数字胎压计的设计.doc

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数字胎压计的设计

摘要

摘要：

车胎压力对汽车的安全行驶至关重要，保障车胎压力正常的汽车轮胎压力监测系统监测系统受到国内外汽车工业界越来越多的重视。

本文介绍基于Novasensor公司NPC1210型压阻传感器和89S51单片机的数字胎压计的设计方法。

关键词：

数字胎压计压力传感器传感技术

Abstract：

Tirepressureiscriticaltovehicledrivingsafety.Thusthetirepressuremonitoringsystem（TPMS）isbecominggrowingresearchinterestsathomeandabroad.BasedonNPC1210piezoresistvesensorand8bitscmof89S51,themethodofintelligentelectricalpiesismeterdesignisintroduced.

KeyWords:

Digitalphygmomanometer

目　　录

第一章：

绪论 4

1．1数字胎压计系统设计背景及应用前景 4

1．2数字胎压计系统的概述 5

第２章　系统的总体设计 5

2.1系统总体设计方案论证 5

2．1．1方案一：

5

2．1．2方案二：

5

2.1.3.方案三：

6

2．2　系统配置 7

2．3　硬件与软件功能的简要介绍 7

2．4系统的基本构架 8

第３章　系统的硬件的设计 8

3．1　系统的硬件设计 8

3.1.1系统电路相关知识和原理 8

3．2硬件的设计电路图 10

3.2.1系统硬件电路图如下：

10

3.2.2系统电路图动作说明 10

3．3　重要元件的说明 11

3．3．1AT89C51单片机 11

3．3．2NPC1210压力传感器 12

3．3．3　A/D转换芯片TLC1549 14

3．3．4LED 17

3．3．5晶体三极管PNP 17

3．3．6普通运放的仪表放大器LM358 18

第４章　系统的软件设计 19

4．1　软件的设计思想 19

4.1.1系统各功能模块的设计思想 19

4.1.2软件系统框图 21

4.2设计环境及开发工具 21

4.2.1设计环境 21

4.2.2运行环境 21

4.3主要程序流程图 22

4.3.1A/D转换流程图………………………………………………………………………20

4.3.1LED动态显示流程图………………………………………………………………21

4.3.1数据处理程序流程图………………………………………………………………..22

4.4主程序………………………………………………………………………………………23

第5章调试 26

第1章：

绪论

1．1数字胎压计系统设计背景及应用前景

近几年来，电子技术已越来越多地渗透到各种汽车功能中。

过去轮胎常被人们忽视，但如今随着人们对驾驶安全性与舒适性的追求，轮胎故障越来越受到人们的重视。

据统计，在美国高速公路上发生的交通事故有80%由于爆胎引起，在我国这一比例也高达70%。

在汽车的高速行驶过程中，轮胎故障是驾驶员最为担心和最难预防的，也是突发性交通事故发生的重要起因。

因此怎样防止爆胎，已成为安全驾驶的一个重要课题。

据国家橡胶轮胎质量监督中心的专家分析，保持标准的车胎气压行驶和及时发现车胎漏气，是有效防止爆胎的关键。

在这个背景下诞生了汽车轮胎压力监测系统，它主要用于汽车行驶时实时地对轮胎气压参数进行自动监测，对轮胎漏气和低压进行报警，以保障行车安全的智能系统。

数字胎压计是汽车上一种新的主动安全技术产品。

近年来,在国内外发展迅速，由于它能够实时监测汽车轮胎的气压,并能及时给驾驶员以警告,因而可以最大限度地避免由爆胎引发的交通事故,提高了汽车的行车安全。

目前汽车轮胎气压监测系统的发展,包括间接式轮胎气压监测系统，直接式轮胎气压监测系统和下一代无电池轮胎气压监测系统（被动式TPMS），展望了未来轮胎气压监测技术的发展趋势:

无电池TPMS将取代现有类型,成为未来TPMS发展的主流。

1．2数字胎压计系统的概述

我们采用半导体压力传感器NPC1210，将我们要测量的胎压信号转换成电压信号，此电压信号极为微弱，因此我们必须将其通过运算放大器LM358，将其放大才能够为我们所用。

由此我们将放大后的电压信号由89S51单片机将其进行A/D转换，再由软件部分将我们所得的数据进行处理，最后由驱动部分将其送入显示部分进行数码显示。

此数字胎压计由压力传感器、微控制器、LED显示器等构成。

在开始测量时打开气阀并把测量结果进行处理和显示。

整个测量过程由89S51控制并完成各种计算，其中重要的进行A/D转换以及LED数码管动态显示的软件处理.这也是我们研究的重点和关键所在，下面将作详细说明。

第２章系统的总体设计

2.1系统总体设计方案论证

2．1．1方案一：

采用模拟分立元件以及相关芯片，如电容、电感或晶体管等非线形元件、以及MAX138等相关功能芯片，实现实时的胎压的测量及显示，该方案设计电路简单易懂，操作简单，且价格便宜，但采用分立元件分散性大，不便于集成数字化，而且测量误差大。

2．1．2方案二：

采用集成的单片机主控，通过压力传感器将胎压信号送入带A/D转换的单片机中，以及在相关模拟分立元件的辅助下进行A/D转换以及其它的数据处理，将处理的结果送显示部分进行显示。

原理原理框图如下：

压力传感器

显示器

微处

理

器80S51

图2-1方案二原理图

2.1.3.方案三：

采用单片机主控，通过压力传感器、A/D转换采集数据信息，经过含有单片机的检测系统检测，将结果传送到单片机控制的主控器，数据通过显示器显示。

原理框图如下：

单片机控制的检测系统

单片机控制的主控制器

A/D转换器

压力传感器

显示器

总线

图2-2方案三原理图

综上所述，方案三电路虽然与方案二类似，都较方案一调整方便、可兼顾的指标多，但方案三利用PC机平台实现软件操作，在操作运行复杂，并且性价较底，因为耗费较大，所以在实际应用中一般不用，所以我们选择第二种方案。

2．2　系统配置

我们以AT89C2051单片机为整个系统的核心，通过传感器对胎压信号的采集、放大等处理完成胎压参数的自动获取，以及进行数字显示等等。

AT89C2051单片机中自带有比较器，因此它给我们的设计提供了很大的方便。

我们可以直接利用其一端输入我们的胎压转换后发电压信号，另一端输入我们的标准波形电压信号将其进行A/D转换。

在此过程当中我们还必需利用AT89C2051单片机内部的定时器对其进行度量，再使用软件模块对起进行处理，即得到了我们的 A/D转换的结果。

进行多次A/D转换后，我们就可以采集到一序列的数据，对这些数据进行适当的处理，把其送入显示模块进行显示，进而达到了我们对整个系统设计的基本要求。

2．3　硬件与软件功能的简要介绍

一个系统的设计很大部分决定于我们的硬件设计。

有了足够的硬件资源，软件设计的功能才有实现的可行性。

在硬件的设计上最为重要的是传感器和出处理器单片机的选择，当然电源的稳定性和可靠性也非常关键。

在硬件设计中我们采用NPC1210型压阻式传感器，由硅光电池供电，在没有使用时会自动将转化后的电能储存在蓄电池中，这款蓄电池的蓄电能力将可以提供给我们4次左右的测试电量。

当输入一个为P的压力时，经NPC1210压阻式传感器将压力P转化为模拟电信号I进入放大器，再由89S51单片机的比较端口将其进行A/D转换，再有软件部分将我们所得的数据进行处理，最后由驱动部分将其送入显示部分进行数码显示。

从胎压信号的A/D转换到有用数据送入显示模块都少不了软件模块的强大处理功能。

本胎压计实现方案需使用单片机的Ｐ１口和Ｐ３口的一部分以及P0口因此，笔者选用了ＡＴＭＥＬ的ＡＴ８９S５１单片机，该器件与８９S５１兼容，具有２ｋＢ的可重复编程闪存，２．７Ｖ～６Ｖ的工作电压范围，１２８Ｂｙｔｅ的内部ＲＡＭ以及两个Ｉ／Ｏ口（Ｐ１，Ｐ３）、２个１６位的计数器／定时器和６个中断源，并可直接驱动ＬＥＤ输出，同时带有可编程的串行通讯口。

另外，该单片机还具有体积小，价格低等特点。

首先我们要把AT89S51单片机的内部个模块及端口进行初始化以准备各个功能模块的调用。

我们送入AT89S51单片机内的是模拟信号，因此我们需要用软件编程的方式将信号进行A/D转换，数据采集，数据处理。

2．4系统的硬件基本构架

我们设计的数字胎压计的系统基本结构图如下图所示：

显示器

微处

理

器80S51

A/D转换器

压力传感器

图2-3系统基本结构图

第３章　系统的硬件的设计

3．1　系统的硬件设计

3.1.1系统电路相关知识和原理

3.1.1.1何谓胎压

不同类型的车胎，在出厂之前都有一个标定的额定压力，这个额定压力就是胎压。

在这个压力之下，会使汽车的负载能力、驱动动力、燃料消耗量和驾驶舒适性都综合达到最优。

低于或高于这个额定压力的一定范围，都会导致轮胎故障。

常见的轮胎故障有：

温度效应故障，自然压力流失，穿刺导致的缓慢压力下降，爆胎等。

3.1.1.2如何将胎压转换成电压

知道了胎压计的原理之后，我们选购压力传感器，主要的目的是想要将胎压这个物理量转换成电压的讯号，它的工作原理是透过pump的充气、漏气来调整气体的压力。

因为压力让压力传感器内部的材料发生形变，在经过惠司登电桥后反应出相对的电压差，反过来我们也可以从其电压的变化知道当时的压力。

3.1.1.3如何将讯号表达

我们将获得的胎压讯号经由A/DConverter的转换，再将其转换后的数据显示在LED数码管上。

3.1.2系统硬件整体组成

数字胎压计由压力传感器，电磁气阀、微控制器、LED显示器等构成。

在开始测量时，打开气阀，89S51单片机将A/D转换后的数据进行存储与处理，以便得到我们需要的数据，并进行LED动态显示。

3．2硬件的设计电路图

3.2.1系统硬件电路图如下：

系统硬件电路图见附图

（1）

3.2.2系统电路图动作说明

压力通过压力传感NPC1210压力传感器将压力转换成电压信号送给

A/D转换器TLC1549，TLC1549生成的数据送入单片机89S51，经过单片机处理在LED上显示出来。

3．3　重要元件的说明

3．3．1AT89C51单片机

89S51只比89C51增加了一个看门狗功能。

89S51的其它功能可以参见89C51的资料

所以下来主要介绍89C51

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

图3-1AT89C51实物图

主要特性：

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