数字信号，并通过处理单元处理数据，再通过射频无线传输出去。由传感器将信息传入微处理器中，再由微处理器对格式转换，再进行编码处理变成合适调制系统的数据格式。具体设计如图2所示：图2检测模块结构图。主机部分包括射频信号接收装置，接收之后传入MCU进行处理，从这些数据中提取各个轮胎压力，在进行进制转换后成为十进制数据再在液晶屏上显示。再经过比较程序处理比较大小最终由比较结果进行相应的报警提示处理。具体设计如图3所示。毕业设计方案济南大学-4-图3主机部分结构图。2.硬件设计部分本系统采用集成的单片机主控，通过压力传感器将气压信号送入带A/D转换的STC5A60S2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。另外在设计过程中，除了以上主要功能外，本系统还加入了显示时钟，可时时显示时间并有断电保护，增加了硬件的趣味性和美感。使数字气压计功能更加完善，外观更加完美。3.软件设计部分本系统通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。首先设置计时器0和计数器1，当计数器处于0状态时返回，当处于1状态时进入定时器0服务子程序。ET0=0时开始计数，然后判断是否计数为10，为10就设定ET0=1、TR1=1，不为10则设定TR1=0、计数器复位，之后计算气压值、调用显示函数，再返回ET0=1、TR1=1。流程图如图4所示：图4程序流程图毕业设计方案济南大学-5-四、参考文献[1]陈勇.直接式轮胎压力监测系统的设计与研究[D].学位论文,2009[2]卢敏汽.车轮胎压力监测系统的研究与设计[D].学位论文,2010[3]李珊.基于SP12的汽车轮胎状态监测系统设计[J].电子元器件应用.2008(03)[4]胡亚东.基于MSP430的直接式胎压检测系统的设计[D].学位论文，2006[5]魏柠柠.压力传感器SP12在胎压监测系统中的应用[D].浙江大学硕士论文,2008[6]李天利,李泽湘.汽车胎压监测系统无源SAW温度压力传感器的研究[D].哈尔滨工业大学博士论文,2010[7]C.Campbell,J.C.Burgess.SurfaceAcousticWaveDevicesandTheirSignalProcessingApplications[J].TheJournalofTheAcousticalSocietyofAmerica,1991[8]陈勇.直接式轮胎压力监测系统的设计与研究[D].江苏大学学位论文,2009[9]陈勇,李伯全,李渊.基于SP12传感芯片的轮胎压力实时监测系统设计[J].电子技术应用,2007(07)[10]廖敏娜，张向文，顾明亮.基于MPXY8300胎压监测系统的设计与实现[J].桂林电子科技大学计算机科学与工程学院,2011[11]张庆良，高志贤.基于NPX1的胎压监测系统设计[J].邯郸职业技术学院,2013[12]李学海.PIC单片机实用教程（基础篇）[M].北京:北京航空航天大学出版社，2003[13]郑贤忠.基于有源RFID技术的车辆识别与控制终端系统研究[D].武汉理工大学硕士论文2010[10]黄友，张向文.基于SP37的轮胎压力检测系统的设计与实现[J].桂林电子科技大学电子工程与自动化学院,2010[14]李念强，王玉泰，张鲁，张羽.单片机原理及应用[M].北京:机械工业出版社，2007.4:108-110[15]FujikawaT，Funazaki,A,andYamazaki,S;TireTireTemperaturesinActualContactAreas[M];TireScienceandTechnology;2006[16]周航慈.单片机应用程序设计技术[M].北京：北京航空航天大学出版社,1991.[17]傅扬烈.单片机原理与应用教程[M].北京：电子工业出版社,2002.[18]北京教育科学研究院.无线电技术基础[M].北京：人民邮电出版社，2005.毕业设计方案济南大学-6-五、指导教师评语指导教师（签字）2016年月日六、审核意见系主任（签字）2016年月日