汽车轮胎压力检测系统分析

计算机控制系统设计性实验报告学生姓名:学号：学院:自动化工程学院班级:题目:汽车轮胎压力检测系统目录第1章选题背景....................................................11.1实际需求....................................................11.2选题意义....................................................1第2章方案论证....................................................32.1设计要求....................................................32.2总体设计....................................................32.3软件设计....................................................32.4硬件设计....................................................4第3章具体电路设计................................................53.1传感器电路..................................................53.2A/D转换电路................................................63.3显示电路....................................................63.4声光报警电路................................................73.5整体电路....................................................8第4章结果分析与总结..............................................9第5章设计心得体会...............................................101第1章选题背景1.1实际需求如今，随着交通网络的发展，高速公路网络的日趋发达，车辆行驶速度的不断攀升，交通隐患的防范问题迫在眉睫，如因车胎漏气和爆炸等原因造成的交通事故，很多是由轮胎的工作温度过高或者不合理胎压引起的。研究汽车轮胎胎压检测系统，就对现代汽车行驶时的经济性、安全性和操纵稳定性具有尤为重要的现实意义。据美国汽车工程师学会调查，全美平均每年有26万起交通事故是由于轮胎气压低或渗漏造成的；而在高速公路上发生的交通事故有70%是由于爆胎引起的；此外，每年75%的轮胎故障是由于轮胎渗漏或充气不足引起的。统计表明：交通意外增加的主要原因是高速行驶中因轮胎故障引起的爆胎。另据统计，在中国，46%的高速公路交通事故是由于轮胎故障引起的，这其中仅爆胎一项就占事故总量的70%。所以，对于汽车胎压监测系统的研制以及普及迫在眉睫。1.2选题意义生命是极其可贵的。汽车胎压监测系统在轮胎一出现危险征兆时就能够及时发现并同时报警，最大限度地将事故消灭在萌芽状态，从而极大地提升了车辆高速行驶的安全性，这一优势在高速公路上表现更为明显。随着外国标准的制定以及技术的发展，我国对于汽车使用的汽车胎压监测系统也开始制定标准。而今，随着国家政策的投入和批准，以及人民对生命安全的重视，这项产业也开始蓬勃发展。据中国汽车工业协会相关市场调查表明，国内轮胎爆胎预警系统的相关产品有推出，但都是技术性能不甚完善简易系统产品，存在以下缺点：系统工作寿命极短；系统在低温或高温环境下失效；工作可靠性较差。而性能可靠、功能完善、技术成熟的产品均是一些国外知名公司的品牌产品，但价格较为昂贵。因此，研制性能可靠、功能完善并且价格能为当前多数国内消费者所接受的轮胎爆胎预警技术产品很有必要。国内汽车行业正迫切需求成熟的轮胎爆胎预警系统及产品的投放市场以解决因轮胎爆胎而引起的行驶安全性问题。2同时，本课题更加贴近日常生活，可以将自己学习到的东西应用到生活中去，对所学到的知识有更准确的理解。3第2章方案论证2.1设计要求本次设计主要功能为检测轮胎胎压，并且进行人机交互，将信息传递给驾驶人员，并且能够在胎压越过上下限进行声光报警。2.2总体设计测量部分是利用传感器检测压力信号，得到微弱的电信号，而后经处理电路处理后，送A/D转换器，将模拟量转化为数字量输出，控制器接受来自A/D转换器输出的数字信号，经过复杂的运算，将数字信号转换为实际的大气压强，并将其送到显示单元中，并且能够判断是否超越上下限。2.3软件设计程序设计流程框图如下：开始定时中断读压力显示报警超限是否超限中断子程序选择轮胎42.4硬件设计被监测对象传感器变送器A/D转换器单片机显示设备声光报警5第3章具体电路设计3.1传感器电路在传感器方面。本次设计使用MPX4115压力传感器，MPX4115系列压电电阻传感器是一个硅压力传感器。这个传感器结合了高级的微电机技术，薄膜镀金属。还能为高水准模拟输出信号提供一个均衡压力。在0℃-85℃的温度下误差不超过1.5%温度补偿是-40℃-125℃。传感器电路如图3-1所示，气压传感器MPX4115的管脚说明如下表3-1所示：图3-1表3-163.2A/D转换电路因为本设计压力传感器MPX4115输出的是模拟电压，因此，必须进行模拟信号到数字信号的转换才能交由单片处理。关于A/D转换过程，本设计采用ADC0832转换电路来实现模拟电压数字化的处理。ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0~5V之间。芯片转换时间仅为32μS，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。A/D转换电路如图3-2所示图3-23.3显示电路液晶显示屏（LCD）用于数字型钟表和许多便携式计算机的一种显示器类型。LCD显示使用了两片极化材料，在它们之间是液体水晶溶液。电流通过该液体时会使水晶重新排列，以使光线无法透过它们。因此，每个水晶就像百叶窗，既能允许光线穿过又能挡住光线。选择LCD1223作为显示器，可以更加直观的显示轮胎压信息。LCD显示屏引脚功能为：VDD：逻辑电源正7GND(VSS)：逻辑电源地VO(VEE)：LCD驱动电源RESET：复位端,对于68系列MPU:上升沿(L-H)复位，且复位后电平须保持为高电平对于80系列MPU:下降沿(H-L)复位，且复位后电平须保持为低电平。E1：读写使能。R/W：读写选择。A0：数据/指令选择高电平：数据D0-D7将送入显示RAM；低电平：数据D0-D7将送入指令执行器执行。D0-D7：数据输入输出引脚。BL+/BL-：LED背光电源。显示电路如图3-3所示，图3-33.4声光报警电路报警电路如图3-4所示，报警电路为声光报警，当胎压值超过上下限的时候使用红色LED灯在视觉上进行提醒，使用喇叭在听觉上进行提醒，保证行车安全。这个地方没使用蜂鸣器，因为为了更有实用性，喇叭可以进行语音播报当前胎压，使驾驶员了解车况。8图3-43.5整体电路9第4章结果分析与总结本次设计的汽车胎压检测系统，实现了对汽车胎压的实时监测，并且能够定时显示汽车实时胎压，当汽车胎压超过上下限时，可以进行声光报警。选用的MPX4115压力传感器，这种传感器能够满足设计要求，误差小于±0.1bar，适应性好，能够在胎内稳定运行。选用80C51单片机对A/D转换器的输入的信号进行处理判断，进行报警以及显示。显示器选用LCD液晶显示器，分时显示不同轮胎的胎压值。基本满足了日常生活中使用要求。在进行模拟仿真的时候，使用滑动变阻器模拟传感器以及A/D转换器进行信号输入，通过改变阻值，模拟出汽车胎压的变化。声光报警系统运行效果良好，满足设计要求。当然此设计还有很多不足，未来完善过程中将会更加精确，功能更加完善，保护驾乘人员的行车安全。10第5章设计心得体会通过此次计算机设计性试验，使我更加扎实的回顾掌握了有关数字电子，单片机硬件以及软件，还有计算机控制等多门方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过思考和查阅资料终于找出了解决办法，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。课堂学到的知识只有能够用到，才算真正的掌握，不能够眼高手低。这次试验使我对抽象的理论有了具体的认识。掌握了常用元件的识别使用;培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，我学会了很多学习的方法。这是日后最实用的，真的是受益匪浅。从理论到实践，不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。胎压监测系统，是现在日常生活中很常用的技术，能够自己设计出汽车胎压检测系统，让我自己有很大的成就感，虽然只是初步的一种简单设计，但是让我明白了我所学到的知识和生活息息相关，未来我也能够用自己学到的知识去为社会的进步尽一份力。同时，感谢老师在进行这次设计性试验的过程中，耐心地为我解答各种问题，给我指出了大致的思路，使我能够顺利完成这次设计。11