基于STC12LE5A60S2單片機的負氣壓平衡儀系統設計

候昭壘　白洪彥

摘 要：為了滿足對負壓平衡性檢測的需求，文章提出了一種基于STC12LE5A60S2的負壓平衡性的檢測系統設計方案，并完成了該系統的檢測和顯示設計。該系統的檢測部分主要由四個定制的負氣壓傳感器采集負氣壓輸入信號，顯示部分采用了4.3英寸的TFT液晶屏，通過顯示對應的柱狀圖來表征各路壓力的平衡性。實際應用表明，該系統具有操作簡便、測試準確、顯示直觀的特點，達到了設計要求。

關鍵詞：負氣壓；平衡儀；STC12LE5A60S2；壓力輸入；顯示直觀

引言

自汽車誕生以來，汽車維修業便一直伴隨著汽車工業的發展而成長。汽車維修業已成為交通運輸業必不可少的服務性支柱與保障。近年來，汽車科技和電子技術的迅猛發展使得汽車電子化的進程日益加快。各種高新技術的出現對提高汽車的安全性、平順性、可靠性和舒適性等各項技術性能起到了極大的促進作用。與此同時，與之關系緊密的汽車維修業也受到前所未有的壓力和挑戰。最終，相應的高新技術將汽車維修行業的方方面面武裝起來，從而推動汽車維修業的發展進步[1]，這使得以高科技為核心的汽車電子行業蓬勃發展。為了快速直觀的檢測汽車氣缸負壓的平衡性，文章基于宏晶單片機科技有限公司的STC12LE5A60S2單片機[2]結合定制的壓力傳感器HM9100[3]和4.3英寸TFT彩色液晶屏提出了負氣壓平衡儀系統（以下簡稱“平衡儀系統”）設計方案。經實際檢測與試驗，該系統能夠精確檢測汽車氣缸負氣壓的平衡性。

1 系統需求分析

為滿足采集汽車氣缸四個負氣壓檢測口同時檢測其負壓的平衡性的要求，必須采用四個定制的負氣壓傳感器同時接在汽車四個負氣壓接口位置，并保證四個傳感器與汽車氣缸的距離相等。結合STC12LE5A60S2、HM9100壓力傳感器和4.3寸TFT液晶屏的電氣特性，經過分析得到STC12LE5A60S2的輸入/輸出信號共分為以下兩部分：4路來自HM9100的輸入模擬信號和21路的輸出顯示信號，其中包括8路液晶屏行信號，8路液晶屏列信號，1路行選信號，1路列選信號，1路復位信號，1路寫控制信號，1路讀控制信號和1路復位控制信號。

2 系統總體設計

該系統結構中，4路模擬信號采集接口電路負責采給外部壓力傳感器提供5V工作電壓并采集外部傳感器的模擬電壓信號輸入，4路模擬信號電壓跟隨電路對采集到的模擬電壓信號進行跟隨和放大信號電流，再經過4路模擬信號電壓轉換電路把采集到的0V～4.9V線性地轉換到0～2.45V后輸入到STC單片機的ADC采集IO口上，STC單片機采集并計算輸入的模擬電壓信號后輸出到4.3寸TFT液晶屏上以柱狀圖的高度來顯示各路電壓信號的大小以供比較參考。對于12V到5V的電壓轉換電路，文章設計采用了CTY78L05三端穩壓芯片；對于12V到3.3V的電壓轉換電路，文章設計采用了LM2576S-3.3電壓轉換芯片。

3 系統硬件電路設計

3.1 系統核心部分電路設計

該系統的設計核心部分采用宏晶科技的STC12LE5A60S2單片機，該單片機具有但不限于以下性能及特點[2]：

高速：1個時鐘/機器周期，增強型8051內核，速度比普通8051快6-12倍；寬電壓：2.1-3.6V；低功耗設計：空閑模式（可由任意一個中斷喚醒）；工作頻率：0～35MHz，相當于普通8051的0-420MHz；60K字節片內Flash程序存儲器，擦寫次數10萬次以上；1280字節片內RAM數據存儲器；大容量片內EEPROM功能，擦寫次數10萬次以上；ISP/IAP，在系統可編程/在應用可編程，無需編程器/仿真器；8通道10位高速ADC，速度可達25萬次/秒，2路PWM還可作2路D/A使用；2個16位定時器（兼容普通8051定時器T0/T1），2路PCA可再實現2個定時器；硬件看門狗（WDT）；雙串口，全雙工異步串行口（UART），兼容普通8051串口，分時復用可作3組使用； 先進的指令集結構，兼容普通8051指令集，有硬件乘法/除法指令；通用I/O口（PLCC44封裝）40個。

STC12LE5A60S2的引腳分布，文章系統設計使用該單片機的P1.0-P1.3口的第二功能即ADC0～ADC3做模擬電壓信號的采集和轉換，使用P0口做液晶屏列選數據線，使用P2口做液晶屏行選數據線，使用P1.4、P1.5、P1.6、P3.6及P3.7做液晶屏的時序及讀寫控制數據線，P3.0/RxD和P3.1/TxD做在線編程下載接口，采用外部高速晶體振蕩時鐘電路[4]。

3.2 系統電壓轉換電路設計

系統供電電壓為12V，需要經過電壓轉換后才能供給STC單片機、TFT液晶屏和傳感器接口使用。此外，還需要把傳感器的輸入電壓經過線性變換成0-3.3V范圍以內的電壓后才能接入到單片機的ADC采集接口。

4 系統硬件編程設計

結合系統硬件電路設計，在Keil uVision 3開發環境下對51單片機進行編程以實現所需要的采集和顯示功能。

負氣壓平衡儀系統中的單片機自系統上電初始化后檢測模擬信號輸入，等待ADC接口的中斷。如果有模擬信號輸入觸發ADC接口中斷，則系統采集壓力傳感器的電壓，經過計算電壓對應的液晶屏像素高度后在液晶屏上用柱形顯示，然后觀察比較四個柱形高度即可判斷汽車氣缸的四個氣壓檢測口是否平衡。

5 實驗應用

該平衡系統用于某型汽車氣缸的負氣壓平衡性檢測。在進行測試時，首先把四個定制的負氣壓傳感器通過同等長度的橡膠軟管連接到氣缸負壓檢測接口，把四個傳感器按照預定的順序和編號連接到系統電路板的信號采集接口，然后給系統電路板上電，液晶屏點亮后啟動汽車，觀察并比較液晶屏上對應的柱形的高度，將得到的結果與汽車4S維修內檢修系統的結果進行比較。如果比較結果不正確，需要進行ADC值轉換校準后重新進行檢測。通過實際應用發現，該平衡系統測試結果準確、穩定可靠、顯示直觀易懂。

6 結束語

該平衡系統采用具有10位高速AD采集轉換的STC12LE5A60

S2單片機作處理器，并采用模塊化設計思想，提高了系統的可靠性和維護性。該平衡系統已用于某汽車4S維修店內汽車氣缸負氣壓平衡性測試，實際應用表明該測試系統具有測試準確、穩定可靠、結果顯示直觀易懂等特點，達到了設計要求。

參考文獻

[1]萬睿哲，莊建峰.汽車維修發展趨勢[J].汽車運用，2012（5）：31.

[2]姚永平，等.STC12C5A60S2系列單片機指南[Z].2013.

[3]張錕，劉鐵輝.深圳恒敏傳感科技有限公司HM9100規格書[Z].