輪胎溫度無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(shí)傳輸給中央控制器。LCD12864液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的輪胎溫度。通過比較輪胎實(shí)測(cè)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(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(huì)影響輪胎的使用壽命，甚至導(dǎo)致爆胎。因此，實(shí)時(shí)檢測(cè)并控制行駛中汽車輪胎的溫度對(duì)安全駕駛起著極大的作用[3]。而轉(zhuǎn)動(dòng)中的輪胎不適合用傳統(tǒng)的溫度傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，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(duì)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(hào)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(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控。LCD液晶實(shí)時(shí)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(gè)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(cè)輪胎溫度達(dá)到或超過閾值1時(shí)，控制核心自動(dòng)開啟風(fēng)冷模式，即風(fēng)扇降溫；溫度超過閾值2時(shí)，自動(dòng)開啟水冷模式降溫；溫度超過警戒值，自動(dòng)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(shí)，輸出引腳在空閑時(shí)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(gè)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(hào)。

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(dòng)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(shí)顯示所測(cè)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(gè)問題。一是DS18B20檢測(cè)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(qǐng)求信號(hào)。一旦接收到主機(jī)的發(fā)送請(qǐng)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(hào)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(shí)通過LCD12864實(shí)時(shí)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(cè)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(chǔ)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(duì)接收到的溫度值，上位機(jī)控制核心送LCD顯示。同時(shí)比較實(shí)測(cè)值與設(shè)定值的大小，決定是否發(fā)送控制信號(hào)，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(gè)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(cè)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(cè)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(dòng)驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí)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(shí)顯示當(dāng)前的輪胎溫度。并且通過預(yù)先設(shè)定的三個(gè)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(dòng)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(shí)傳輸給中央控制器。LCD12864液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的輪胎溫度。通過比較輪胎實(shí)測(cè)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(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(huì)影響輪胎的使用壽命，甚至導(dǎo)致爆胎。因此，實(shí)時(shí)檢測(cè)并控制行駛中汽車輪胎的溫度對(duì)安全駕駛起著極大的作用[3]。而轉(zhuǎn)動(dòng)中的輪胎不適合用傳統(tǒng)的溫度傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，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(duì)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(hào)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(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控。LCD液晶實(shí)時(shí)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(gè)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(cè)輪胎溫度達(dá)到或超過閾值1時(shí)，控制核心自動(dòng)開啟風(fēng)冷模式，即風(fēng)扇降溫；溫度超過閾值2時(shí)，自動(dòng)開啟水冷模式降溫；溫度超過警戒值，自動(dòng)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(shí)，輸出引腳在空閑時(shí)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(gè)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(hào)。

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(dòng)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(shí)顯示所測(cè)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(gè)問題。一是DS18B20檢測(cè)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(qǐng)求信號(hào)。一旦接收到主機(jī)的發(fā)送請(qǐng)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(hào)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(shí)通過LCD12864實(shí)時(shí)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(cè)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(chǔ)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(duì)接收到的溫度值，上位機(jī)控制核心送LCD顯示。同時(shí)比較實(shí)測(cè)值與設(shè)定值的大小，決定是否發(fā)送控制信號(hào)，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(gè)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(cè)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(cè)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(dòng)驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí)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(shí)顯示當(dāng)前的輪胎溫度。并且通過預(yù)先設(shè)定的三個(gè)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(dòng)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(shí)傳輸給中央控制器。LCD12864液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的輪胎溫度。通過比較輪胎實(shí)測(cè)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(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(huì)影響輪胎的使用壽命，甚至導(dǎo)致爆胎。因此，實(shí)時(shí)檢測(cè)并控制行駛中汽車輪胎的溫度對(duì)安全駕駛起著極大的作用[3]。而轉(zhuǎn)動(dòng)中的輪胎不適合用傳統(tǒng)的溫度傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，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(duì)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(hào)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(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控。LCD液晶實(shí)時(shí)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(gè)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(cè)輪胎溫度達(dá)到或超過閾值1時(shí)，控制核心自動(dòng)開啟風(fēng)冷模式，即風(fēng)扇降溫；溫度超過閾值2時(shí)，自動(dòng)開啟水冷模式降溫；溫度超過警戒值，自動(dòng)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(shí)，輸出引腳在空閑時(shí)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(gè)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(hào)。

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(dòng)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(shí)顯示所測(cè)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(gè)問題。一是DS18B20檢測(cè)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(qǐng)求信號(hào)。一旦接收到主機(jī)的發(fā)送請(qǐng)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(hào)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(shí)通過LCD12864實(shí)時(shí)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(cè)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(chǔ)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(duì)接收到的溫度值，上位機(jī)控制核心送LCD顯示。同時(shí)比較實(shí)測(cè)值與設(shè)定值的大小，決定是否發(fā)送控制信號(hào)，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(gè)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(cè)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(cè)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(dòng)驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí)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(shí)顯示當(dāng)前的輪胎溫度。并且通過預(yù)先設(shè)定的三個(gè)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）。

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