基于单片机的胎压监测系统的设计

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概要

  本文以STC89C52单片机为控制核心，通过气压传感器模块对汽车各轮胎的胎压进行实时数据的采集与处理，利用2.4G ZigBee无线模块反馈给单片机进行数据处理和判断，当汽车胎压高于和低于系统设定的阙值时，时钟DS1302进行时间记录，单片机给蜂鸣器报警信号并且通过对显示模块进行工作，将胎压的实时信息和报警时间显示到LCD1602液晶显示器上，时相应的胎压警示灯亮起。
关键词：TPMS；STC89C52；无线传输

一、系统整体设计方案

  

在本次汽车胎压监测系统的设计中，主要实现以下几大功能：
（1）液晶显示：通过显示模块实现当前值的压值及当前时间。
（2）数据采集：能够检测出四个轮胎的当前胎压值。
（3）报警控制：当单个胎压超过设定值时或者四个轮胎不平衡时蜂鸣加声光报警同时发送到手机上提醒驾驶员；
（4）无线通信：用无线传感对数据进行传输和执行。
（5）按键控制：能够通过按键设定阈值。

二、 系统设计

4.1 主流程图

系统主流程图如图4-1所示，对于本系统一上来就是待机状态，正常工作后扫描DS1302程序，进行时间信息的采集。然后通过对无线信号的扫描，对胎压传感器采集的信息进行处理和判断。胎压是大于系统所设置的最大限值，如果是则进行高压报警，并亮起高压胎压警示灯；若否则进入下层判定是否时低压报警，如果是则进行低压报警，并亮起低压胎压指示灯并由单片机将数据传输给LCD1602进行显示。

4-1 系统主控流程图

三 系统仿真

5.1 系统仿真调试

在系统的仿真阶段首先要建立一个工程，然后在元器件库搜索用到的各种元器件，无线通信不能在仿真软件很好的显示，本次采用AD转换器ADC08032与滑动变阻器进行连接来代替传感器监测的信号，将滑动变阻器改变数值进行数模转换并呈递给从机，从机将信号传递给主机模拟无线通信。元器件布局完毕后进行线路的连接，在这个阶段不可出现虚连等问题，否则会出现仿真错误。
　　在设计系统的过程中需要进行调试，该步骤是系统设计中必不可少的步骤之一，它的目的是及时在最后阶段进行系统整体测试与校验，而调试分为系统软件调试和硬件调试，软件调试包含了系统程序调试，系统仿真测试。
　　在本系统中的仿真软件使用的是Proteus，该软件可以仿真单片机和一些电子电路有关的知识点，通过本软件的仿真可以在很大的程度上缩短系统设计的周期，在焊接电路板之前可以在仿真软件上经过测试，对于发现的瑕疵要认真分析问题的所在，是硬件设计原理问题还是程序编译问题，这样才能具有更加针对性的修改。经过仿真测试得到的正确结果才能进行电路的焊接，如下图5-1所示为系统仿真调试的结果示意图，由于仿真软件库有部分器件是有的，所以达不到全部的预计效果。
图5-1 仿真图

实物

四、 结论

本文研究与设计了汽车胎压监测系统。本文的主要工作是研究如何实现实时监测轮胎的压力并记录时间，如何准确地对轮胎故障报警，如何提高系统的可靠性和实用性。本文的工作如下:
1、对威胁行车安全发生爆胎的原因进行了分析，针对当前轮胎监测系统方案的不足之处，提出了基于单片机的胎压监测系统设计方案，在满足系统设计基本需求的同时，简化了电路的设计，提高了TPMS系统的稳定性、安全性和抗干扰能力，并能解决系统低功耗的要求。
2、硬件方面，设计了具备电源转换、STC89C52单片机最小系统、无线传输、胎压传感器、LED驱动、蜂鸣器驱动等功能的集成电路板，将集成电路板安装于车辆OBD诊断接口，电源转换电路将车辆12V电压分别降至3.3V和5V供给整个集成电路板，单片机最小系统保证胎压监测系统的正常运行，XGZP6847型压力传感器采集车辆实时胎压数据，保留轮速数据并传送至STC89C52单片机内部，运行计算后，适时驱动LED指示灯和蜂鸣器。
3、软件方面，构建了胎压监测系统的主程序框架，明确各子程序的功能定义。具体工作如下，各器件的初始化配置和信息接收方式配置、胎压异常判断流程设计、休眠模式设计、报警模式设计，程序运行后，ZigBee无线接收模块和XGZP6847胎压传感器模块正常工作，而休眠模块等待相应的外部条件触发，一旦触发，系统进入休眠。
　　本次设计通过焊接完毕实物后将程序下载到单片机中得知，整体的设计符合了任务书的要求，但实物制作过程中也不是十分顺利的，测试过程中发现有一部分功能和预期的不一样，在进行原因的查找，修改程序、下载程序等多次操作，最后完成了一个和预期一样的实物。