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        輪胎溫度無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2014-11-06 05:36:02宮照輝曹瀚林張辛未
        科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào) 2014年10期
        關(guān)鍵詞:液晶顯示

        宮照輝++曹瀚林++張辛未

        摘要:介紹了基于單片機(jī)的輪胎溫度無線監(jiān)控系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)。系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)作為控制核心。無線收發(fā)芯片NRF24L01將輪胎溫度實(shí)時傳輸給中央控制器。LCD12864液晶顯示屏實(shí)時顯示當(dāng)前的輪胎溫度。通過比較輪胎實(shí)測溫度和預(yù)先設(shè)定的溫度閾值,由中央控制器決定是否采取降溫措施,使輪胎溫度保持在安全范圍內(nèi)。該設(shè)計(jì)功能較全面,結(jié)構(gòu)小巧,具有良好的實(shí)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

        關(guān)鍵詞:輪胎溫度 無線監(jiān)控 無線收發(fā)芯片 液晶顯示

        中圖分類號:TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2014)04(a)-0036-02

        自從汽車發(fā)明以來,其安全問題就一直受到人們的關(guān)注,其中輪胎溫度是影響行使安全的因素之一[1-2]。輪胎溫度過高會影響輪胎的使用壽命,甚至導(dǎo)致爆胎。因此,實(shí)時檢測并控制行駛中汽車輪胎的溫度對安全駕駛起著極大的作用[3]。而轉(zhuǎn)動中的輪胎不適合用傳統(tǒng)的溫度傳感器進(jìn)行實(shí)時檢測,因此結(jié)合數(shù)字溫度傳感器,本文設(shè)計(jì)一種輪胎溫度無線監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對于汽車輪胎安全的智能監(jiān)控,有效保障了行車安全,具有良好的實(shí)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

        1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

        系統(tǒng)分為上位機(jī)、下位機(jī)兩部分,分別采用單片機(jī)AT89C51作為各自的控制核心。下位機(jī)由單片機(jī),DS18B20數(shù)字溫度傳感器和無線收發(fā)芯片NRF24L01組成。主要負(fù)責(zé)輪胎溫度的采集和發(fā)送。將DS18B20采集到的溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o線收發(fā)芯片NRF24L01,NRF24L01通過無線信號將溫度值發(fā)送到上位機(jī)。

        上位機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)圖如(圖1)所示。主要功能是接收下位機(jī)采集到的輪胎溫度數(shù)據(jù),并由上位機(jī)的單片機(jī)作為控制核心對溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控。LCD液晶實(shí)時顯示溫度,方便駕駛員觀察。上位機(jī)控制核心預(yù)先設(shè)定三個溫度值,溫度值由低至高分別定義為閾值1、閾值2和警戒值。當(dāng)實(shí)測輪胎溫度達(dá)到或超過閾值1時,控制核心自動開啟風(fēng)冷模式,即風(fēng)扇降溫;溫度超過閾值2時,自動開啟水冷模式降溫;溫度超過警戒值,自動停止系統(tǒng)的運(yùn)行,即停車提醒駕駛員需要檢查當(dāng)前的汽車輪胎狀態(tài),從而實(shí)現(xiàn)智能無線監(jiān)控輪胎溫度的目的。

        2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

        2.1 DS18B20溫度采集電路設(shè)計(jì)

        DS18B20與下位機(jī)的AT89C51由一條數(shù)據(jù)線連接,其中DQ引腳為數(shù)據(jù)端口,與AT89C51的P3.4相連。VCC接5V電源正極,GND為接地端。需要注意的是使用外部供電時,輸出引腳在空閑時始終是高電平輸出,所以在VCC引腳與DQ引腳間需要串接一個4.7K歐姆電阻。經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理,溫度值的輸出形式為9至12位的串行數(shù)字信號。

        2.2 無線通訊硬件電路設(shè)計(jì)

        本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是上、下位機(jī)間的溫度數(shù)據(jù)傳輸。采用Nordic公司的NRF24L01射頻芯片[4-5]負(fù)責(zé)溫度的無線發(fā)射和接收,工作頻段2.4GHz。通過設(shè)置NRF24L01引腳CE,寄存器參數(shù)PWR_UP,PRIM_RX可以選擇芯片NRF24L01的工作模式為接收模式或發(fā)射模式。

        NRF24L01與單片機(jī)采用SPI的通訊方式。下位機(jī)的NRF24L01設(shè)定為發(fā)射模式。根據(jù)上位機(jī)的指令,發(fā)射端通過SPI將溫度信息送入NRF24L01的Tx_Buf(發(fā)送緩沖區(qū)),啟動發(fā)射模塊進(jìn)行發(fā)射。

        上位機(jī)接收數(shù)據(jù),首先將該部分的NRF24L01設(shè)置為發(fā)射模式,由其喚醒下位機(jī)的NRF24L01。然后再將上位機(jī)的NRF24L01設(shè)置為接收模式,延遲130μs接收并解析Rx_Buf當(dāng)中的溫度信息。

        2.3 液晶顯示電路設(shè)計(jì)

        顯示電路采用LCD。為了方便駕駛員的觀察,選擇帶中文字庫的LCD12864。顯示界面實(shí)時顯示所測量的輪胎溫度和預(yù)先設(shè)定的溫度閾值1,閾值2,警戒值。LCD12864能顯示8×4行16×16點(diǎn)陣的漢字,完全可以滿足本設(shè)計(jì)的功能要求。

        3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

        3.1 下位機(jī)數(shù)據(jù)采集及發(fā)射軟件設(shè)計(jì)

        下位機(jī)部分的軟件主要解決兩個問題。一是DS18B20檢測輪胎溫度及溫度值的轉(zhuǎn)換處理。二是溫度值通過NRF24L01無線傳輸給上位機(jī)。其軟件設(shè)計(jì)流程圖如(圖2)所示。下位機(jī)初始化后,等待上位機(jī)的發(fā)送數(shù)據(jù)請求信號。一旦接收到主機(jī)的發(fā)送請求,下位機(jī)將NRF24L01設(shè)置為發(fā)送模式,將DS18B20采集和處理過的溫度值以串行數(shù)字信號的形式,傳送給上位機(jī)的無線芯片。

        3.2 上位機(jī)溫度接收及處理軟件設(shè)計(jì)

        上位機(jī)根據(jù)采集到的溫度信息,自主判斷當(dāng)前輪胎狀態(tài)是否健康安全。同時通過LCD12864實(shí)時顯示溫度,供駕駛員參考。該部分軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖3所示。

        上位機(jī)首先初始化設(shè)置,包括單片機(jī)、LCD的設(shè)置等。系統(tǒng)準(zhǔn)備好后,由NRF24L01通知下位機(jī)可以發(fā)送溫度數(shù)據(jù)。當(dāng)檢測到下位機(jī)的發(fā)送數(shù)據(jù)后,NRF24L01開始接收溫度信息,并將其存儲在緩存單元。當(dāng)前溫度數(shù)據(jù)接收完畢后,應(yīng)答下位機(jī)。對接收到的溫度值,上位機(jī)控制核心送LCD顯示。同時比較實(shí)測值與設(shè)定值的大小,決定是否發(fā)送控制信號,采取降溫措施。然后系統(tǒng)準(zhǔn)備接收下一組溫度數(shù)據(jù)。

        具體的降溫措施描述如下,本系統(tǒng)共設(shè)定了三個溫度檔位,分別定義為閾值1,閾值2和警戒值。檔位值由低到高,分別采取不同的輪胎降溫措施。若輪胎的實(shí)測溫度值小于閾值1,則輪胎溫度正常,不需要任何降溫處理。若實(shí)測溫度介于閾值1和閾值2之間,表明目前的輪胎存在一定的安全隱患,上位機(jī)自動驅(qū)動風(fēng)扇降低輪胎溫度。若風(fēng)冷降溫的速度不能阻擋輪胎溫度的持續(xù)升高,溫度值超過閾值2,則上位機(jī)啟動噴水器降溫。如果風(fēng)冷降溫和水冷降溫均不起作用,輪胎溫度超過了警戒值,表明輪胎目前處于危險(xiǎn)狀態(tài),需要停車處理。

        4 結(jié)語

        由于輪胎在工作中處于轉(zhuǎn)動狀態(tài),所以設(shè)計(jì)一款能夠無線傳輸輪胎溫度到遠(yuǎn)程控制器的設(shè)備有著重要的意義。特別是監(jiān)控行駛中的汽車輪胎的實(shí)時溫度,有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

        本系統(tǒng)以51單片機(jī)作為控制核心。下位機(jī)由數(shù)字溫度傳感器采集輪胎溫度。無線芯片NRF24L01收發(fā)溫度數(shù)據(jù)。上位機(jī)的控制核心通過LCD12864液晶顯示屏實(shí)時顯示當(dāng)前的輪胎溫度。并且通過預(yù)先設(shè)定的三個溫度預(yù)警檔位,根據(jù)不同溫度狀態(tài)可能導(dǎo)致的安全隱患,采取不同的降溫處理措施。該設(shè)計(jì)能滿足大多數(shù)輪胎溫度的監(jiān)控需求,成本較低,便于推廣(圖3)。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 劉桂蘭,祖國建.機(jī)動車輛輪胎的保護(hù)控制[J].交通科學(xué)與工程,2011(1):85-88.

        [2] 劉洪凱.高速公路爆胎的原因及預(yù)防措施[J].汽車運(yùn)用,2011(11):35.

        [3] 譚先峰.基于無線通信的輪胎溫度采集系統(tǒng)研制[D].青島科技大學(xué),2010.

        [4] 周黎明.短距離無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)研究[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2013(5):65,67.

        [5] 沈勇,蔣文雄,段勇.基于nRF24L01的通用無線通信模塊設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程,2013(18):84-86.endprint

        摘要:介紹了基于單片機(jī)的輪胎溫度無線監(jiān)控系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)。系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)作為控制核心。無線收發(fā)芯片NRF24L01將輪胎溫度實(shí)時傳輸給中央控制器。LCD12864液晶顯示屏實(shí)時顯示當(dāng)前的輪胎溫度。通過比較輪胎實(shí)測溫度和預(yù)先設(shè)定的溫度閾值,由中央控制器決定是否采取降溫措施,使輪胎溫度保持在安全范圍內(nèi)。該設(shè)計(jì)功能較全面,結(jié)構(gòu)小巧,具有良好的實(shí)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

        關(guān)鍵詞:輪胎溫度 無線監(jiān)控 無線收發(fā)芯片 液晶顯示

        中圖分類號:TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2014)04(a)-0036-02

        自從汽車發(fā)明以來,其安全問題就一直受到人們的關(guān)注,其中輪胎溫度是影響行使安全的因素之一[1-2]。輪胎溫度過高會影響輪胎的使用壽命,甚至導(dǎo)致爆胎。因此,實(shí)時檢測并控制行駛中汽車輪胎的溫度對安全駕駛起著極大的作用[3]。而轉(zhuǎn)動中的輪胎不適合用傳統(tǒng)的溫度傳感器進(jìn)行實(shí)時檢測,因此結(jié)合數(shù)字溫度傳感器,本文設(shè)計(jì)一種輪胎溫度無線監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對于汽車輪胎安全的智能監(jiān)控,有效保障了行車安全,具有良好的實(shí)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

        1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

        系統(tǒng)分為上位機(jī)、下位機(jī)兩部分,分別采用單片機(jī)AT89C51作為各自的控制核心。下位機(jī)由單片機(jī),DS18B20數(shù)字溫度傳感器和無線收發(fā)芯片NRF24L01組成。主要負(fù)責(zé)輪胎溫度的采集和發(fā)送。將DS18B20采集到的溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o線收發(fā)芯片NRF24L01,NRF24L01通過無線信號將溫度值發(fā)送到上位機(jī)。

        上位機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)圖如(圖1)所示。主要功能是接收下位機(jī)采集到的輪胎溫度數(shù)據(jù),并由上位機(jī)的單片機(jī)作為控制核心對溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控。LCD液晶實(shí)時顯示溫度,方便駕駛員觀察。上位機(jī)控制核心預(yù)先設(shè)定三個溫度值,溫度值由低至高分別定義為閾值1、閾值2和警戒值。當(dāng)實(shí)測輪胎溫度達(dá)到或超過閾值1時,控制核心自動開啟風(fēng)冷模式,即風(fēng)扇降溫;溫度超過閾值2時,自動開啟水冷模式降溫;溫度超過警戒值,自動停止系統(tǒng)的運(yùn)行,即停車提醒駕駛員需要檢查當(dāng)前的汽車輪胎狀態(tài),從而實(shí)現(xiàn)智能無線監(jiān)控輪胎溫度的目的。

        2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

        2.1 DS18B20溫度采集電路設(shè)計(jì)

        DS18B20與下位機(jī)的AT89C51由一條數(shù)據(jù)線連接,其中DQ引腳為數(shù)據(jù)端口,與AT89C51的P3.4相連。VCC接5V電源正極,GND為接地端。需要注意的是使用外部供電時,輸出引腳在空閑時始終是高電平輸出,所以在VCC引腳與DQ引腳間需要串接一個4.7K歐姆電阻。經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理,溫度值的輸出形式為9至12位的串行數(shù)字信號。

        2.2 無線通訊硬件電路設(shè)計(jì)

        本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是上、下位機(jī)間的溫度數(shù)據(jù)傳輸。采用Nordic公司的NRF24L01射頻芯片[4-5]負(fù)責(zé)溫度的無線發(fā)射和接收,工作頻段2.4GHz。通過設(shè)置NRF24L01引腳CE,寄存器參數(shù)PWR_UP,PRIM_RX可以選擇芯片NRF24L01的工作模式為接收模式或發(fā)射模式。

        NRF24L01與單片機(jī)采用SPI的通訊方式。下位機(jī)的NRF24L01設(shè)定為發(fā)射模式。根據(jù)上位機(jī)的指令,發(fā)射端通過SPI將溫度信息送入NRF24L01的Tx_Buf(發(fā)送緩沖區(qū)),啟動發(fā)射模塊進(jìn)行發(fā)射。

        上位機(jī)接收數(shù)據(jù),首先將該部分的NRF24L01設(shè)置為發(fā)射模式,由其喚醒下位機(jī)的NRF24L01。然后再將上位機(jī)的NRF24L01設(shè)置為接收模式,延遲130μs接收并解析Rx_Buf當(dāng)中的溫度信息。

        2.3 液晶顯示電路設(shè)計(jì)

        顯示電路采用LCD。為了方便駕駛員的觀察,選擇帶中文字庫的LCD12864。顯示界面實(shí)時顯示所測量的輪胎溫度和預(yù)先設(shè)定的溫度閾值1,閾值2,警戒值。LCD12864能顯示8×4行16×16點(diǎn)陣的漢字,完全可以滿足本設(shè)計(jì)的功能要求。

        3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

        3.1 下位機(jī)數(shù)據(jù)采集及發(fā)射軟件設(shè)計(jì)

        下位機(jī)部分的軟件主要解決兩個問題。一是DS18B20檢測輪胎溫度及溫度值的轉(zhuǎn)換處理。二是溫度值通過NRF24L01無線傳輸給上位機(jī)。其軟件設(shè)計(jì)流程圖如(圖2)所示。下位機(jī)初始化后,等待上位機(jī)的發(fā)送數(shù)據(jù)請求信號。一旦接收到主機(jī)的發(fā)送請求,下位機(jī)將NRF24L01設(shè)置為發(fā)送模式,將DS18B20采集和處理過的溫度值以串行數(shù)字信號的形式,傳送給上位機(jī)的無線芯片。

        3.2 上位機(jī)溫度接收及處理軟件設(shè)計(jì)

        上位機(jī)根據(jù)采集到的溫度信息,自主判斷當(dāng)前輪胎狀態(tài)是否健康安全。同時通過LCD12864實(shí)時顯示溫度,供駕駛員參考。該部分軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖3所示。

        上位機(jī)首先初始化設(shè)置,包括單片機(jī)、LCD的設(shè)置等。系統(tǒng)準(zhǔn)備好后,由NRF24L01通知下位機(jī)可以發(fā)送溫度數(shù)據(jù)。當(dāng)檢測到下位機(jī)的發(fā)送數(shù)據(jù)后,NRF24L01開始接收溫度信息,并將其存儲在緩存單元。當(dāng)前溫度數(shù)據(jù)接收完畢后,應(yīng)答下位機(jī)。對接收到的溫度值,上位機(jī)控制核心送LCD顯示。同時比較實(shí)測值與設(shè)定值的大小,決定是否發(fā)送控制信號,采取降溫措施。然后系統(tǒng)準(zhǔn)備接收下一組溫度數(shù)據(jù)。

        具體的降溫措施描述如下,本系統(tǒng)共設(shè)定了三個溫度檔位,分別定義為閾值1,閾值2和警戒值。檔位值由低到高,分別采取不同的輪胎降溫措施。若輪胎的實(shí)測溫度值小于閾值1,則輪胎溫度正常,不需要任何降溫處理。若實(shí)測溫度介于閾值1和閾值2之間,表明目前的輪胎存在一定的安全隱患,上位機(jī)自動驅(qū)動風(fēng)扇降低輪胎溫度。若風(fēng)冷降溫的速度不能阻擋輪胎溫度的持續(xù)升高,溫度值超過閾值2,則上位機(jī)啟動噴水器降溫。如果風(fēng)冷降溫和水冷降溫均不起作用,輪胎溫度超過了警戒值,表明輪胎目前處于危險(xiǎn)狀態(tài),需要停車處理。

        4 結(jié)語

        由于輪胎在工作中處于轉(zhuǎn)動狀態(tài),所以設(shè)計(jì)一款能夠無線傳輸輪胎溫度到遠(yuǎn)程控制器的設(shè)備有著重要的意義。特別是監(jiān)控行駛中的汽車輪胎的實(shí)時溫度,有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

        本系統(tǒng)以51單片機(jī)作為控制核心。下位機(jī)由數(shù)字溫度傳感器采集輪胎溫度。無線芯片NRF24L01收發(fā)溫度數(shù)據(jù)。上位機(jī)的控制核心通過LCD12864液晶顯示屏實(shí)時顯示當(dāng)前的輪胎溫度。并且通過預(yù)先設(shè)定的三個溫度預(yù)警檔位,根據(jù)不同溫度狀態(tài)可能導(dǎo)致的安全隱患,采取不同的降溫處理措施。該設(shè)計(jì)能滿足大多數(shù)輪胎溫度的監(jiān)控需求,成本較低,便于推廣(圖3)。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 劉桂蘭,祖國建.機(jī)動車輛輪胎的保護(hù)控制[J].交通科學(xué)與工程,2011(1):85-88.

        [2] 劉洪凱.高速公路爆胎的原因及預(yù)防措施[J].汽車運(yùn)用,2011(11):35.

        [3] 譚先峰.基于無線通信的輪胎溫度采集系統(tǒng)研制[D].青島科技大學(xué),2010.

        [4] 周黎明.短距離無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)研究[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2013(5):65,67.

        [5] 沈勇,蔣文雄,段勇.基于nRF24L01的通用無線通信模塊設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程,2013(18):84-86.endprint

        摘要:介紹了基于單片機(jī)的輪胎溫度無線監(jiān)控系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)。系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)作為控制核心。無線收發(fā)芯片NRF24L01將輪胎溫度實(shí)時傳輸給中央控制器。LCD12864液晶顯示屏實(shí)時顯示當(dāng)前的輪胎溫度。通過比較輪胎實(shí)測溫度和預(yù)先設(shè)定的溫度閾值,由中央控制器決定是否采取降溫措施,使輪胎溫度保持在安全范圍內(nèi)。該設(shè)計(jì)功能較全面,結(jié)構(gòu)小巧,具有良好的實(shí)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

        關(guān)鍵詞:輪胎溫度 無線監(jiān)控 無線收發(fā)芯片 液晶顯示

        中圖分類號:TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2014)04(a)-0036-02

        自從汽車發(fā)明以來,其安全問題就一直受到人們的關(guān)注,其中輪胎溫度是影響行使安全的因素之一[1-2]。輪胎溫度過高會影響輪胎的使用壽命,甚至導(dǎo)致爆胎。因此,實(shí)時檢測并控制行駛中汽車輪胎的溫度對安全駕駛起著極大的作用[3]。而轉(zhuǎn)動中的輪胎不適合用傳統(tǒng)的溫度傳感器進(jìn)行實(shí)時檢測,因此結(jié)合數(shù)字溫度傳感器,本文設(shè)計(jì)一種輪胎溫度無線監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對于汽車輪胎安全的智能監(jiān)控,有效保障了行車安全,具有良好的實(shí)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

        1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

        系統(tǒng)分為上位機(jī)、下位機(jī)兩部分,分別采用單片機(jī)AT89C51作為各自的控制核心。下位機(jī)由單片機(jī),DS18B20數(shù)字溫度傳感器和無線收發(fā)芯片NRF24L01組成。主要負(fù)責(zé)輪胎溫度的采集和發(fā)送。將DS18B20采集到的溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o線收發(fā)芯片NRF24L01,NRF24L01通過無線信號將溫度值發(fā)送到上位機(jī)。

        上位機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)圖如(圖1)所示。主要功能是接收下位機(jī)采集到的輪胎溫度數(shù)據(jù),并由上位機(jī)的單片機(jī)作為控制核心對溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控。LCD液晶實(shí)時顯示溫度,方便駕駛員觀察。上位機(jī)控制核心預(yù)先設(shè)定三個溫度值,溫度值由低至高分別定義為閾值1、閾值2和警戒值。當(dāng)實(shí)測輪胎溫度達(dá)到或超過閾值1時,控制核心自動開啟風(fēng)冷模式,即風(fēng)扇降溫;溫度超過閾值2時,自動開啟水冷模式降溫;溫度超過警戒值,自動停止系統(tǒng)的運(yùn)行,即停車提醒駕駛員需要檢查當(dāng)前的汽車輪胎狀態(tài),從而實(shí)現(xiàn)智能無線監(jiān)控輪胎溫度的目的。

        2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

        2.1 DS18B20溫度采集電路設(shè)計(jì)

        DS18B20與下位機(jī)的AT89C51由一條數(shù)據(jù)線連接,其中DQ引腳為數(shù)據(jù)端口,與AT89C51的P3.4相連。VCC接5V電源正極,GND為接地端。需要注意的是使用外部供電時,輸出引腳在空閑時始終是高電平輸出,所以在VCC引腳與DQ引腳間需要串接一個4.7K歐姆電阻。經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理,溫度值的輸出形式為9至12位的串行數(shù)字信號。

        2.2 無線通訊硬件電路設(shè)計(jì)

        本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是上、下位機(jī)間的溫度數(shù)據(jù)傳輸。采用Nordic公司的NRF24L01射頻芯片[4-5]負(fù)責(zé)溫度的無線發(fā)射和接收,工作頻段2.4GHz。通過設(shè)置NRF24L01引腳CE,寄存器參數(shù)PWR_UP,PRIM_RX可以選擇芯片NRF24L01的工作模式為接收模式或發(fā)射模式。

        NRF24L01與單片機(jī)采用SPI的通訊方式。下位機(jī)的NRF24L01設(shè)定為發(fā)射模式。根據(jù)上位機(jī)的指令,發(fā)射端通過SPI將溫度信息送入NRF24L01的Tx_Buf(發(fā)送緩沖區(qū)),啟動發(fā)射模塊進(jìn)行發(fā)射。

        上位機(jī)接收數(shù)據(jù),首先將該部分的NRF24L01設(shè)置為發(fā)射模式,由其喚醒下位機(jī)的NRF24L01。然后再將上位機(jī)的NRF24L01設(shè)置為接收模式,延遲130μs接收并解析Rx_Buf當(dāng)中的溫度信息。

        2.3 液晶顯示電路設(shè)計(jì)

        顯示電路采用LCD。為了方便駕駛員的觀察,選擇帶中文字庫的LCD12864。顯示界面實(shí)時顯示所測量的輪胎溫度和預(yù)先設(shè)定的溫度閾值1,閾值2,警戒值。LCD12864能顯示8×4行16×16點(diǎn)陣的漢字,完全可以滿足本設(shè)計(jì)的功能要求。

        3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

        3.1 下位機(jī)數(shù)據(jù)采集及發(fā)射軟件設(shè)計(jì)

        下位機(jī)部分的軟件主要解決兩個問題。一是DS18B20檢測輪胎溫度及溫度值的轉(zhuǎn)換處理。二是溫度值通過NRF24L01無線傳輸給上位機(jī)。其軟件設(shè)計(jì)流程圖如(圖2)所示。下位機(jī)初始化后,等待上位機(jī)的發(fā)送數(shù)據(jù)請求信號。一旦接收到主機(jī)的發(fā)送請求,下位機(jī)將NRF24L01設(shè)置為發(fā)送模式,將DS18B20采集和處理過的溫度值以串行數(shù)字信號的形式,傳送給上位機(jī)的無線芯片。

        3.2 上位機(jī)溫度接收及處理軟件設(shè)計(jì)

        上位機(jī)根據(jù)采集到的溫度信息,自主判斷當(dāng)前輪胎狀態(tài)是否健康安全。同時通過LCD12864實(shí)時顯示溫度,供駕駛員參考。該部分軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖3所示。

        上位機(jī)首先初始化設(shè)置,包括單片機(jī)、LCD的設(shè)置等。系統(tǒng)準(zhǔn)備好后,由NRF24L01通知下位機(jī)可以發(fā)送溫度數(shù)據(jù)。當(dāng)檢測到下位機(jī)的發(fā)送數(shù)據(jù)后,NRF24L01開始接收溫度信息,并將其存儲在緩存單元。當(dāng)前溫度數(shù)據(jù)接收完畢后,應(yīng)答下位機(jī)。對接收到的溫度值,上位機(jī)控制核心送LCD顯示。同時比較實(shí)測值與設(shè)定值的大小,決定是否發(fā)送控制信號,采取降溫措施。然后系統(tǒng)準(zhǔn)備接收下一組溫度數(shù)據(jù)。

        具體的降溫措施描述如下,本系統(tǒng)共設(shè)定了三個溫度檔位,分別定義為閾值1,閾值2和警戒值。檔位值由低到高,分別采取不同的輪胎降溫措施。若輪胎的實(shí)測溫度值小于閾值1,則輪胎溫度正常,不需要任何降溫處理。若實(shí)測溫度介于閾值1和閾值2之間,表明目前的輪胎存在一定的安全隱患,上位機(jī)自動驅(qū)動風(fēng)扇降低輪胎溫度。若風(fēng)冷降溫的速度不能阻擋輪胎溫度的持續(xù)升高,溫度值超過閾值2,則上位機(jī)啟動噴水器降溫。如果風(fēng)冷降溫和水冷降溫均不起作用,輪胎溫度超過了警戒值,表明輪胎目前處于危險(xiǎn)狀態(tài),需要停車處理。

        4 結(jié)語

        由于輪胎在工作中處于轉(zhuǎn)動狀態(tài),所以設(shè)計(jì)一款能夠無線傳輸輪胎溫度到遠(yuǎn)程控制器的設(shè)備有著重要的意義。特別是監(jiān)控行駛中的汽車輪胎的實(shí)時溫度,有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

        本系統(tǒng)以51單片機(jī)作為控制核心。下位機(jī)由數(shù)字溫度傳感器采集輪胎溫度。無線芯片NRF24L01收發(fā)溫度數(shù)據(jù)。上位機(jī)的控制核心通過LCD12864液晶顯示屏實(shí)時顯示當(dāng)前的輪胎溫度。并且通過預(yù)先設(shè)定的三個溫度預(yù)警檔位,根據(jù)不同溫度狀態(tài)可能導(dǎo)致的安全隱患,采取不同的降溫處理措施。該設(shè)計(jì)能滿足大多數(shù)輪胎溫度的監(jiān)控需求,成本較低,便于推廣(圖3)。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 劉桂蘭,祖國建.機(jī)動車輛輪胎的保護(hù)控制[J].交通科學(xué)與工程,2011(1):85-88.

        [2] 劉洪凱.高速公路爆胎的原因及預(yù)防措施[J].汽車運(yùn)用,2011(11):35.

        [3] 譚先峰.基于無線通信的輪胎溫度采集系統(tǒng)研制[D].青島科技大學(xué),2010.

        [4] 周黎明.短距離無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)研究[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2013(5):65,67.

        [5] 沈勇,蔣文雄,段勇.基于nRF24L01的通用無線通信模塊設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程,2013(18):84-86.endprint

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