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1、智能仪器仪表设计基础课程设计报告单 位： 自动化学院 学生姓名： 于涛 专 业： 测控技术与仪器 班 级： 0820803 学 号： 08210320 指导老师： 王浩 成 绩： 设计时间：2011 年 5月22日重庆邮电大学自动化学院制一、题目：汽车胎压智能检测系统二、设计任务：运用所学单片机技术、传感器技术等方面的知识，设计汽车胎压智能检测系统，完成胎压信息的采集、处理、及报警等部分的软、硬件设计。 具体任务如下：三、设计要求：1画出检测系统的结构图。2选择压力传感器和单片机，设计硬件电路。3选择喇叭或LED灯，设计报警电路。4画出程序流程图并编写调试代码。四、参考资料：1李朝青编单片机原
2、理及接口技术(简明修订版)北京航空航天大学出版社，19982胡向东编传感技术. 重庆大学出版设，2006年第1版。3. 谭浩强 C语言程序设计. 北京：清华大学出版色，2002。第一章 概述前 言轮胎是汽车行驶系统的重要部件，其性能的优劣直接影响汽车行驶的可操纵性、安全性和舒适性。目前，中国正进入家庭汽车的高速增长期，轮胎安全是汽车安全性能评价的重要指标，轮胎爆胎由于其不可预测性和不可控制而成为突发性交通事故发生的重要原因，造成巨大的经济损失和人员伤亡，极大地威胁着汽车的行驶安全。恰当的轮胎充气压力是保证汽车安全、平稳行驶的关键因素。及时准确地对超过或低于轮胎压力标准范围的异常状态进行报警，是
3、减少由轮胎爆胎引发的交通事故的有效途径。随着高新技术的发展和现代汽车不断趋向高性能化,汽车用的轮胎也从长期的性能时代,开始进入功能化的新时期。当然，现代汽车的安全配置也在不断得到完善，如安全带、安全气囊、防撞杆等被广泛运用，不过这些都是属于交通事故发生后，才能对人、车起到保护作用的被动安全装置。然而本文研制的轮胎爆胎预警系统，则不同于上述的装置，它在轮胎一出现危险征兆时就能够及时发现并同时报警，最大限度地将事故消灭在萌芽状态，从而极大地提升了车辆高速行驶的安全性，这一优势在高速公路上表现更为明显。技术概况及发展趋势TPMS (Tire Pressure Monitoring System) 轮
4、胎压力监视系统，主要用于在汽车行驶时实时的对轮胎气压进行自动监测。目前各国研制的轮胎气压报警系统主要分为两种类型：一种是间接式，它通过汽车ABS(防抱制动系统)的轮速传感器及轮胎的力学模型，间接求出轮胎气压，以达到监视轮胎气压的目地；另一种是直接式，它利用安装在每一个轮胎里的以锂离子电池为电源的压力传感器来直接测量轮胎的气压，并通过无线调制发射到安装在驾驶台的监视器上，而监视器随时显示各种轮胎气压，驾驶者可以直观地了解各个轮胎的气压状况，当轮胎气压太低或有渗漏时，系统就会自动报警，确保行车安全。市场研究机构Strategy Analytics的预测表明，直接系统技术将成为主流技术，2008年后
5、所占份额将超过95%。因为如果要使用间接式胎压监测系统，前提是车辆必须有ABS系统。加上会影响轮胎转速的因素，除了胎压异常所导致外，行驶的路面也是主要原因，如行驶于雪地或湿滑路面时，空转会使某一轮胎的旋转次数大幅提高。或者是当车子高速转弯时，车胎的抓地力已经无法克服过弯时的离心力，外侧轮胎与内侧轮胎的转动次数便有明显差异，这些情况便会出现错误警告信息。另外，当四条轮胎的胎压同时下降，系统便失去判定的准则，警告信息自然就不会出现。而且侦测功能仅在车辆行驶中才能发挥作用，对备胎或当车辆停滞时，便无法判断，还会出现误报现象。汽车高速行驶中，由于轮胎的压力不正常而造成爆胎是驾驶员难以预防的，也是突发性
6、和恶性交通事故发生的重要原因。引起轮胎漏气和爆胎的原因主要有：(1)轮胎工作温度过高；(2)轮胎气压过大；(3)轮胎使用时间过长；(4)轮胎负荷过大；(5)汽车行驶速度过快。为使汽车能够处于安全的驾驶状态，驾驶者必须在行车过程中实时了解轮胎的超压、欠压、温度等工作状态，我们设计的基于单片机的汽车轮胎胎压计具有以下的功能：(1)实时监测轮胎的压力情况；(2)当某个轮胎处于欠压状态时，相应的欠压报警指示灯亮。当汽车轮胎压力处于非正常状态运行时，通过报警来通知驾驶员，控制轮胎爆胎发生，以达到安全驾驶的目的。数字胎压计系统设计的意义由于汽车的迅速普及，人们对驾驶安全性与舒适性的追求越来越高，随车携带数
7、字气压计可以保证人们安全驾驶，有效地降低由于爆胎导致的交通事故发生地概率。而服务商需要的是一种物美价廉的数字气压计，以满足有车一族的需要。本课题设计充分利用了MPX4105芯片的功能，它满足数字气压计采集、控制和数据处理的需要，可提高系统稳定性和抗干扰能力。同时，由于大量的工作由单片机软件来实现，简化了设计电路，且调整方便、可兼顾的指标多，从而大大降低了成本。另外，作为一种功能强大的平台，该数字气压计具有很好的功能扩展性，具有精度高、稳定性好、功能易于扩展等优点，为仪器及电子产品设计后续技术升级，以进一步满足市场的需要提供了条件。 国内外相关技术对轮胎爆胎进行预警是保障汽车安全行驶的关键所在，
8、已成为汽车行业研究的热点问题。在轮胎爆胎预警系统及相关技术的研究发面，美国、日本、德国、法国、英国在近几年都取得了突破性的进展，形成了性能和功能完善5的轮胎压力监测系统产品。从近年发布的世界新车资料来看，林肯大陆、奔驰、宝马、标志、道奇等中高档车均安装了轮胎压力监测装置，用于监测汽车行驶过程中轮胎气压，车内主控机板显示模块实时显示轮胎气压状态。据中国汽车工业协会相关市场调查表明，国内轮胎爆胎预警系统的相关产品有推出，但都是技术性能不甚完善简易系统产品，存在以下缺点：系统工作寿命极短；系统在低温或高温环境下失效；工作可靠性较差。而性能可靠、功能完善、技术成熟的产品均是一些国外知名公司的品牌产品，
9、但价格较为昂贵。因此，研制性能可靠、功能完善并且价格能为当前多数国内消费者所接受的轮胎爆胎预警技术产品很有必要。国内汽车行业正迫切需求成熟的轮胎爆胎预警系统及产品的投放市场以解决因轮胎爆胎而引起的行驶安全性问题。第二章系统的设计设计方案采用89c51主控，通过压力、温度传感器将信号送入MCU再送入无线发射芯片中，再由无线接收芯片将信号无线发射。在处理模块，无线接收芯片接受到信号后，由微处理器进行处理。将处理的结果送显示、报警部分分别进行显示、报警。原理原理框图如下： 传感器无线发射MCU无线发射显示微处理器无线接受报警无线接收 系统各功能模块的设计思想传感器无线发射模块由SP12、89c205
10、1、T5754组成了传感器无线发射模块。SP12是集温度、气压、加速度为一体的传感器，输出数字信号，使用方便，体积小，功耗少。显示模块用单片机芯片AT89C52的P0.0/AD0P0.7/AD7端口接数码管的ah端，8位数码管的S1S5通过AT89C52的P2.0P2.4端口来控制选通每个数码管的位选端。在数据的显示模块中，我们采用的是LED动态显示的方式。其具体的实现过程在上述设计思想中详细说明。7段数码管选用共阴连接方式，通过端口输出编码后的段码，对应笔画为“低电平“时点亮。气压传感器的选择气压传感器对于数字气压计设计的实现至关重要，需要综合实际的需求和各类气压传感器的性能参数加以选择。气
11、压传感器的主要性能参数如下。测量范围即所能测量的大气压力范围，单位为kPa。测量精度测量结果（电流或电压）的精度。温度补偿范围一般要选用具有温度补偿能力的气压传感器，因为温度补偿特性可以克服半导体压力敏感器件存在的温度漂移问题。测量的是否是绝对气压值绝对气压值对应的即是实际的气压值，显然要实现数字气压计需要测量绝对气压值的气压传感器。数字气压计显示的是绝对气压值，同时为了简化电路，提高稳定性和抗干扰能力，要求使用具有温度补偿能力的气压传感器。经过综合考虑，我们选用SP12来作为传感器。SP12具有补偿功能,可以对压力,加速度,温度,供电电压信号进行检测和补偿,准确提供不同型号轮胎在不同环境下的
12、正确补偿值,有效地保证了测量可靠性.SP12有以下特点：1 由监测轮胎、温度、加速度的功能；2 SOP14封装，体积相当小；3 功耗小，在正常工作模式下，平均电流3.5mA。在休眠模式下，只需0.6uA电流；4 正常工作范围：-40-150;5 测压范围：100pa-450Kpa；第三章 硬件电路设计单片机电路部分主要芯片介绍89C52单片机89C52单片机的40条引脚按功能来分，可以分为3部分，电源及时钟引脚、控制引脚和输入/输出引脚。如下图3-1所示： AT89C52单片机引脚图89C52单片机引脚功能主电源及时钟引脚此类引脚包括电源引脚Vcc、Vss、时钟引脚XTAL1、XTAL2。（1
13、）Vcc（40脚）：接+5V电源，为单片机芯片提供电能。（2）Vss（20脚）接地。（3）XTAL1（19脚）在单片机内部，它是一个反向放大器的输入端，该放大器构成了片内的振荡器，可提供单片机的时钟控制信号。（4）XTAL2（18脚）在单片机内部，接至上述振荡器的反向输出端。控制引脚此类引脚包括RESET（即RSR/VPD）、ALE/PROG、PSEN、EA/VPP，可以提供控制信号，有些具有复用功能。（1）RSR/ VPD（9脚）：复位信号输入端，高电平有效，当振荡器运行时，在此引脚加上两个机器周期的高电平将使单片机复位（REST）。复位后应使此引脚电平保持为不高于0.5V的低电平，以保证单
14、片机正常工作。掉电期间，此引脚可接上备用电源（VPD），以保持内部RAM中的数据不丢失。当Vcc下降到低于规定值，而VPD在其规定的电压范围内（50.5V）时，VPD就向内部RAM提供备用电源。（2）ALE/PROG（30脚）：ALE为地址锁存允许信号。当单片机访问外部存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲的下降沿用于锁存16位地址的低8位。即使不访问外部存储器，ALE端仍有周期性正脉冲输出，其频率为振荡器频率的1/6。但是每当访问外部数据存储器时，在两个机器周期中ALE只出现一次，即丢失一个ALE脉冲。ALE端可以驱动8个LSTTL负载。（3）PSEN（29脚）：程序存储器允许输出控制端。
15、此输出为单片内访问外部程序存储器的读选通信号。在从外部程序存储器取指令（或取常数）期间，每个机器周期均PSEN两次有效。但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不会出现。PSEN同样可以驱动8个LSTTL负载。（4）EA/VPP（31脚）：EA功能为内外程序存储器选择控制端。当EA端保持高电平时，单片机访问内部程序存储器，但在PC（程序计数器）值超过0FFFH时将自动转向执行外部程序存储器内的程序。输入/输出引脚此类引脚包括P0口、P1口、P2口和P3口。（1）P0（P0.0P0.7）是一个8位三态双向I/O口，在不访积压处部存储器时，做通用I/O口使用，用于传送CPU的输入/输出数据，当访问外部存储器时，此口为地址总路线低8位及数据总路线分时复用口，可带8个LSTTL负载。（2）P1（P1.0P2.7）是一个8位准双向I/O口（作为输入时，口锁存器置1），带有内部上拉电阻，可带4个LSTTL负载
