基于STC單片機的輪胎氣壓自動控制與報警系統(tǒng)設(shè)計

摘 要： 設(shè)計了基于STC89C52單片機的輪胎氣壓自動控制和報警系統(tǒng)，通過對TPMS系統(tǒng)的介紹，制定了系統(tǒng)運行的總體方案。根據(jù)系統(tǒng)的要求，完成了硬件的設(shè)計和軟件程序的編寫，主要通過壓力傳感器的變化情況反映胎壓的變化，同時能夠發(fā)出報警信號。此系統(tǒng)保證了輪胎的正常壓力，使汽車安全行駛。

關(guān)鍵詞： STC89C52單片機； TPMS； 報警系統(tǒng)； 輪胎氣壓自動控制

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）17?0109?03

0 引 言

隨著時代和科技的不斷發(fā)展，汽車的保有量逐年增長，同時也引發(fā)了一系列的安全問題。根據(jù)我國交通部門發(fā)布的最新報告，因輪胎的氣壓不足或者過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，對輪胎壓力的檢測是非常有必要的。

輪胎壓力檢測系統(tǒng)TPMS主要是對行車狀態(tài)下的輪胎氣壓的檢測，以傳感器、單片機以及無線接收器為最小系統(tǒng)組織，使得駕駛員隨時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)出報警信號，讓車內(nèi)人員做好準備，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)速的變化檢測壓力變化，如果進入彎道，就無法進行檢測；直接型的系統(tǒng)是在輪胎內(nèi)部放置傳感器，隨時觀察輪胎內(nèi)部的壓力變化；聲表面波利用聲和電的轉(zhuǎn)換進行工作。

目前美國已經(jīng)強制推行TPMS法規(guī)，其他國家也在逐漸實施。由于國內(nèi)汽車行業(yè)的技術(shù)水平參差不齊，研究相對落后，還沒有全面的運行。鑒于此，本文設(shè)計了一種基于STC89C52單片機的直接式TPMS系統(tǒng)，通過傳感器檢測到的輪胎氣壓數(shù)據(jù)以無線的方式發(fā)射出去，上位機接到后在車載的顯示器顯示出來，同時能夠?qū)喬サ姆钦顟B(tài)進行報警。

1 系統(tǒng)組成和方案設(shè)計

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，兩個模塊之間通過射頻技術(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表示正負電源。傳感器參數(shù)見表1。

控制器采用STC89C52單片機，其具有8位的CMOS控制器和8 KB可編程的FLASH存儲器。該單片機能夠很好對信號進行放大和整形。單片機設(shè)計的程序能夠進行觸發(fā)，當輪胎的氣壓達到設(shè)定的要求時，就會發(fā)出報警的信號以及語音提示。

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

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

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 輪胎壓力電路設(shè)計

汽車輪胎壓力的電路主要是為了實現(xiàn)下位機模塊和上位機之間的相互連接。上位機是主機模塊，下位機是輪胎壓力的檢測模塊。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)本身就能夠進行信號的發(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)的正常運行選用鋰電池，其提供的電壓范圍為1.9～3.4 V，同時還有內(nèi)部振動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 單片機硬件電路

當系統(tǒng)發(fā)出信號后，STC89C52單片機對系統(tǒng)進行控制?？梢酝ㄟ^鍵盤設(shè)定額定的電壓，確定報警的胎壓，其會自動采集不同的壓力值，液晶顯示器會顯示出來，超過一定的界限后，發(fā)出報警信號。該單片機電路包括存儲器、E2PROM、可編程I/O芯片以及可編程的鍵盤。單片機最小系統(tǒng)電路如圖3所示。

接收到的信號經(jīng)過一定的轉(zhuǎn)換，通過4×4的鍵盤矩陣使其顯示出來，并通過蜂鳴器發(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，運用無線通信協(xié)議與單片機相連接。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)的開發(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、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器在內(nèi)的完整開發(fā)方案，在集成開發(fā)的環(huán)境上對各種功能進行編程。

根據(jù)上面的硬件介紹，軟件的程序包括：鍵盤的按鍵處理程序、系統(tǒng)參數(shù)的初始化以及數(shù)據(jù)的采集和處理、胎壓異常時的異常報警程序和報警信號的無線發(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。

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

此外，系統(tǒng)還運用了無線通信協(xié)議，使得數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)幀的格式傳輸，主要分為二進制和ASCII的方式。為了避免多個發(fā)射模塊同時向接收器發(fā)送數(shù)據(jù)，造成數(shù)據(jù)沖突而丟失數(shù)據(jù)，選擇在每個隨機時間間隔內(nèi)發(fā)送多個數(shù)據(jù)幀。當單片機上電之后，首先進行初始化，對各個需要的模塊進行一定的設(shè)置，系統(tǒng)就會檢測放大和整形之后的信號，并對不同信號的性能進行計算，根據(jù)計算結(jié)果，判定是壓力正常還是欠壓，進而完成報警燈的顯示。

當車輛啟動后，內(nèi)嵌的MPXY8300A 完成壓力值的檢測。如果達到一定值時，壓力監(jiān)測模塊根據(jù)值的變化，判斷其是否在額定值范圍內(nèi)。系統(tǒng)運用發(fā)射模塊把采集的信號發(fā)射出去，胎壓模塊軟件編程函數(shù)部分為：_RESET_WATCHDOG（）；Enable Interrupts； SOPT1=0x33。

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

4 結(jié) 語

本文介紹了一種基于STC系列單片機的直接式的輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)。首先根據(jù)系統(tǒng)的要求設(shè)計了系統(tǒng)運行的方案，然后從硬件和軟件進行設(shè)計，同時進行數(shù)據(jù)處理和實時控制，并能夠根據(jù)輪胎壓力的變化發(fā)出報警信號。此種監(jiān)測系統(tǒng)裝置簡單，經(jīng)過測試，達到了系統(tǒng)的要求，具有一定的推廣意義。

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