德州學(xué)院 于學(xué)聰 孟俊煥
汽車(chē)輪胎氣壓監(jiān)測(cè)裝置設(shè)計(jì)
德州學(xué)院于學(xué)聰孟俊煥
本文就一款基于集成式傳感器芯片SP12、微控制器PIC16F874以及高頻收發(fā)芯片CC1100作為主要元器件的汽車(chē)輪胎氣壓監(jiān)測(cè)裝置的設(shè)計(jì)展開(kāi)分析,駕駛員可以通過(guò)本裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)汽車(chē)輪胎信息,提高了汽車(chē)高速行駛的安全性。本文主要介紹了該裝置的基本組成以及軟、硬件設(shè)計(jì)方法。
輪胎氣壓監(jiān)測(cè);設(shè)計(jì);CC1100;程序
近幾年,交通行業(yè)發(fā)展迅猛,人們?cè)谙硎芙煌◣?lái)的便捷時(shí),也在承受交通事故帶來(lái)的困擾。交通事故尤其以汽車(chē)輪胎氣壓所引起的事故比例居高不下。這引起了人們對(duì)輪胎氣壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)的高度重視。所以,設(shè)計(jì)一款實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)汽車(chē)輪胎氣壓的裝置刻不容緩。
汽車(chē)輪胎氣壓監(jiān)測(cè)裝置主要用于汽車(chē)行駛時(shí)對(duì)輪胎氣壓實(shí)時(shí)檢測(cè)。判斷輪胎內(nèi)的壓力是否在正常范圍內(nèi),通過(guò)顯示器給駕駛員提供警示信息,從而保證汽車(chē)行駛安全。本設(shè)計(jì)主要由輪胎模塊和監(jiān)視器模塊組成。圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
輪胎監(jiān)測(cè)模塊是由壓力傳感器芯片、嵌入式微控制器與高頻發(fā)射模塊組成胎內(nèi)電子包。工作時(shí),傳感器芯片監(jiān)測(cè)出氣壓信息并轉(zhuǎn)換為電信號(hào),微控制器對(duì)電信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,通過(guò)高頻發(fā)射模塊傳送。
監(jiān)視器模塊由高頻接收模塊、嵌入式微控制器、液晶顯示器、鍵盤(pán)等主要部件組成。工作時(shí),高頻接收模塊接收來(lái)自發(fā)射模塊的射頻信號(hào)并傳送到微控制器,微控制器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析處理,然后將數(shù)據(jù)與設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)。如有異常,則向駕駛員報(bào)警。
基于設(shè)計(jì)要求和性能指標(biāo)的綜合考慮,本設(shè)計(jì)硬件的選擇如下。
2.1輪胎監(jiān)測(cè)模塊的硬件構(gòu)成
輪胎監(jiān)測(cè)模塊的硬件選用Infineon公司的SP12傳感器、微芯公司的PIC16F874微控制器、TI公司的CC1100高頻收發(fā)芯片、鋰亞電池。
SP12傳感器是基于MEMS技術(shù)的硅壓阻式壓力傳感器,對(duì)壓力的監(jiān)測(cè)范圍是100KPa~450KPa,對(duì)汽車(chē)胎壓測(cè)量精度高并且還具有對(duì)輪胎溫度、電壓以及加速度的監(jiān)測(cè)功能。
微芯公司的PIC16F874微控制器是一款低消耗,高性能的RISK結(jié)構(gòu)微控制器。具有與SP12傳感器相匹配的SP12通信接口。此芯片被廣泛應(yīng)用于工控領(lǐng)域以及惡劣環(huán)境領(lǐng)域,基于以上優(yōu)點(diǎn)選擇PIC16F874微控制器。
輪胎模塊采用鋰亞電池,適應(yīng)輪胎工作在-40℃~100℃的溫度范圍,同時(shí)也具備抗震、防高壓的能力。其電池容量有500mAh,正常工作模式下可使用6~7年。滿足輪胎使用壽命要求。
2.2監(jiān)視器模塊的硬件構(gòu)成
監(jiān)視器模塊的硬件選用TI公司的CC1100高頻收發(fā)芯片、微芯公司的PIC16F874微控制器器、顯示器、鍵盤(pán)。
TI公司的 CC1100高頻收發(fā)芯片是一種基于 Chipcon SmartRF技術(shù)的單片、可編程、UHF收發(fā)片。其抗干擾能力強(qiáng)、誤碼率低,功耗低、工作頻段靈活,被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、工業(yè)領(lǐng)域。
微控制器同樣采取微芯公司的PIC16F874控制器。
3.1輪胎監(jiān)測(cè)模塊的程序設(shè)計(jì)
輪胎監(jiān)測(cè)模塊程序主要功能是收集汽車(chē)輪胎運(yùn)行的信息,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析,通過(guò)CC1100將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)視器模塊微控制器。主程序見(jiàn)圖2。
圖2 輪胎監(jiān)測(cè)模塊的程序圖
輪胎監(jiān)測(cè)模塊首次通電要先進(jìn)行系統(tǒng)初始化設(shè)置,此時(shí)CC1100配置為電磁波激活模式。接下來(lái)進(jìn)入學(xué)習(xí)模式,把傳感器的地址發(fā)送給監(jiān)視器模塊中微控制器,監(jiān)視器模塊中微控制器收到傳感器地址在顯示器和鍵盤(pán)的輔助設(shè)置下開(kāi)始對(duì)輪胎進(jìn)行定位。完成后跳入正常的工作模式,系統(tǒng)休眠。
當(dāng)CC1100收到監(jiān)視器模塊中微控制器的采集命令,系統(tǒng)轉(zhuǎn)入工作狀態(tài),先給上位機(jī)發(fā)送應(yīng)答,繼而分析命令并將數(shù)據(jù)解析為延時(shí)響應(yīng)時(shí)間。時(shí)間到后對(duì)輪胎的加速度進(jìn)行檢測(cè),用加速度判定數(shù)據(jù)的處理和發(fā)送方式。
依據(jù)發(fā)送方式的命令,輪胎監(jiān)測(cè)模塊發(fā)送監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)后等待上位機(jī)應(yīng)答,有應(yīng)答,完成后續(xù)發(fā)射;如果沒(méi)有應(yīng)答,系統(tǒng)休眠。
3.2監(jiān)視器模塊程序的設(shè)計(jì)
監(jiān)視器模塊程序主要功能是通過(guò)CC1100接受輪胎監(jiān)測(cè)模塊發(fā)射的輪胎數(shù)據(jù)信息,之后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理,將處理后的數(shù)據(jù)傳送到液晶顯示器,并依據(jù)不同狀況決定是否報(bào)警。主程序如圖3所示。
監(jiān)視器模塊首次通電要進(jìn)行系統(tǒng)初始化設(shè)置,給4個(gè)下位機(jī)發(fā)送基準(zhǔn)定時(shí)10s,使下位機(jī)處于不同的發(fā)射時(shí)隙,之后等待下位機(jī)應(yīng)答。如果應(yīng)答,表示CC1100接受的信息數(shù)據(jù)包可與設(shè)定的命令匹配,表示信息接收成功,然后采集下一輪胎信息。如果無(wú)應(yīng)答,則等待數(shù)據(jù)傳輸。
監(jiān)視器模塊的微控制器對(duì)收到的有效數(shù)據(jù)分析并解析為可識(shí)別的命令,并根據(jù)識(shí)別后的命令判斷是否還有后續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸。如果有,則繼續(xù)接收,直到輪胎監(jiān)測(cè)模塊發(fā)送完畢。
圖3 監(jiān)視器模塊的程序圖
監(jiān)視器模塊的微控制器把解析好的數(shù)據(jù)傳送到液晶顯示器顯示,同時(shí)檢測(cè)當(dāng)時(shí)的輪胎狀態(tài)。若有異常則立即報(bào)警;若正常,則采集下一輪胎信息。
若監(jiān)視器模塊的微控制器長(zhǎng)時(shí)間收不到某一個(gè)下位機(jī)的輪胎數(shù)據(jù),此時(shí)給另一個(gè)下位機(jī)發(fā)送采集命令直至所有數(shù)據(jù)全部顯示在液晶顯示器上。然后再進(jìn)行新一輪的數(shù)據(jù)采集和顯示,如此往復(fù)地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)行駛中的汽車(chē)輪胎狀態(tài),為駕駛員提供清晰明了判斷依據(jù)的。
本論文以汽車(chē)輪胎作為設(shè)計(jì)研究目標(biāo),使用模塊化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)了一個(gè)汽車(chē)行駛過(guò)程中對(duì)輪胎氣壓監(jiān)測(cè)的裝置。本裝置硬件設(shè)計(jì)成本低廉,實(shí)用性高;軟件設(shè)計(jì)合理高效,科學(xué)簡(jiǎn)潔,在汽車(chē)故障檢測(cè)走向自動(dòng)化方面有重大積極意義。
[1]KRAUS JOHN D,MARHEFKA RONALD J.天線.章文勛譯.第3版.北京:電子工業(yè)出版社,2004.
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于學(xué)聰,男,1993出生,山東省濰坊市人,本科。