基于STC單片機的輪胎氣壓自動控制與報警系統設計

摘 要： 設計了基于STC89C52單片機的輪胎氣壓自動控制和報警系統，通過對TPMS系統的介紹，制定了系統運行的總體方案。根據系統的要求，完成了硬件的設計和軟件程序的編寫，主要通過壓力傳感器的變化情況反映胎壓的變化，同時能夠發出報警信號。此系統保證了輪胎的正常壓力，使汽車安全行駛。

關鍵詞： STC89C52單片機； TPMS； 報警系統； 輪胎氣壓自動控制

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）17?0109?03

0 引 言

隨著時代和科技的不斷發展，汽車的保有量逐年增長，同時也引發了一系列的安全問題。根據我國交通部門發布的最新報告，因輪胎的氣壓不足或者過多引起的爆胎事故占了將近46%。除此之外，正常的輪胎氣壓還可以提高燃油的效率。因此，對輪胎壓力的檢測是非常有必要的。

輪胎壓力檢測系統TPMS主要是對行車狀態下的輪胎氣壓的檢測，以傳感器、單片機以及無線接收器為最小系統組織，使得駕駛員隨時掌握輪胎壓力的變化情況。一旦出現意外情況，系統能夠發出報警信號，讓車內人員做好準備，有效預防爆胎，保障出行的安全。它主要分為三種類型：間接型、直接型、聲表面波測壓。間接型的系統主要依據ABS系統中轉速的變化檢測壓力變化，如果進入彎道，就無法進行檢測；直接型的系統是在輪胎內部放置傳感器，隨時觀察輪胎內部的壓力變化；聲表面波利用聲和電的轉換進行工作。

目前美國已經強制推行TPMS法規，其他國家也在逐漸實施。由于國內汽車行業的技術水平參差不齊，研究相對落后，還沒有全面的運行。鑒于此，本文設計了一種基于STC89C52單片機的直接式TPMS系統，通過傳感器檢測到的輪胎氣壓數據以無線的方式發射出去，上位機接到后在車載的顯示器顯示出來，同時能夠對輪胎的非正常狀態進行報警。

1 系統組成和方案設計

1.1 系統組成

本系統主要由輪胎模塊和接收模塊組成，兩個模塊之間通過射頻技術完成數據通信。輪胎模塊由傳感器、控制器、發射器和電池組成。胎壓傳感器芯片選擇MPXY8300A，它是由Freescale 公司推出的，能夠檢測溫度和壓力的變化，并且集成了434 MHz射頻發射器和S08 Core處理器。其具有8個引腳：S1和S0控制操作的模式；DATA和CLK引腳完成數據的交換；OUT引腳接收數據；RST用于復位；VDD，VSS表示正負電源。傳感器參數見表1。

控制器采用STC89C52單片機，其具有8位的CMOS控制器和8 KB可編程的FLASH存儲器。該單片機能夠很好對信號進行放大和整形。單片機設計的程序能夠進行觸發，當輪胎的氣壓達到設定的要求時，就會發出報警的信號以及語音提示。

電源的供電選用鋰電ER2450，是FANSO公司生產的，可靠性比較高并且具有一定的能量，額定電池的容量為1 000 mA·h，額定電壓為3.6 V。

1.2 方案設計

該方案主要利用MPXY8300A傳感器檢測輪胎氣壓和溫度的變化，這些信號得到采集后，利用微控制器處理，再把信號以434 MHz的射頻頻率發射出去。與此同時，汽車內部具備一個接收器，選擇的芯片為MC33696。這樣經過STC單片機的處理，把數據發送到液晶顯示器LCD1621，為司機提供一定的參考。系統的總體設計方案如圖1所示。

2 系統硬件設計

2.1 輪胎壓力電路設計

汽車輪胎壓力的電路主要是為了實現下位機模塊和上位機之間的相互連接。上位機是主機模塊，下位機是輪胎壓力的檢測模塊。電路的硬件包括超高頻發射器、外圍的電路以及天線等。傳感器MPXY8300A結構本身就能夠進行信號的發送，主要是MC33493的內核。它是一種功耗比較低的UHF發射器。為了保證系統的正常運行選用鋰電池，其提供的電壓范圍為1.9～3.4 V，同時還有內部振動器和外接的晶體振蕩器，為發射器提供一定的頻率參考。胎壓模塊發射電路如圖2所示。

2.2 單片機硬件電路

當系統發出信號后，STC89C52單片機對系統進行控制。可以通過鍵盤設定額定的電壓，確定報警的胎壓，其會自動采集不同的壓力值，液晶顯示器會顯示出來，超過一定的界限后，發出報警信號。該單片機電路包括存儲器、E2PROM、可編程I/O芯片以及可編程的鍵盤。單片機最小系統電路如圖3所示。

接收到的信號經過一定的轉換，通過4×4的鍵盤矩陣使其顯示出來，并通過蜂鳴器發出響聲。液晶顯示電路如圖4所示。液晶顯示器采用LCD1621，它是被動的矩陣式的模塊，可以顯示不同數字，工作的范圍比較寬，運用無線通信協議與單片機相連接。

3 系統軟件設計

系統的開發是基于Keil C51，所利用的環境是μVision 2。它提供了包括編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器在內的完整開發方案，在集成開發的環境上對各種功能進行編程。

根據上面的硬件介紹，軟件的程序包括：鍵盤的按鍵處理程序、系統參數的初始化以及數據的采集和處理、胎壓異常時的異常報警程序和報警信號的無線發射控制程序。為了防止程序不能回到程序的初始狀態，在程序中使用了Watch Dog，如圖5所示。

首先對系統進行初始化，觀察調用鍵盤的子程序并判斷是否有鍵按下。一旦有鍵按下，則執行該鍵對應的子程序，其中輪胎氣壓的標準值和采樣參數的設定值就是由該子程序執行。如果沒有鍵按下，可以直接進入采樣程序；這樣就可以判斷采樣值與設定的標準值是否一致。如果發現系統異常，則執行報警的子程序；Watch Dog能夠及時防止程序跑飛，最后調用鍵盤的子程序，如此循環執行，保證系統的正常運行。

此外，系統還運用了無線通信協議，使得數據以數據幀的格式傳輸，主要分為二進制和ASCII的方式。為了避免多個發射模塊同時向接收器發送數據，造成數據沖突而丟失數據，選擇在每個隨機時間間隔內發送多個數據幀。當單片機上電之后，首先進行初始化，對各個需要的模塊進行一定的設置，系統就會檢測放大和整形之后的信號，并對不同信號的性能進行計算，根據計算結果，判定是壓力正常還是欠壓，進而完成報警燈的顯示。

當車輛啟動后，內嵌的MPXY8300A 完成壓力值的檢測。如果達到一定值時，壓力監測模塊根據值的變化，判斷其是否在額定值范圍內。系統運用發射模塊把采集的信號發射出去，胎壓模塊軟件編程函數部分為：_RESET_WATCHDOG（）；Enable Interrupts； SOPT1=0x33。

收集到的信號經過處理，在液晶顯示模塊 LCD1621上可以看到值的變化。根據要求設計程序控制驅動蜂鳴器，并能選擇2 kHz和4 kHz兩種振動頻率，發出不同的報警聲音。一旦系統檢測到輪胎氣壓處于非正常狀態時，液晶顯示模塊就會顯示輪胎的當前狀態數據，并發出蜂鳴報警音，提醒駕駛員及時檢查輪胎故障原因，并排除事故隱患，編寫代碼命令為： #define DAT 1；#define COM 0；sbit CS=P3^1；sbit RW= P3^2；sbit DA=P3^0。

4 結 語

本文介紹了一種基于STC系列單片機的直接式的輪胎壓力監測系統。首先根據系統的要求設計了系統運行的方案，然后從硬件和軟件進行設計，同時進行數據處理和實時控制，并能夠根據輪胎壓力的變化發出報警信號。此種監測系統裝置簡單，經過測試，達到了系統的要求，具有一定的推廣意義。

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