摘 要： 設(shè)計(jì)了基于STC89C52單片機(jī)的輪胎氣壓自動(dòng)控制和報(bào)警系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)TPMS系統(tǒng)的介紹，制定了系統(tǒng)運(yùn)行的總體方案。根據(jù)系統(tǒng)的要求，完成了硬件的設(shè)計(jì)和軟件程序的編寫(xiě)，主要通過(guò)壓力傳感器的變化情況反映胎壓的變化，同時(shí)能夠發(fā)出報(bào)警信號(hào)。此系統(tǒng)保證了輪胎的正常壓力，使汽車(chē)安全行駛。

關(guān)鍵詞： STC89C52單片機(jī)； TPMS； 報(bào)警系統(tǒng)； 輪胎氣壓自動(dòng)控制

中圖分類號(hào)： TN710?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2016）17?0109?03

0 引 言

隨著時(shí)代和科技的不斷發(fā)展，汽車(chē)的保有量逐年增長(zhǎng)，同時(shí)也引發(fā)了一系列的安全問(wèn)題。根據(jù)我國(guó)交通部門(mén)發(fā)布的最新報(bào)告，因輪胎的氣壓不足或者過(guò)多引起的爆胎事故占了將近46%。除此之外，正常的輪胎氣壓還可以提高燃油的效率。因此，對(duì)輪胎壓力的檢測(cè)是非常有必要的。

輪胎壓力檢測(cè)系統(tǒng)TPMS主要是對(duì)行車(chē)狀態(tài)下的輪胎氣壓的檢測(cè)，以傳感器、單片機(jī)以及無(wú)線接收器為最小系統(tǒng)組織，使得駕駛員隨時(shí)掌握輪胎壓力的變化情況。一旦出現(xiàn)意外情況，系統(tǒng)能夠發(fā)出報(bào)警信號(hào)，讓車(chē)內(nèi)人員做好準(zhǔn)備，有效預(yù)防爆胎，保障出行的安全。它主要分為三種類型：間接型、直接型、聲表面波測(cè)壓。間接型的系統(tǒng)主要依據(jù)ABS系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速的變化檢測(cè)壓力變化，如果進(jìn)入彎道，就無(wú)法進(jìn)行檢測(cè)；直接型的系統(tǒng)是在輪胎內(nèi)部放置傳感器，隨時(shí)觀察輪胎內(nèi)部的壓力變化；聲表面波利用聲和電的轉(zhuǎn)換進(jìn)行工作。

目前美國(guó)已經(jīng)強(qiáng)制推行TPMS法規(guī)，其他國(guó)家也在逐漸實(shí)施。由于國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)的技術(shù)水平參差不齊，研究相對(duì)落后，還沒(méi)有全面的運(yùn)行。鑒于此，本文設(shè)計(jì)了一種基于STC89C52單片機(jī)的直接式TPMS系統(tǒng)，通過(guò)傳感器檢測(cè)到的輪胎氣壓數(shù)據(jù)以無(wú)線的方式發(fā)射出去，上位機(jī)接到后在車(chē)載的顯示器顯示出來(lái)，同時(shí)能夠?qū)喬サ姆钦顟B(tài)進(jìn)行報(bào)警。

1 系統(tǒng)組成和方案設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)主要由輪胎模塊和接收模塊組成，兩個(gè)模塊之間通過(guò)射頻技術(shù)完成數(shù)據(jù)通信。輪胎模塊由傳感器、控制器、發(fā)射器和電池組成。胎壓傳感器芯片選擇MPXY8300A，它是由Freescale 公司推出的，能夠檢測(cè)溫度和壓力的變化，并且集成了434 MHz射頻發(fā)射器和S08 Core處理器。其具有8個(gè)引腳：S1和S0控制操作的模式；DATA和CLK引腳完成數(shù)據(jù)的交換；OUT引腳接收數(shù)據(jù)；RST用于復(fù)位；VDD，VSS表示正負(fù)電源。傳感器參數(shù)見(jiàn)表1。

控制器采用STC89C52單片機(jī)，其具有8位的CMOS控制器和8 KB可編程的FLASH存儲(chǔ)器。該單片機(jī)能夠很好對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大和整形。單片機(jī)設(shè)計(jì)的程序能夠進(jìn)行觸發(fā)，當(dāng)輪胎的氣壓達(dá)到設(shè)定的要求時(shí)，就會(huì)發(fā)出報(bào)警的信號(hào)以及語(yǔ)音提示。

電源的供電選用鋰電ER2450，是FANSO公司生產(chǎn)的，可靠性比較高并且具有一定的能量，額定電池的容量為1 000 mA·h，額定電壓為3.6 V。

1.2 方案設(shè)計(jì)

該方案主要利用MPXY8300A傳感器檢測(cè)輪胎氣壓和溫度的變化，這些信號(hào)得到采集后，利用微控制器處理，再把信號(hào)以434 MHz的射頻頻率發(fā)射出去。與此同時(shí)，汽車(chē)內(nèi)部具備一個(gè)接收器，選擇的芯片為MC33696。這樣經(jīng)過(guò)STC單片機(jī)的處理，把數(shù)據(jù)發(fā)送到液晶顯示器LCD1621，為司機(jī)提供一定的參考。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 輪胎壓力電路設(shè)計(jì)

汽車(chē)輪胎壓力的電路主要是為了實(shí)現(xiàn)下位機(jī)模塊和上位機(jī)之間的相互連接。上位機(jī)是主機(jī)模塊，下位機(jī)是輪胎壓力的檢測(cè)模塊。電路的硬件包括超高頻發(fā)射器、外圍的電路以及天線等。傳感器MPXY8300A結(jié)構(gòu)本身就能夠進(jìn)行信號(hào)的發(fā)送，主要是MC33493的內(nèi)核。它是一種功耗比較低的UHF發(fā)射器。為了保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行選用鋰電池，其提供的電壓范圍為1.9～3.4 V，同時(shí)還有內(nèi)部振動(dòng)器和外接的晶體振蕩器，為發(fā)射器提供一定的頻率參考。胎壓模塊發(fā)射電路如圖2所示。

2.2 單片機(jī)硬件電路

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)后，STC89C52單片機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。可以通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)定額定的電壓，確定報(bào)警的胎壓，其會(huì)自動(dòng)采集不同的壓力值，液晶顯示器會(huì)顯示出來(lái)，超過(guò)一定的界限后，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。該單片機(jī)電路包括存儲(chǔ)器、E2PROM、可編程I/O芯片以及可編程的鍵盤(pán)。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如圖3所示。

接收到的信號(hào)經(jīng)過(guò)一定的轉(zhuǎn)換，通過(guò)4×4的鍵盤(pán)矩陣使其顯示出來(lái)，并通過(guò)蜂鳴器發(fā)出響聲。液晶顯示電路如圖4所示。液晶顯示器采用LCD1621，它是被動(dòng)的矩陣式的模塊，可以顯示不同數(shù)字，工作的范圍比較寬，運(yùn)用無(wú)線通信協(xié)議與單片機(jī)相連接。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是基于Keil C51，所利用的環(huán)境是μVision 2。它提供了包括編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，在集成開(kāi)發(fā)的環(huán)境上對(duì)各種功能進(jìn)行編程。

根據(jù)上面的硬件介紹，軟件的程序包括：鍵盤(pán)的按鍵處理程序、系統(tǒng)參數(shù)的初始化以及數(shù)據(jù)的采集和處理、胎壓異常時(shí)的異常報(bào)警程序和報(bào)警信號(hào)的無(wú)線發(fā)射控制程序。為了防止程序不能回到程序的初始狀態(tài)，在程序中使用了Watch Dog，如圖5所示。

首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，觀察調(diào)用鍵盤(pán)的子程序并判斷是否有鍵按下。一旦有鍵按下，則執(zhí)行該鍵對(duì)應(yīng)的子程序，其中輪胎氣壓的標(biāo)準(zhǔn)值和采樣參數(shù)的設(shè)定值就是由該子程序執(zhí)行。如果沒(méi)有鍵按下，可以直接進(jìn)入采樣程序；這樣就可以判斷采樣值與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值是否一致。如果發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)異常，則執(zhí)行報(bào)警的子程序；Watch Dog能夠及時(shí)防止程序跑飛，最后調(diào)用鍵盤(pán)的子程序，如此循環(huán)執(zhí)行，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

此外，系統(tǒng)還運(yùn)用了無(wú)線通信協(xié)議，使得數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)幀的格式傳輸，主要分為二進(jìn)制和ASCII的方式。為了避免多個(gè)發(fā)射模塊同時(shí)向接收器發(fā)送數(shù)據(jù)，造成數(shù)據(jù)沖突而丟失數(shù)據(jù)，選擇在每個(gè)隨機(jī)時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)幀。當(dāng)單片機(jī)上電之后，首先進(jìn)行初始化，對(duì)各個(gè)需要的模塊進(jìn)行一定的設(shè)置，系統(tǒng)就會(huì)檢測(cè)放大和整形之后的信號(hào)，并對(duì)不同信號(hào)的性能進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，判定是壓力正常還是欠壓，進(jìn)而完成報(bào)警燈的顯示。

當(dāng)車(chē)輛啟動(dòng)后，內(nèi)嵌的MPXY8300A 完成壓力值的檢測(cè)。如果達(dá)到一定值時(shí)，壓力監(jiān)測(cè)模塊根據(jù)值的變化，判斷其是否在額定值范圍內(nèi)。系統(tǒng)運(yùn)用發(fā)射模塊把采集的信號(hào)發(fā)射出去，胎壓模塊軟件編程函數(shù)部分為：_RESET_WATCHDOG（）；Enable Interrupts； SOPT1=0x33。

收集到的信號(hào)經(jīng)過(guò)處理，在液晶顯示模塊 LCD1621上可以看到值的變化。根據(jù)要求設(shè)計(jì)程序控制驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，并能選擇2 kHz和4 kHz兩種振動(dòng)頻率，發(fā)出不同的報(bào)警聲音。一旦系統(tǒng)檢測(cè)到輪胎氣壓處于非正常狀態(tài)時(shí)，液晶顯示模塊就會(huì)顯示輪胎的當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)，并發(fā)出蜂鳴報(bào)警音，提醒駕駛員及時(shí)檢查輪胎故障原因，并排除事故隱患，編寫(xiě)代碼命令為： #define DAT 1；#define COM 0；sbit CS=P3^1；sbit RW= P3^2；sbit DA=P3^0。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文介紹了一種基于STC系列單片機(jī)的直接式的輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。首先根據(jù)系統(tǒng)的要求設(shè)計(jì)了系統(tǒng)運(yùn)行的方案，然后從硬件和軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和實(shí)時(shí)控制，并能夠根據(jù)輪胎壓力的變化發(fā)出報(bào)警信號(hào)。此種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)裝置簡(jiǎn)單，經(jīng)過(guò)測(cè)試，達(dá)到了系統(tǒng)的要求，具有一定的推廣意義。

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