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

引言

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。

1　汽車(chē)輪胎氣壓監(jiān)測(cè)裝置的基本組成和工作原理

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。

2　汽車(chē)輪胎氣壓監(jiān)測(cè)裝置的硬件構(gòu)成

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　汽車(chē)輪胎氣壓監(jiān)測(cè)裝置的軟件設(shè)計(jì)

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。

4　結(jié)論

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.

［2］竇振中，汪立森.PIC系列單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)與實(shí)例［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999.

［3］辛海燕.汽車(chē)輪胎隨動(dòng)壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究［D］.長(zhǎng)春：長(zhǎng)春理工大學(xué)，2008.

于學(xué)聰，男，1993出生，山東省濰坊市人，本科。