基于89C51的轮胎自动充气压力控制器设计.docx
《基于89C51的轮胎自动充气压力控制器设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于89C51的轮胎自动充气压力控制器设计.docx（29页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
基于89C51的轮胎自动充气压力控制器设计
单片机系统
课程设计
成绩评定表
设计课题：
基于89C51的轮胎自动充气压力控制器设计
学院名称：
专业班级：
学生：
学号：
指导教师：
设计地点：
设计时间：
指导教师意见：
成绩:
签名：
年月日
单片机系统
课程设计
课程设计名称：
基于89C51的轮胎自动充气压力控制器设计
专业班级：
学生姓名：
学号：
指导教师：
课程设计地点：
课程设计时间：
单片机系统课程设计任务书
学生
专业班级
学号
题目
基于89C51的轮胎自动充气压力控制器设计
课题性质
工程设计
课题来源
自拟
指导教师
臧海河
主要容
（参数）
利用89C51设计一种轮胎自动充气压力控制器，实现以下功能：
1．利用3位LED显示轮胎压力；
2．按下充气开关打开电磁阀开始充气；
3．当轮胎压力达到设定值时控制电磁阀关闭气源。
任务要求
（进度）
第1-2天：
熟悉课程设计任务及要求，查阅技术资料，确定设计方案。
第3-4天：
按照确定的方案设计单元电路。
要求画出单元电路图，元件
及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。
第5-6天：
软件设计，编写程序。
第7-8天：
实验室调试。
第9-10天：
撰写课程设计报告。
要求容完整、图表清晰、文理流畅、格式规、方案合理、设计正确，篇幅合理。
主要参考
资料
[1]迎新．单片微型计算机原理、应用及接口技术（第2版）[M]．：
国防工业，2004
[2]伟福LAB6000系列单片机仿真实验系统使用说明书
[3]阎石．数字电路技术基础（第五版）．：
高等教育，2006
[4]夏路易石宗义．Protel99se电路原理图与电路板设计教程．：
希望电子，2006
审查意见
系（教研室）主任签字：
年月日
1概述
1.1研究背景
信息化时代的到来，使得人们的生活速度和生活质量有了大幅度提高。
智能化的产品设计也让人们生活更加舒适。
方便、智能的产品的也得到了人们的欢迎。
如今，随着人们生活水平的提高，小汽车将成为家家户户必备的交通工具。
再加上生活节奏的加快，时间已是最宝贵的东西。
市面的充气机不但不是自动的，而且气压也是不可调的。
在人们追求方便、智能的生活体验中，市面上普通手动控制的充气机，显然已满足不了人们的需求，因此，我们就想到了设计一个智能化的充气机。
在智能化产品中，单片机的应用已经越来越广泛，单片机以它体积小、质量轻、耗电省、可靠性高、价格低等优点，开始不断发展，并广泛应用于仪器仪表、家用电器、医疗设备、航天航空领域、工业专用设备的管理及过程控制等领域，在很多的大中型的电气设备以及小型的电子产品中也用到了单片机进行控制。
1.2设计思想及基本功能
本设计就是根据人们对智能化，方便化的需求，而设计的基于单片机控制的智能化产品。
同时在选取设计方案和采用元器件方面，该系统本着简单、经济、实用的思想，尽量简化电路设计，用最简单的电路布线和选用最经济实用的器件来达到设计要求。
轮胎自动充气压力控制系统具有以下几个基本功能：
（1）能够利用按键设定充气值；
（2）能够显示设定充气压力和充气过程中轮胎动态压力；
（3）当轮胎压力达到设定值时，能自动关闭气泵停止充气。
2方案设计
2.1系统框图
根据设计方案要实现:
充气前，通过键盘上设定所要充气的气压，并能够显示设定值;数值输入完毕后,按下启动键启动充气装置开始充气，显示电路要能够显示当前轮胎的动态气压；充气到达设定的值后，系统要能够自动切断气泵的电源，停止充气的功能。
我们把本设计初步分为以下几个模块,系统框图如图2-1所示。
图2-1系统框图
2.2方案选取
有上述系统框图可知，自动充气装置由：
压力检测模块、核心控制模块、键盘模块、显示模块、充气模块等几部分构成。
以下，我们将对各模块做具体分析、设计。
2.2.1压力检测模块
方案
（一）：
采用英飞凌的SPl2压力传感器。
Infineon（英飞凌）推出的胎压传感器SPl2整合了压力，温度，惯性传感器，以及一个电源控制监测器。
SPl2的压力围从100到450kpa，通过MEMS技术集成了压力和温度、加速度、电压的检测电路，直接以数字形式输出各物理量的示值，但是价格昂贵，应用也不是十分普遍。
方案
（二）：
采用常见的电阻应变片式的压力传感器和模数转换芯片。
压力传感器其本质是利用惠斯通电桥，它具有温度特性好，温度变化带来的误差小。
利用膜片上的压力使得电桥不平衡，产生一个差动的输出信号。
这种结构的基本特性之一是它的差动输出电压U与偏置电压U成正比关系，这种关系隐含压力测量精度直接决定偏置电源的容限值，当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零。
利用压力电桥获得的压力量模拟值通过ADC0809转换后即可供单片机分析使用。
这二个方案都是基于单片机控制的，都能准确的采集获得轮胎当前压力值。
但是，前一种方案SPl2压力传感器价格昂贵，应用也不是很广；第二种方案采用压力电桥价格低、应用围广、技术成熟，而且实验室有现成的实验器材。
通过以上比较，综合个方案利弊，我们最终选用了第二种方案。
2.2.2键盘模块
方案
（一）：
利用独立按键控制，设定充气预定值和气泵的启停。
方案
（二）：
利用矩阵键盘控制，设定充气预定值和气泵的启停。
由于本设计需要设定充气预定值和气泵启停，所需要的按键较多，若采用方案一所占单片机I/O资源较多，而矩阵键盘按键多，占用I/O口少很好的满足了设计与需求。
考虑到键盘需要设置0-9十个数字和设置启、停按钮，所以我们最终选定使用3x4的矩阵键盘。
2.2.3显示模块
方案
（一）：
利用LCD显示屏显示设定值和轮胎的当前压力值。
方案
（二）：
利用七段数码管显示设定值和轮胎的当前压力值。
考虑到设计需要显示的信息量小，亮度要求高，而LCD虽然可显示容信息量大，但是可视偏转角度过小、亮度和对比度低、而且容易“坏点”寿命有限等；数码管显示无闪烁，亮度高，软件控制比较容易，功耗小耐冲击，长寿命等优点。
最终我们选用数码管作为显示工具。
2.2.3其它模块
此外，在考虑到价格低廉、使用方便、电路简单等要求，充气模块我们选用继电器驱动气泵工作；控制模块选用AT89C51作为轮胎自动充气压力控制系统的控制核心。
2.3总体方案设计
通过上述讨论我们可以看出，本设计轮胎自动充气压力控制系统是基于满足设计要求的前提并且根据理论上的可实现性和硬件上的经济实用性，综合考虑各种因素的情况下，而得来的系统方案。
方案总体构架如图2-2所示：
图2-2轮胎自动充气压力控制系统结构框图
3硬件电路设计
3.1压力检测电路
轮胎自动充气压力控制系统要根据轮胎压力当前值的大小来确定充气是否完成，需不需要关闭气泵。
因而需要使用到压力应变传感器。
电阻应变式传感器按其用途不同，可分为应变测力传感器、应变压力传感器、应变式加速度传感器等。
本设计中我们使用的是压力传感器，这种传感器主要用于对气体、液体的动态和静态的压力的测量。
如对燃机管道和动力设备管道进出、出气孔流液的压力、发动机喷口的压力等的测量。
这种传感器主要采用膜片、薄板、筒式等组成的弹性元件。
传感器所用的应变片电阻值国标准有：
60、120、350、和600等各种阻值，其中以120为最常用。
利用电桥测量原理，通过对电路输出电压和标准压强的线性关系，建立具体的数学模型，将电压量的变化改为压力的变化，即可以测出一定围的压力值。
其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。
设计还利用了运算放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，以满足A/D转换器对输入信号电平的进行各种转换处理的要求。
压力检测部分连接如图3-1所示。
图3-1压力检测电路原理图
此部分压力传感器参照了LAB6000使用说明书电路原理图，传感器的工作原理，本质上是惠斯通电桥，该电桥温度特性好。
当膜片上受到压力使得电桥不平衡，从而产生一个差动的输出信号，这种结构的基本特性之一是它的差动输出电压U与偏置电压U成正比关系，当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零，当然它也能提供一种温度补偿最通用的方法。
该电路三部分组成
（1）电源电路部分；
（2）电桥电路部分；（3）放大电路部分。
如图所示，传感器采用15V恒压源Vcc供电，经过与分压（电容C1起滤波作用），U2A起到电压跟随器的作用，所以点1、2、3三点处有相同电压:
（3.1）
根据上式，带入数据，，，求得
经过电路分析电桥部分可等效为如图3-2所示
图3-2压力传感器电桥电路
设桥臂电阻分别为，，，则当压力传感器受力时,电阻变化对应的输出电压值为，
由于<<1，则上式可化简为
（3.2）
带入电阻、电压值得Uo=0.25△R/R最后经过放大部分，压力传感器的微弱采样电压，经过放大电路输出的放大。
3.2A/D转换电路
A/D转换的作用是进行模数转换，把接收到的模拟信号转换成数字信号输出。
在选择A/D转换时，先要确定A/D转换精度、转换速度以及转换位数等，A/D转换的位数确定与整个测量控制系统所需测量控制围和精度有关，在轮胎自动充气压力控制系统中采用了8位A/D转换器ADC0809引脚如图3-3所示
图3-3ADC0809引脚图
ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D转换器。
8路模拟信号的分时采集，片有8路模拟选通开关，以及相应的通道抵制锁存用译码电路，其转换时间为100μs左右。
ADC0809的主要特性有：
（1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。
（2）具有转换起停控制端。
（3）转换时间为100μs（时钟为640kHz时），130μs（时钟为500kHz时）
（4）模拟输入电压围0～＋5V，不需零点和满刻度校准。
ADC0809主要引脚功能如下：
IN0~IN7：
八路模拟量的输入端。
D0~D7：
A/D转换后的数据输出端，为三态可控输出，可直接与总线相连。
A、B、C：
模拟通道地址选择断，A为低位，C为高位。
ALE：
地址锁存允许信号，当此信号有效时，A、B、C三位地址信号被锁存
电路选通对应的模拟输入通道。
SC：
启动转换信号。
通常与单片机的写信号线连接，启动A/D转换。
EOC：
转换结束信号，表示一次转换结束。
常作为中断触发信号。
OE：
输出允许控制信号，通常与系统的读信号线连接，打开
三态门，此时可通过数据线读到转换结果。
本系统ADC0809与单片机和压力传感器连接如图3-4所示。
图3-4单片机和压力传感器连接
如原理图所示，ADC0809的A、B、C共同接地选中第0通道，即模拟信号从IN-0输入到A/D转换器，通过单片机P2.4引脚start送出一个正脉冲，从而启动转换；转换完成后，EOC输出一个由低到高的跳变沿，经过一个非门取反变为下降沿，出发已经设置为边沿触发的I外部中断0；在中段程序过P.3引脚enable送出高电平，控制ADc0809数字量允许输出，信号经过74HC573锁存器流入P0口；通过单片机读程序，把转换后的数字读入片，进行相应操作后显示在数码管上。
3.3显示电路
本设计采用LED数码管进行显示是因为LED数码管具有以下几个优点：
（1）能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与CMOS、ITL电路兼容。
（2）发光响应时间极短（<0.1μs），高频特性好，单色性好，亮度高。
（3）体积小，重量轻，抗冲击性能好。
数码管有共阴极和共阳极两种类型，为位选端主要进行位控制，断选端
升级会员 