基于51單片機的輪胎自動加氣裝置

丁凡一， 孫振偉， 李智鑫， 方致遠， 耿慧娟

(東北林業(yè)大學交通學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

推廣應用

基于51單片機的輪胎自動加氣裝置

丁凡一， 孫振偉*， 李智鑫， 方致遠， 耿慧娟

(東北林業(yè)大學交通學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

輪胎自動加氣裝置通過MCGS觸摸屏可實現(xiàn)對汽車輪胎的胎壓檢測、輪胎充氣、個性化胎壓選擇、自動停止等功能，實現(xiàn)了輪胎加氣的半自動化，專業(yè)化輪胎充氣有利于延長輪胎使用壽命，減小油耗，增加汽車行駛的操控性和安全性。

輪胎；自動加氣裝置；MCGS組態(tài)；51單片機

1 輪胎自動加氣的實現(xiàn)

輪胎自動加氣裝置技術路線如圖1所示。

圖1 輪胎自動加氣裝置技術路線

2 MCGS組態(tài)的實現(xiàn)

MCGS組態(tài)由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略五部分構成，其分別進行組態(tài)操作，完成不同的分工，具有不同的特性。其中設備窗口組態(tài)、數(shù)據(jù)庫組態(tài)和策略組態(tài)是MCGS組態(tài)的關鍵部分[1]。

2.1 設備窗口組態(tài)

設備窗口使用不同功能的設備構件與外部設備實現(xiàn)通訊，使程序能夠從傳感器讀取數(shù)據(jù)進而控制工作狀態(tài)，實現(xiàn)對加氣裝置的實時控制。MCGS 觸摸屏與單片機的通訊采用ModbusRTU協(xié)議，實現(xiàn)上位機對外部設備的控制，進而實現(xiàn)加氣設備對輪胎的智能化加氣。設備窗口設置界面如圖2所示。

圖2 設備窗口設置界面

2.2 數(shù)據(jù)庫組態(tài)

實時數(shù)據(jù)庫MCGS是工程中各個組態(tài)的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將MCGS工程的各個部分連接成一個有機的整體。在數(shù)據(jù)庫組態(tài)中內定義不同名稱和類型的變量，作為數(shù)據(jù)采集、處理數(shù)據(jù)、控制下位機、動畫連接及驅動設備的對象。數(shù)據(jù)變量是構成實時數(shù)據(jù)庫的基本組成部分，建立實時數(shù)據(jù)庫的過程即定義數(shù)據(jù)變量的過程[2]。系統(tǒng)中部分變量如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)部分變量

2.3 運行策略組態(tài)

運行策略窗口主要完成MCGS工程運行流程的控制，包括編寫控制程序(if...then...腳本程序)，選用各種功能構件，如提取數(shù)據(jù)、繪制歷史曲線、設置定時器、實現(xiàn)配方操作、輸出多媒體內容等。組態(tài)軟件實時采集生產過程中下位機的運行狀態(tài)及參數(shù)，并利用圖形或報表顯示系統(tǒng)的實時運行狀況

2.4 用戶窗口界面

在用戶窗口中，可以使用組態(tài)軟件提供的類型豐富的圖形對象，設計出豐富的圖形界面，并通過將界面中各種對象與單片機的參數(shù)進行連接，實現(xiàn)對單片機的監(jiān)控與控制。在主界面中，通過單片機和各個傳感器的信息反饋，實現(xiàn)對胎壓、外界溫度的實時監(jiān)控，并依據(jù)這些信息，對汽車胎壓做進一步的調整；設置車型選擇選項，在此頁面里可以快速選擇車型，實現(xiàn)快捷加氣，并且在此頁面里用戶還可以根據(jù)不同的情況進行自定義加氣。車型選擇界面如圖4所示。

圖4 車型選擇界面

3 51單片機設計

下位機的作用是負責接收壓力傳感器的實時數(shù)據(jù)并在輪胎壓力達到數(shù)據(jù)庫中的目標值時控制電磁閥切斷供氣，其與MCGS組態(tài)進行通訊，根據(jù)用戶選定的目標值進行處理。

3.1 STC89C51的特點

STC89C51采用的是8051核的ISP，即系統(tǒng)可編程芯片有80MHz的最高工作時鐘頻率，單片機內部包括大小為8K Bytes而且可反復擦寫1 000次的Flash只讀程序存儲器，單片機同時兼容標準的MCS-51的指令系統(tǒng)及所有80C51引腳結構，單片機內部集成了通用的8位CPU和ISP Flash存儲單元，具有isp功能(即在線系統(tǒng)編輯功能)，用戶可在上電的情況下通過PC端的編程軟件對單片機進行編程，避免了購買通用編輯器的麻煩，而且下載程序速度更快。STC89C51RC系列單片機是單時鐘/機器周期(1T)的兼容8051 內核單片機，是高速且低功耗的新一代8051 單片機。

3.2 STC89C51電路分布和原理

3.2.1 單片機基本電路原理

(1)復位電路：本裝置采用的是國產STC89C51型號單片機，基本電路由復位電路及時鐘電路構成。復位電路由電容和電阻串聯(lián)構成，單片機的RST引腳在通電后立即轉為高電平。單片機基本電路如圖5所示，其中電容為22 uF，電阻為10 kΩ。所以由公式計算可知復位需要的時間是10×103×22×10-6=0.22(s)。在單片機啟動的0.22 s內，電容兩端電壓保持在0～3.5 V。同時10 kΩ電阻兩端的電壓從5 V減小到1.5 V(串聯(lián)電路各處電壓之和為總電壓)，RST引腳所接收到的電壓是5～1.5 V。在5 V電壓下正常工作的51單片機中小于1.5 V的電壓信號為低電平信號，而大于1.5 V的電壓信號為高電平信號，所以在開機0.22 s內單片機系統(tǒng)自動復位。

(2)時鐘電路：時鐘電路由晶振和電容組成，晶振頻率選用5 MHz，為單片機提供工作節(jié)拍。

圖5 單片機基本電路圖

3.2.2 驅動電磁閥電路

本裝置需要驅動電磁閥來控制加氣裝置的啟停，但由于單片機的最大電壓為5 V，不能驅動繼電器，故采用三極管的放大作用將電壓放大至24 V。單片機驅動電磁閥電路原理如圖6所示。

圖6 單片機驅動電磁閥電路原理圖

[1] 包建華，丁啟勝，張興奎.工控組態(tài)軟件MCGS及其應用[J].工礦自動化，2007(3).

[2] 易江義，陽春華，周彩敵.基于MGS的工業(yè)鍋爐恒溫IPO控制系統(tǒng)設計[J].微計算機信息，2009，25(1).

(責任編輯 王琦)

51SCM-based Automatic Tire Inflating Devices

DING Fan-yi， SUN Zhen-wei*， LI Zhi-xin， FANG Zhi-yuan， GENG Hui-juan

(College of Transportation，Northeast Forestry University，Harbin Heilongjiang 150040，China)

Automatic tire filling devices can realize such functions through MCGS touch screen as tire pressure detection，tire inflation，individual tire pressure selection and automatic stop，realizing semi-automatic and specialized tire inflation，which is conducive to extending the service life of tires，reducing fuel consumption and increasing vehicle handling and safety while driving.

tire；self-filling device；MCGS configuration；51 SCM

2016-10-17

東北林業(yè)大學校級大學生創(chuàng)新項目

丁凡一(1996-)，男，遼寧人，本科生，研究方向為單片機及其控制，E-mail：1806708428@qq.com。

*通訊作者：孫振偉(1972-)，男，黑龍江人，碩士研究生，工程師，研究方向為柴油機電氣控制。

U469.7；TP273

A

2095-2953(2017)02-0046-03