基于单片机的汽车轮胎胎压监测系统的设计与实现【全套资料】【汽车车辆专业】

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基于单片机的汽车轮胎胎压监测系统的设计与实现

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关键词：: 基于单片机汽车轮胎监测系统设计实现全套 cad 图纸毕业论文汽车车辆专业

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摘要

随着社会经济和科学技术的发展，公路交通已经成为关系国民经济命脉和社会、经济发展的重大系统，但随之而来的交通事故给人的生命安全和经济发展造成了重大损失。爆胎是引起交通事故的主要原因，保持标准的车胎气压行驶是防止爆胎的关键，胎压检测系统(TPMS)是由此应运而生的一项汽车安全防范系统。胎压检测系统主要用于汽车行驶过程中对汽车胎压与温度的实时检测，当出现异常状态时进行报警，从而保障驾乘者的行车安全。本课题研究的目的是开发一种用于机动车辆上的无线胎压检测系统。
本文提出了一种基于无线技术的胎压检测系统方案，给出了系统总体结构框图，阐述了系统硬件电路和各模块软件的设计方法。硬件设计综合运用了检测技术、单片机技术及无线通信技术，其中发射模块能实时检测、处理轮胎的压力和温度参数，并运用无线方式将处理后的数据传输到接收模块；接收模块能校验数据并显示结果，用以告知驾驶员各个轮胎的情况。软件设计包括发射模块和接收模块两部分，具体为发射模块和接收模块的初始化、数据测量及处理，发射及接收程序。

关键词：胎压检测系统；无线通信技术；传感器；射频收发；C语言

ABSTRACT

With the socio．economic and science and technology development，road traffic has become the major system of the national economy and the social，economic development，however,traffic accidents following resulted in significant losses about the lives and safety of people and economic development．Puncture is the main cause of traffic accidents，keep driving in standards tire pressure is the key to prevent puncture，Tire pressure detection system(TPMS)which bom as a car security system．Tire pressure monitoring system is mainly used for real-time tire pressure and temperature monitoring in the process of driving to protect the occupants of the driving safety when the abnormal state of alarm．The purpose of this research is to develop a wireless RF transmission tire pressure monitoring system which used in motor vehicle．
This paper proposed a wireless technology based on the fire pressure monitoring systems programs，gave the overall system design block diagram and explain the system hardware circuit design and software design of the modules．Hardware circuit mainly uses sensor detection technology,single-chip technology and wireless communication technology,transmitter module can detect，deal with the tire pressure and temperature parameters real—time，and transmitted data processed to the receiver module use the way of wireless．Receiver module cail calibration data and display the result to inform the driver of the situation of all tires．Software design contains transmitter module and receiver module，specific for transmitter module and receiver module initialization，data measurement and processing，send and receive procedures．

Key words：tire pressure monitoring system，wireless communication technology
sensor,anti-jamming，RF transceiver，C language

摘要 I
ABSTRACT II
第1章绪论 1
1.1选题的背景 1
1.2 课题的目的及意义 3
1.3 课题主要工作 4
第2章系统整体方案设计 5
2.1 系统设计要求 5
2.2 系统设计方案 5
2.2.2 发射模块 6
2.2.2 接收模块 6
2.3 元器件选择 6
2.4 关键技术研究 7
2.4.1 频率选择 7
2.4.2 信号编码方式 7
2.4.3 轮胎定位技术 8
2.5 本章小结 8
第3章发射模块的设计 9
3.1传感器单元的硬件电路设计 9
3.1.1 DS18B20工作方式 9
3.1.2 ADC0809工作方式 10
3.1.3 DS18B20温度检测程序 13
3.2发射单元的硬件电路设计 17
3.2.1 发射单元控制电路 17
3.2.2 发射单元发射电路 18
3.3发射模块的软件设计 18
3.3.1 编程工具选用 19
3.3.2编程语言及开发软件的选用 19
3.3.3通信协议 19
3.3.4软件设计 21
3.4 本章小结 25
第4章接收模块的设计 27
4.1接收模块的硬件电路设计 27
4.1.1射频接收单元的硬件电路设计 27
4.1.2射频接收单元工作方式 29
4.1.3显示报警单元电路设计 35
4.1.4蜂鸣器报警单元电路设计 35
4.1.5电源单元设计 36
4.2接收模块的软件设计 36
4.3 本章小结 40
第5章系统测试 41
5.1 概述 41
5.2 信号实时传输显示测试 41
5.3 温度超过预警值报警测试 42
5.4 模拟压力超过预警值报警测试 43
5.5 模拟压力和温度超过预警值报警测试 43
5.6 本章小结 44
结论 45
参考文献 46
致谢 47
附录 48

第1章绪论

1.1选题的背景
本世纪初，由于凡世通(Firestone)轮胎的质量问题，造成了超过100人死亡和400人受伤，此事引起了业界和美国政府的高度关注，普利斯通、凡世通公司被迫收回650万只轮胎。据美国汽车工程师学会最近的调查，美国每年有26万交通事故是由于轮胎压力低或渗漏造成的，此外，每年75％的轮胎故障是出于轮胎渗漏或充气不足引起的。由于每年造成巨大的经济损失，美国政府要求汽车制造商加速发展胎压检测系统(Tire Pressure Monitoring System，简称TPMS)，以减少轮胎事故的发生。
近年来汽车电子产品得到了飞速发展，并已经形成了独立的汽车电子产业。汽车轮胎压力监视系统是一项集先进传感器技术、无线通讯技术、信息处理实时测控技术、嵌入式系统应用技术等于一体的高新技术汽车电子产品。TPMS实时的对汽车轮胎气压进行自动监测，对轮胎漏气，低气压，气压过高及温度过高等轮胎状况进行预警，以保障汽车行驶安全。
目前TPMS主要有两种实现方式：直接TPMS和间接TPMS。间接TPMS是与车辆的防抱死系统(ABS)一起使用的。ABS采用车轮转速传感器测量每个车轮的转速。当一个轮胎的气压减小时，滚动半径就减小，而车轮的旋转速度就相应地加快。指示灯会提示司机，有一个轮胎处于低压状态。但是，间接TPMS有一定的局限性。第一是指示灯无法指出是哪个轮胎处于低压状态。第二，当同一车轴或同一侧的两个轮胎都处于低压状态时，它无法检测出究竟是哪个轮胎充气不足。第三，如果所有四个轮胎都处于低压状态，该系统不会发现这一故障。另外，气压不足时轮胎直径的减少和气压的降低非常微小。对于薄胎来说，69kPa的压降只会使轮胎直径减小1 m m 。这种压降不符合美国的最终判定规则所规定的25%原则，采用间接方法进行检测在很大程度上依赖于轮胎和负载因子。直接TPMS采用固定在每个车轮中的压力传感器直接测量每个轮胎的气压。然后，这些传感器会通过发送器将胎压数据发送到中央接收器进行分析，分析结果将被传送至安装在车内的显示器上。显示器的类型和当今大多数车辆上装配的简单的胎压指示器不同，它可以显示每个轮胎的实际气压，甚至还包括备用轮胎的气压。因此，直接TPMS可以连接至显示器，告诉司机哪个轮胎充气不足。由于直接TPMS可直接测量每个轮胎的气压，因此当任何一个或几个轮胎处于低压状态时，它们都会被检测出来，当车辆的所有四个轮胎都处于低压状态时也可以检测到。直接TPMS也可检测到较小的压降。有些系统甚至可以检测到7 kPa的压降。
国外对于TPMS系统的研究起步较早，20世纪70年代末欧洲的一些发达国家就开始对轮胎气压监测系统进行研究。英国Lucas公司早在1981年就推出了驾驶室设置接受器和每个车轮均有传感器的装置模型。随后，C．RK公司和Marketing公司也相继开发出了自己的产品，基本结构是由传感器、信号发生器和接收器三

内容简介：: SY-025-BY-2毕业设计（论文）任务书学生姓名张龙飞系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程07-8指导教师姓名范德会职称副教授从事专业计算机应用是否外聘是否题目名称基于单片机的汽车轮胎胎压监测系统的设计与实现一、设计（论文）目的、意义随着世界经济的不断发展，基础投资的不断加大，以及公路设施的改善和高速公路里程的迅速增加，公路交通的平均车速有了很大提高。但同时交通事故尤其是爆胎事故、追尾事故也相应增加，给人民的生命财产造成重大损失。交通安全已成为国家和个人越来越关注的重点。据统计，轮胎爆胎的原因有：轮胎压力过高、轮胎漏气、轮胎温度异常升高、轮胎松动、掉胎，而追尾事故的主要原因有前方车辆爆胎失控、视线不好，看不清前方车辆的刹车信号、不能提前获知前方有事故车辆。这些问题大部分都可以通过轮胎胎压检测系统解决，这就决定了轮胎胎压检测系统在公路交通中起着极其重要的作用，应用轮胎胎压检测系统可大大减少交通事故的发生，保障汽车行驶的安全。二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）设计内容：设计一个小型汽车轮胎胎压监测系统,该系统采用直接式胎压监测的方法，硬件主要包括以下四大模块:单片机主控模块、传感器模块、报警模块和显示模块。其中单片机主要完成外围硬件的控制以及一些运算功能; 传感器完成信号的采样功能;报警模块主要负责声音报警和灯光报警;显示模块完成字符、数字的显示功能。系统软件主要由主程序、监测胎压、温度子程序、报警子程序、显示子程序等模块组成。系统接通电源后进行初始化，然后胎压监测程序启动，连续监测轮胎的压力及其温度，当轮胎压力或温度小于设定的报警值时，在LED显示器上显示。当数值大于报警值，报警灯闪烁、喇叭鸣响，同时显示器显示当前的压力及其温度，提醒司机进行相应处理。技术要求：通过室内试验证明，一般认为气压提高25%，轮胎寿命将会降低15%20%；气压降低25%，寿命大约降低30%。一般轿车的轮胎正常气压值在210kPa左右，多座位商务车在240kPa左右为宜。此外，汽车轮胎温度越高，轮胎的强度越低，变形越大(一般不能超过80，当温度达到95时，轮胎的情况非常危险)，每升高1，轮胎磨损就增加2%，行驶速度每增加一倍，轮胎行驶里程将降低50%。因此，本系统告警值设定为胎压158KPa和262KPa，温度小于80。研究方法：系统设计方法采用先搭建系统硬件电路，然后进行系统软件设计。硬件电路需要进行传感器的选取及其设定、单片机的选取、显示电路及其报警电路的设计。软件设计主要包括胎压监测模块、显示模块、报警模块及其主模块的设计。三、设计（论文）完成后应提交的成果形成可演示的轮胎胎压监测系统及其系统设计说明书。四、设计（论文）进度安排2011.3.12011.3.11 查阅文献、撰写开题报告2011.3.122011.3.27 系统总体设计2011.3.282011.4.13 系统硬件设计2011.4.142011.5.1 系统软件设计2011.5.22011.5.10 系统测试2011.5.112011.5.31 撰写系统设计说明书五、主要参考资料1 曾星星,钟海,杨朝阳. LM2068R液晶显示模块在汽车胎压监测系统中的应用J. 湖北汽车工业学院学报,2010,24(1): 70-722 肖文,凌玉华,廖力清. 基于智能传感器MPXY8320A的TPMS系统设计J. 单片机与嵌入式系统应用,2010,(3):59-643 张淑芳,田丽,夏新运,李玲纯. TPMS设计方案的思考J. 电子技术,2009,(8):64-654 徐道连,游颖敏,刘泽奎,黄文龙. 一种新型嵌入式汽车胎压监测系统J. 重庆工学院学报,2008,22(11):1-35 臧怀泉,田超,赵保军. 嵌入式汽车轮胎气压监测系统设计J. 北京理工大学学报, 2008,28(10):870-874六、备注指导教师签字：年月日教研室主任签字：年月日毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目: 基于单片机的汽车轮胎胎压监测系统的设计与实现院系名称: 汽车与交通工程学院专业班级: 车辆工程07-8 学生姓名: 张龙飞导师姓名: 范德会开题时间: 指导委员会审查意见：签字：年月日开题报告撰写要求一、“开题报告”参考提纲1. 课题研究目的和意义；2. 文献综述（课题研究现状及分析）；3. 基本内容、拟解决的主要问题；4. 技术路线或研究方法；5. 进度安排；6. 主要参考文献。二、“开题报告”撰写规范请参照黑龙江工程学院本科生毕业设计说明书及毕业论文撰写规范要求。字数应在4000字以上，文字要精练通顺，条理分明，文字图表要工整清楚。毕业设计（论文）开题报告学生姓名张龙飞系部汽车工程系专业、班级车辆07-8指导教师姓名范德会职称副教授从事专业计算机应用是否外聘是否题目名称基于单片机的汽车轮胎胎压监测系统的设计与实现一、课题研究现状、选题目的和意义（一)、研究现状近年来汽车电子产品得到了飞速发展，并已经形成了独立的汽车电子产业。汽车轮胎压力监视系统（Tire Pressure Monitoring System，TPMS）是一项集先进传感器技术、无线通讯技术、信息处理实时测控技术、嵌入式系统应用技术等于一体的高新技术汽车电子产品。TPMS实时的对汽车轮胎气压进行自动监测，对轮胎漏气，低气压，气压过高及温度过高等轮胎状况进行预警，以保障汽车行驶安全。目前TPMS主要有两种实现方式：直接TPMS和间接TPMS。间接TPMS是与车辆的防抱死系统(ABS)一起使用的。ABS采用车轮转速传感器测量每个车轮的转速。当一个轮胎的气压减小时，滚动半径就减小，而车轮的旋转速度就相应地加快。指示灯会提示司机，有一个轮胎处于低压状态。但是，间接TPMS有一定的局限性。第一是指示灯无法指出是哪个轮胎处于低压状态。第二，当同一车轴或同一侧的两个轮胎都处于低压状态时，它无法检测出究竟是哪个轮胎充气不足。第三，如果所有四个轮胎都处于低压状态，该系统不会发现这一故障。另外，气压不足时轮胎直径的减少和气压的降低非常微小。对于薄胎来说，69kPa(10psi)的压降只会使轮胎直径减小1 m m 。这种压降不符合美国的最终判定规则( F i n a lRuling)所规定的25%原则，采用间接方法进行检测在很大程度上依赖于轮胎和负载因子。直接TPMS采用固定在每个车轮中的压力传感器直接测量每个轮胎的气压。然后，这些传感器会通过发送器将胎压数据发送到中央接收器进行分析，分析结果将被传送至安装在车内的显示器上。显示器的类型和当今大多数车辆上装配的简单的胎压指示器不同，它可以显示每个轮胎的实际气压，甚至还包括备用轮胎的气压。因此，直接TPMS可以连接至显示器，告诉司机哪个轮胎充气不足。由于直接TPMS可直接测量每个轮胎的气压，因此当任何一个或几个轮胎处于低压状态时，它们都会被检测出来，当车辆的所有四个轮胎都处于低压状态时也可以检测到。直接TPMS也可检测到较小的压降。有些系统甚至可以检测到7 kPa(1.0psi)的压降。国外对于TPMS系统的研究起步较早，20世纪70年代末欧洲的一些发达国家就开始对轮胎气压监测系统进行研究。英国Lucas公司早在1981年就推出了驾驶室设置接受器和每个车轮均有传感器的装置模型。随后，CRK公司和Marketing公司也相继开发出了自己的产品，基本结构是由传感器、信号发生器和接收器三部分组成，传感器安装在轮辋上，直接检测轮胎的内压。德国Doduco公司研制的Primac系统，可以同时监测轮胎的压力和温度。德国Wabeo公司和Bosch公司在1989年推出了利用ABS(制动防抱死系统)传感器监测轮胎压力的新装置。wabCO系统由一个32通道的控制阀和一个与轮胎气门嘴相接的气缸组成，当轮胎气压变化时，气缸活塞使ABS传感器信号发生变化，与ABS共用一个电子控制单元。Bosch公司的汽车轮胎压力监测系统由装在轮辋上的压力传感器、带有显示器的电子部件和高频收发机三部分组成，与ABS一起工作，已经开始成批量的装载汽车上。英国SP公司研制的DWS系统(漏气报警系统)，可以把轮胎压力降低的信号通知驾驶员，系统利用ABS传感器测量轮胎的滚动半径，通过计算程序监测轮胎气压。国外因立法较早，其开发生产的TPMS已经相当成熟，能够经受57万公里的使用测试。主要生产商有加拿大斯马轮胎设备(SmarTire Systems)公司，固特异轮胎橡胶公司，米其林集团公司，诺基亚轮胎公司，日本横滨公司等。现在国外的TPMS的研发重点在于开发无源的TPMS，如采用SAW这类无源器件的频率变化来监测轮胎压力的变化。日本阿尔卑斯电气公司开发的不需电池的汽车轮胎气压监测系统最近通过有关试验验证，符合欧洲及美国的电磁波相关法律规定，今后将以行驶条件及轮胎种类等因素的影响为中心进行评测，计划在欧美、日本等地进行实地试验，2004年8月开始提供样品，2006年投入批量生产。国内对于TPMS的研究起步较晚，只是近几年才开始进行研究。最新的中华人民共和国国家标准“机动车运行安全技术条件”中的安全防护装置条款中规定：“车长大于6m的长途客车和旅游客车、最大设计总质量大于12000kg的载货汽车和载货牵引车应安装轮胎压力报警装置；有关部分机动车应安装轮胎压力报警装置的要求，自本标准发布之日起第25个月开始对新注册车实施”。可见我国政府已经开始重视汽车轮胎气压监测设备的发展和应用。现在国内有许多汽车配件商开始代理销售国外的TPMS系统。在上海和重庆及广东等地有几家公司开始投入生产并销售TPMS，典型产品如：上海泰好电子科技有限公司的“泰好”牌TPMS-204型汽车轮胎压力监测器，重庆三信电子有限公司的TPMSS1R4A轮胎压力监测显示系统，福州东球金口哨轮胎防爆有限公司的“金口哨汽车轮胎漏气报警哨”，上海保隆工贸有限公司的“迪吉泰”轮胎气压监测系统，佛山市安力信科技有限公司“泰杰”牌TPM系列轮胎气压监测系统等。吉林大学、北京理工大学、郑州大学、清华大学、上海交通大学、哈尔滨工业大学等高校都有学者对直接型TPMS相关技术进行理论研究，设计出了一系列方案，也有一些监测报警装置申报了专利。但是，国内厂家生产的TPMS基本是靠引进国外公司轮胎压力监测系统开发平台及生产线，核心技术都掌握在国外厂家手中，基本没有自主知识产权可言。目前国内的TPMS系统问题不少：安装繁琐、影响美观、整车厂难以配装；不能设定标准胎压，无法保障轮胎合理使用：射频效率、编码纠错性能差、在恶劣环境下漏报严重；能耗较高，不能达到TPMS系统应有的使用寿命要求；成本高昂，检测范围小，产品通用性不高。TPMS在中国的研究刚刚开始起步。高校及科研院所方面，吉林大学孙宏伟对现有F费scale方案进行了研究，提出了针对Ftcaale传感器MPXY8020A的温度补偿算法；合肥工业大学沈俊峰提出了以SPl2传感器，PICl6F683处理器，以及T5754射频发射器构成的轮胎压力检测方案12j；燕山大学张启中通过分析轮速传感器脉冲数相对差值的影响因素和影响规律，提出了基于脉冲数互比法气压异常报警系纠”；浙江大学，屯子科技大学，中国科学院上海微系统与信息技术研究所等也有学者对TPMS进行了类似的理论研列”。（二）、选题的目的、意义目的：随着世界经济的不断发展，基础投资的不断加大，以及公路设施的改善和高速公路里程的迅速增加，公路交通的平均车速有了很大提高。但同时交通事故尤其是爆胎事故、追尾事故也相应增加，给人民的生命财产造成重大损失。交通安全已成为国家和个人越来越关注的重点。在汽车的高速行驶中，轮胎故障是所有驾驶者最为担心和最难预防的，也是突发性交通事故发生的重要原因。在高速公路上行驶时一旦爆胎，驾驶员思想准备不充分极易造成车辆侧滑和不规则翻滚，轻则撞护栏，重则与其他行使车辆发生碰撞甚至车毁人亡，后果不堪设想。据统计，轮胎爆胎的原因有：(1)轮胎压力过高；(2)轮胎漏气；(3)轮胎温度异常升高；(4)轮胎松动、掉胎。而追尾事故的主要原因有：(1)前方车辆爆胎失控；(2)视线不好，看不清前方车辆的刹车信号；(3)不能提前获知前方有事故车辆。因此实时监测轮胎气压和温度的变化，保持汽车在标准的轮胎气压下行驶是防止爆胎的关键。汽车轮胎压力监测系(TPMS)的主要作用就是在汽车行驶时，对轮胎气压进行实时自动监测，对轮胎漏气和低气压进行报警，是驾车者、乘车人的生命安全保障预警系统。安装轮胎压力监测系统能有效地防止轮胎在非正常气压下长时间行驶，提高汽车的主动安全性。意义：保持正常的轮胎气压，不仅可以延长轮胎的使用寿命，减小滚动阻力，还可减少油耗，提高车辆的使用经济性，而且可以大大提高汽车的行驶安全性。汽车轮胎压力监测系统是驾车者、乘车人的生命安全保障预警系统，将是一个永恒的主题，必将成为未来汽车必备的主动安全保障系统之一。汽车电子技术的不断发展使汽车上安装了越来越多的传感器，这将促进TPMS的发展，使其技术更加成熟，性能更加稳定，并且它的模块将向高度集成化、单一化、无线无源化方面发展。二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题基本内容：设计一个小型汽车轮胎胎压监测系统,该系统采用直接式胎压监测的方法，硬件主要包括以下四大模块:单片机主控模块、传感器模块、报警模块和显示模块。其中单片机主要完成外围硬件的控制以及一些运算功能; 传感器完成信号的采样功能;报警模块主要负责声音报警和灯光报警;显示模块完成字符、数字的显示功能。系统软件主要由主程序、报警子程序、显示子程序等模块组成。系统接通电源后进行初始化，然后胎压监测程序启动，连续监测轮胎的压力及其温度，当轮胎压力或温度超出设定的报警值时，在LED 显示器上显示。当数值大于报警值，报警灯闪烁、喇叭鸣响，同时显示器显示当前的压力及其温度，提醒司机进行相应处理。拟解决的主要问题：（1）：传感器、单片机及显示元件、报警元件的选取并连接电路。（2）：进行监测模块、显示模块、报警模块及其主模块的程序编写。（3）：将软件和硬件组装并测试。三、技术路线（研究方法）收集国内国外有关TPMS系统研究的资料传感器的选取和设定单片机的选取显示电路的设计报警模块的设计胎压监测模块程序编写显示模块程序编写报警模块程序编写主模块程序编写完成设计说明书四、进度安排2011.3.1 2011.3.11 查阅文献、撰写开题报告2011.3.122011.3.27 系统总体设计2011.3.282011.4.13 系统硬件设计2011.4.142011.5.1 系统软件设计2011.5.2 2011.5.10 系统测试2011.5.112011.5.31 撰写系统设计说明书五、参考文献1 曾星星,钟海,杨朝阳. LM2068R液晶显示模块在汽车胎压监测系统中的应用J. 湖北汽车工业学院学报,2010,24(1): 70-722 肖文,凌玉华,廖力清. 基于智能传感器MPXY8320A的TPMS系统设计J. 单片机与嵌入式系统应用,2010,(3):59-643 张淑芳,田丽,夏新运,李玲纯. TPMS设计方案的思考J. 电子技术,2009,(8):64-654 徐道连,游颖敏,刘泽奎,黄文龙. 一种新型嵌入式汽车胎压监测系统J. 重庆工学院学报,2008,22(11):1-35 臧怀泉,田超,赵保军. 嵌入式汽车轮胎气压监测系统设计J. 北京理工大学学报, 2008,28(10):870-874六、备注指导教师意见：签字：年月日本科学生毕业设计基于单片机的汽车轮胎胎压监测系统的设计与实现系部名称：汽车与交通工程学院专业班级：车辆工程07-8班学生姓名：张龙飞指导教师：范德会职称：副教授黑龙江工程学院二一一年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeDesign and Implemtation of Tire Pressure Detection System based on SCMCandidate：Zhang LongfeiSpecialty：Vehicle engineeringClass： 07-8Supervisor：Associate Prof. FanDehuiHeilongjiang Institute of Technology2011-06Harbin黑龙江工程学院本科生毕业设计摘要随着社会经济和科学技术的发展，公路交通已经成为关系国民经济命脉和社会、经济发展的重大系统，但随之而来的交通事故给人的生命安全和经济发展造成了重大损失。爆胎是引起交通事故的主要原因，保持标准的车胎气压行驶是防止爆胎的关键，胎压检测系统(TPMS)是由此应运而生的一项汽车安全防范系统。胎压检测系统主要用于汽车行驶过程中对汽车胎压与温度的实时检测，当出现异常状态时进行报警，从而保障驾乘者的行车安全。本课题研究的目的是开发一种用于机动车辆上的无线胎压检测系统。本文提出了一种基于无线技术的胎压检测系统方案，给出了系统总体结构框图，阐述了系统硬件电路和各模块软件的设计方法。硬件设计综合运用了检测技术、单片机技术及无线通信技术，其中发射模块能实时检测、处理轮胎的压力和温度参数，并运用无线方式将处理后的数据传输到接收模块；接收模块能校验数据并显示结果，用以告知驾驶员各个轮胎的情况。软件设计包括发射模块和接收模块两部分，具体为发射模块和接收模块的初始化、数据测量及处理，发射及接收程序。关键词：胎压检测系统；无线通信技术；传感器；射频收发；C语言ABSTRACTWith the socioeconomic and science and technology development，road traffic has become the major system of the national economy and the social，economic development，however,traffic accidents following resulted in significant losses about the lives and safety of people and economic developmentPuncture is the main cause of traffic accidents，keep driving in standards tire pressure is the key to prevent puncture，Tire pressure detection system(TPMS)which bom as a car security systemTire pressure monitoring system is mainly used for real-time tire pressure and temperature monitoring in the process of driving to protect the occupants of the driving safety when the abnormal state of alarmThe purpose of this research is to develop a wireless RF transmission tire pressure monitoring system which used in motor vehicleThis paper proposed a wireless technology based on the fire pressure monitoring systems programs，gave the overall system design block diagram and explain the system hardware circuit design and software design of the modulesHardware circuit mainly uses sensor detection technology,single-chip technology and wireless communication technology,transmitter module can detect，deal with the tire pressure and temperature parameters realtime，and transmitted data processed to the receiver module use the way of wirelessReceiver module cail calibration data and display the result to inform the driver of the situation of all tiresSoftware design contains transmitter module and receiver module，specific for transmitter module and receiver module initialization，data measurement and processing，send and receive proceduresKey words：tire pressure monitoring system，wireless communication technologysensor,anti-jamming，RF transceiver，C languageII目录摘要IABSTRACTII第1章绪论11.1选题的背景11.2 课题的目的及意义31.3 课题主要工作4第2章系统整体方案设计52.1 系统设计要求52.2 系统设计方案52.2.2 发射模块62.2.2 接收模块62.3 元器件选择62.4 关键技术研究72.4.1 频率选择72.4.2 信号编码方式72.4.3 轮胎定位技术82.5 本章小结8第3章发射模块的设计93.1传感器单元的硬件电路设计93.1.1 DS18B20工作方式93.1.2 ADC0809工作方式103.1.3 DS18B20温度检测程序133.2发射单元的硬件电路设计173.2.1 发射单元控制电路173.2.2 发射单元发射电路183.3发射模块的软件设计183.3.1 编程工具选用193.3.2编程语言及开发软件的选用193.3.3通信协议193.3.4软件设计213.4 本章小结25第4章接收模块的设计274.1接收模块的硬件电路设计274.1.1射频接收单元的硬件电路设计274.1.2射频接收单元工作方式294.1.3显示报警单元电路设计354.1.4蜂鸣器报警单元电路设计354.1.5电源单元设计364.2接收模块的软件设计364.3 本章小结40第5章系统测试415.1 概述415.2 信号实时传输显示测试415.3 温度超过预警值报警测试425.4 模拟压力超过预警值报警测试435.5 模拟压力和温度超过预警值报警测试435.6 本章小结44结论45参考文献46致谢47附录48第1章绪论1.1选题的背景本世纪初，由于凡世通(Firestone)轮胎的质量问题，造成了超过100人死亡和400人受伤，此事引起了业界和美国政府的高度关注，普利斯通、凡世通公司被迫收回650万只轮胎。据美国汽车工程师学会最近的调查，美国每年有26万交通事故是由于轮胎压力低或渗漏造成的，此外，每年75的轮胎故障是出于轮胎渗漏或充气不足引起的。由于每年造成巨大的经济损失，美国政府要求汽车制造商加速发展胎压检测系统(Tire Pressure Monitoring System，简称TPMS)，以减少轮胎事故的发生。近年来汽车电子产品得到了飞速发展，并已经形成了独立的汽车电子产业。汽车轮胎压力监视系统是一项集先进传感器技术、无线通讯技术、信息处理实时测控技术、嵌入式系统应用技术等于一体的高新技术汽车电子产品。TPMS实时的对汽车轮胎气压进行自动监测，对轮胎漏气，低气压，气压过高及温度过高等轮胎状况进行预警，以保障汽车行驶安全。目前TPMS主要有两种实现方式：直接TPMS和间接TPMS。间接TPMS是与车辆的防抱死系统(ABS)一起使用的。ABS采用车轮转速传感器测量每个车轮的转速。当一个轮胎的气压减小时，滚动半径就减小，而车轮的旋转速度就相应地加快。指示灯会提示司机，有一个轮胎处于低压状态。但是，间接TPMS有一定的局限性。第一是指示灯无法指出是哪个轮胎处于低压状态。第二，当同一车轴或同一侧的两个轮胎都处于低压状态时，它无法检测出究竟是哪个轮胎充气不足。第三，如果所有四个轮胎都处于低压状态，该系统不会发现这一故障。另外，气压不足时轮胎直径的减少和气压的降低非常微小。对于薄胎来说，69kPa的压降只会使轮胎直径减小1 m m 。这种压降不符合美国的最终判定规则所规定的25%原则，采用间接方法进行检测在很大程度上依赖于轮胎和负载因子。直接TPMS采用固定在每个车轮中的压力传感器直接测量每个轮胎的气压。然后，这些传感器会通过发送器将胎压数据发送到中央接收器进行分析，分析结果将被传送至安装在车内的显示器上。显示器的类型和当今大多数车辆上装配的简单的胎压指示器不同，它可以显示每个轮胎的实际气压，甚至还包括备用轮胎的气压。因此，直接TPMS可以连接至显示器，告诉司机哪个轮胎充气不足。由于直接TPMS可直接测量每个轮胎的气压，因此当任何一个或几个轮胎处于低压状态时，它们都会被检测出来，当车辆的所有四个轮胎都处于低压状态时也可以检测到。直接TPMS也可检测到较小的压降。有些系统甚至可以检测到7 kPa的压降。国外对于TPMS系统的研究起步较早，20世纪70年代末欧洲的一些发达国家就开始对轮胎气压监测系统进行研究。英国Lucas公司早在1981年就推出了驾驶室设置接受器和每个车轮均有传感器的装置模型。随后，CRK公司和Marketing公司也相继开发出了自己的产品，基本结构是由传感器、信号发生器和接收器三部分组成，传感器安装在轮辋上，直接检测轮胎的内压。德国Doduco公司研制的Primac系统，可以同时监测轮胎的压力和温度。德国Wabeo公司和Bosch公司在1989年推出了利用ABS(制动防抱死系统)传感器监测轮胎压力的新装置。wabCO系统由一个32通道的控制阀和一个与轮胎气门嘴相接的气缸组成，当轮胎气压变化时，气缸活塞使ABS传感器信号发生变化，与ABS共用一个电子控制单元。Bosch公司的汽车轮胎压力监测系统由装在轮辋上的压力传感器、带有显示器的电子部件和高频收发机三部分组成，与ABS一起工作，已经开始成批量的装载汽车上。英国SP公司研制的DWS系统(漏气报警系统)，可以把轮胎压力降低的信号通知驾驶员，系统利用ABS传感器测量轮胎的滚动半径，通过计算程序监测轮胎气压。国外因立法较早，其开发生产的TPMS已经相当成熟，能够经受57万公里的使用测试。主要生产商有加拿大斯马轮胎设备(SmarTire Systems)公司，固特异轮胎橡胶公司，米其林集团公司，诺基亚轮胎公司，日本横滨公司等。现在国外的TPMS的研发重点在于开发无源的TPMS，如采用SAW这类无源器件的频率变化来监测轮胎压力的变化。日本阿尔卑斯电气公司开发的不需电池的汽车轮胎气压监测系统最近通过有关试验验证，符合欧洲及美国的电磁波相关法律规定，今后将以行驶条件及轮胎种类等因素的影响为中心进行评测，计划在欧美、日本等地进行实地试验，2004年8月开始提供样品，2006年投入批量生产。国内对于TPMS的研究起步较晚，只是近几年才开始进行研究。最新的中华人民共和国国家标准“机动车运行安全技术条件”中的安全防护装置条款中规定：“车长大于6m的长途客车和旅游客车、最大设计总质量大于12000kg的载货汽车和载货牵引车应安装轮胎压力报警装置；有关部分机动车应安装轮胎压力报警装置的要求，自本标准发布之日起第25个月开始对新注册车实施”。可见我国政府已经开始重视汽车轮胎气压监测设备的发展和应用。现在国内有许多汽车配件商开始代理销售国外的TPMS系统。在上海和重庆及广东等地有几家公司开始投入生产并销售TPMS，典型产品如：上海泰好电子科技有限公司的“泰好”牌TPMS-204型汽车轮胎压力监测器，重庆三信电子有限公司的TPMSS1R4A轮胎压力监测显示系统，福州东球金口哨轮胎防爆有限公司的“金口哨汽车轮胎漏气报警哨”，上海保隆工贸有限公司的“迪吉泰”轮胎气压监测系统，佛山市安力信科技有限公司“泰杰”牌TPM系列轮胎气压监测系统等。吉林大学、北京理工大学、郑州大学、清华大学、上海交通大学、哈尔滨工业大学等高校都有学者对直接型TPMS相关技术进行理论研究，设计出了一系列方案，也有一些监测报警装置申报了专利。但是，国内厂家生产的TPMS基本是靠引进国外公司轮胎压力监测系统开发平台及生产线，核心技术都掌握在国外厂家手中，基本没有自主知识产权可言。目前国内的TPMS系统问题不少：安装繁琐、影响美观、整车厂难以配装；不能设定标准胎压，无法保障轮胎合理使用：射频效率、编码纠错性能差、在恶劣环境下漏报严重；能耗较高，不能达到TPMS系统应有的使用寿命要求；成本高昂，检测范围小，产品通用性不高。TPMS在中国的研究刚刚开始起步。高校及科研院所方面，吉林大学孙宏伟对现有F费scale方案进行了研究，提出了针对Ftcaale传感器MPXY8020A的温度补偿算法；合肥工业大学沈俊峰提出了以SPl2传感器，PICl6F683处理器，以及T5754射频发射器构成的轮胎压力检测方案；燕山大学张启中通过分析轮速传感器脉冲数相对差值的影响因素和影响规律，提出了基于脉冲数互比法气压异常报警系纠”；浙江大学，屯子科技大学，中国科学院上海微系统与信息技术研究所等也有学者对TPMS进行了类似的理论研列”。1.2 课题的目的及意义目的：随着世界经济的不断发展，基础投资的不断加大，以及公路设施的改善和高速公路里程的迅速增加，公路交通的平均车速有了很大提高。但同时交通事故尤其是爆胎事故、追尾事故也相应增加，给人民的生命财产造成重大损失。交通安全已成为国家和个人越来越关注的重点。在汽车的高速行驶中，轮胎故障是所有驾驶者最为担心和最难预防的，也是突发性交通事故发生的重要原因。在高速公路上行驶时一旦爆胎，驾驶员思想准备不充分极易造成车辆侧滑和不规则翻滚，轻则撞护栏，重则与其他行使车辆发生碰撞甚至车毁人亡，后果不堪设想。据统计，轮胎爆胎的原因有：（1）轮胎压力过高；（2）轮胎漏气；（3）轮胎温度异常升高；（4）轮胎松动、掉胎。而追尾事故的主要原因有：（1）前方车辆爆胎失控；（2）视线不好，看不清前方车辆的刹车信号；（3）不能提前获知前方有事故车辆。因此实时监测轮胎气压和温度的变化，保持汽车在标准的轮胎气压下行驶是防止爆胎的关键。汽车轮胎压力监测系(TPMS)的主要作用就是在汽车行驶时，对轮胎气压进行实时自动监测，对轮胎漏气和低气压进行报警，是驾车者、乘车人的生命安全保障预警系统。安装轮胎压力监测系统能有效地防止轮胎在非正常气压下长时间行驶，提高汽车的主动安全性。意义：保持正常的轮胎气压，不仅可以延长轮胎的使用寿命，减小滚动阻力，还可减少油耗，提高车辆的使用经济性，而且可以大大提高汽车的行驶安全性。汽车轮胎压力监测系统是驾车者、乘车人的生命安全保障预警系统，将是一个永恒的主题，必将成为未来汽车必备的主动安全保障系统之一。汽车电子技术的不断发展使汽车上安装了越来越多的传感器，这将促进TPMS的发展，使其技术更加成熟，性能更加稳定，并且它的模块将向高度集成化、单一化、无线无源化方面发展。1.3 课题主要工作课题的主要任务就是研究并设计一个无线胎压检测系统，实现胎压变化信息的实时采集和传送，以达到汽车司机能够在第一时间掌握汽车轮胎压力变化的要求，并做出相应的反应，从而避免事故的发生。课题主要工作有以下几点：（1）对系统的关键技术进行研究并提出整体设计框架。（2）传感器、单片机及显示元件、报警元件的选取并连接电路。（3）进行监测模块、显示模块、报警模块及其主模块的程序编写。（4）将软件和硬件组装并测试。第2章系统整体方案设计基于汽车轮胎安全使用的要求，胎压检测系统综合运用传感器检测技术、单片机技术及无线通信技术来设计。该系统能检测轮胎温度和压力波动情况，并对检测数据进行分析和实时处理。2.1 系统设计要求本系统采用直接式胎压检测系统。它以锂离子电池为电源，通过埋于轮胎罩的传感器来直接测量轮胎的压力和温度，并经无线调制发射到安装在驾驶台的接收模块上。发射模块处于轮胎的封闭状态中，体积要小；另外由于在轮胎中更换器件很不方便且系统必须长时间工作，故而要求功耗低。工作中轮胎状态为当轮胎压力高于标准值(小型车为275kpa)12倍时，因轮胎与地面接触的面积减少，单位压力增高，使轮胎胎面的中部磨损增加。通过试验证明：，一般认为气压提高25%，轮胎寿命将会降低15%20%；气压降低25%，寿命大约降低30%。一般轿车的轮胎正常气压值在210kPa左右，多座位商务车在240kPa左右为宜。此外，汽车轮胎温度越高，轮胎的强度越低，变形越大(一般不能超过80，当温度达到95时，轮胎的情况非常危险)，每升高1，轮胎磨损就增加2%，行驶速度每增加一倍，轮胎行驶里程将降低50%。因此，本系统告警值设定为胎压158KPa和262KPa，温度小于80。2.2 系统设计方案根据系统功能及技术要求，系统方案的总体框图如图2.1所示：图2.1 系统方案的总体框图系统由置入轮胎内的发射模块和安装汽车驾驶台上的接收模块组成。发射模块每检测一次压力，都会判断此轮胎是否出现异常；如果判断出现异常情况，则形成一帧数据并进行发射。接收模块判断是否接收到完整的数据帧，如准确无误，则点亮和轮胎对应的LED指示灯。2.2.2 发射模块发射模块包括传感器单元、微处理器和射频单元。传感器单元定时采集轮胎内压力、温度数值。微处理器(简称MCU)和射频单元集成在同一芯片内，微处理器读取来自传感器的数据，进行处理并通过射频单元发射出去。发射模块的框图如图22所示。图2.2 发射模块框图2.2.2 接收模块接收模块完成信号的接收、校验和处理，并通过LED指示灯显示报警。接收模块的框图如图23所示。图2.3 接收模块框图信号接收电路将由轮胎发射出来的射频信号放大解调后，将数字信号送给微处理器串行接口。微处理器再进行译码，从数据流中提取各轮胎号、压力值以及温度值，然后做出相应的处理。显示报警部分主要包括LED指示灯。2.3 元器件选择无线胎压检测系统开发所需的元器件主要包含传感器、MCU、射频收发芯片、电池几个部分。（）传感器本系统选用DS18B20温度传感器，DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。（）单片机本系统选用STC98C52系列，它是一种高性能的8位单片机系列，具有速度快、功能强、功耗低、价格低等特点并且自带看门狗复位，非法指令码检测复位和非法地址检测复位等系统保护特性。发射模块的MCU选用STC89C51。（）射频收发芯片接收和发射芯片的选择主要从芯片的接收灵敏度以及性价比两方面考虑。本系统选用2RF24L01B射频收发芯片。2.4 关键技术研究2.4.1 频率选择在众多的无线通讯频段中，由于ISM频段(工业，科学，医学频带)属于公共频段，使用者无需申请频段许可证，这给用户带来了很多的方便，因此当今大部分无线传输所使用的操作频率一般都选择处于ISM频段的频率。而对采用无线技术的应用来讲，通常又采用属于ISM频段中的LPRD(Low Power RadioDevice)频段作为操作频率，此频段有两个频率范围，分别为：43305MHz434790 MHz和868 MHz870 MHzi眩l。在本系统中采用的工作频率设置为43392 MHz。2.4.2 信号编码方式在本文设计的胎压检测系统中，数据以9600bps的速率发送，信源编码方式采用曼彻斯特编码。曼彻斯特编码以数字信号来描述就是：在每个比特周期，取值在周期中间点进行高低电平间的转换。如图2.4所示，一个数字0被描述为周期前一半为低电平，后一半为高电平；而数字1则是先高后低。图2.4 曼彻斯特编码示例FSK又称频移键控，是指以信号频率在两个值之间的偏移来描述数字l和数字0信号。在本系统中，数字l具有较低的频率，而数字0则具有较高的频率。也就是说，如果载波频率是43392MHz，总体频率偏移，数字1就是(43392)MHz，而数字0是(43392)MHz。图25是FSK调制的曼彻斯特编码信号波形示意图。图2.5 FSK调制的曼彻斯特编码信号波形示意图2.4.3 轮胎定位技术胎压检测系统中的轮胎定位是指系统接收各个轮胎发射模块发出的信号并进行识别，然后判定是哪个轮胎发出信号的过程。各轮胎发射模块中的传感器把胎压的变化传递给MCU，由MCU处理并加上该模块的识别ID编码(用于区分各轮胎发射模块的编码，然后通过发射芯片进行调制并发射出去。接收模块接收并进行解调，恢复原始数据，通过读取原始数据的ID编码，当接收到的信息中的轮胎内压力或温度出现异常时，MCU将发出报警信号，驾驶员根据对应轮胎的LED报警灯，便可及时地对该轮胎进行处理，确保汽车行驶安全。2.5 本章小结本章对整个系统的大体框架进行了确定，包括本系统的使用数据，系统的工作流程，元器件的选择和关键技术的的研究。这一章是整个系统的关键，是下面要进行工作的思路和方向。第3章发射模块的设计发射模块主要由传感器单元、发射单元组成。传感器单元测得压力和温度，通过发射单元按照一定算法处理后发射出去。发射模块的软件设计分为数据采集和数据处理发射两部分。3.1传感器单元的硬件电路设计3.1.1 DS18B20工作方式温度传感器的种类众多，DS18B20有着超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强的优点。DS18B20工作原理及应用： DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。18B20共有三种形态的存储器资源，它们分别是： ROM 只读存储器，用于存放DS18B20ID编码，其前8位是单线系列编码（DS18B20的编码是19H），后面48位是芯片唯一的序列号，最后8位是以上56的位的CRC码（冗余校验）。数据在出产时设置不由用户更改。DS18B20共64位ROM。 RAM 数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，DS18B20共9个字节RAM，每个字节为8位。第1、2个字节是温度转换后的数据值信息，第3、4个字节是用户EEPROM（常用于温度报警值储存）的镜像。在上电复位时其值将被刷新。第5个字节则是用户第3个EEPROM的镜像。第6、7、8个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。第9个字节为前8个字节的CRC码。EEPROM 非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验数据，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在镜像，以方便用户操作。图3.1 DS18B203.1.2 ADC0809工作方式ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。（1）ADC0809的内部逻辑结构由下图可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。（2）ADC0809引脚结构ADC0809各脚功能如下：D7-D0：8位数字量输出引脚。IN0-IN7：8位模拟量输入引脚。VCC：+5V工作电压。GND：地。REF（+）：参考电压正端。REF（-）：参考电压负端。START：A/D转换启动信号输入端。ALE：地址锁存允许信号输入端。图3.2 ADC0809内部逻辑结构（以上两种信号用于启动A/D转换）.EOC：转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。OE：输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。CLK：时钟信号输入端（一般为500KHz）。A、B、C：地址输入线。图3.3 ADC0809引脚结构ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是05V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。地址输入和控制线：4条ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0IN7上的一路模拟量输入。数字量输出及控制线：11条 ST为转换启动信号。当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE1，输出转换得到的数据；OE0，输出数据线呈高阻状态。D7D0为数字量输出线。CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ，VREF（），VREF（）为参考电压输入。（3） ADC0809应用电路原理图图3.4 ADC0809应用电路原理图3.1.3 DS18B20温度检测程序 *FileInfo* File name:DS18B20.c* Last modified Date: 2009-09-3* Last Version:1.0* Descriptions:* Created by:* Created date:2009-09-3* Version:1.0* Descriptions:The original version* Modified by:* Modified date:* Version:* Descriptions:#includeinclude.h* Name: delayb()* Function: 延时程序void delayb(int count) /delay unsigned int i; while(count) i=200; while(i0) i-; count-; * Name: dsreset()* Function: DS18B20初始化程序void dsreset(void) /DS18B20初始化 unsigned int i; DS=0; i=103; while(i0)i-; DS=1; i=4; while(i0)i-;* Name: tmpreadbit()* Function: DS18B20读取位程序bit tmpreadbit(void) / 读一位 unsigned int i; bit dat; DS=0;i+; /小延时一下 DS=1;i+;i+; dat=DS; i=8;while(i0)i-; return (dat);* Name: tmpread()* Function: DS18B20读取字节程序unsigned char tmpread(void) /读一个字节 unsigned char i,j,dat; dat=0; for(i=1;i=8;i+) j=tmpreadbit(); dat=(j1); /读出的数据最低位在最前面，这样刚好/一个字节在DAT里 return(dat); /将一个字节数据返回* Name: tmpwritebyte()* Function: D写一个字节到DS18B20里的程序void tmpwritebyte(uchar dat) /写一个字节到DS18B20里 unsigned int i; uchar j; bit testb; for(j=1;j1; if(testb) / 写1部分 DS=0; i+;i+; DS=1; i=8;while(i0) i-; else DS=0; /写0部分 i=8;while(i0)i-; DS=1; i+;i+; * Name: tmpchange()* Function: 发送温度转换命令的程序void tmpchange(void) /发送温度转换命令 dsreset(); /初始化DS18B20 delayb(1); /延时 tmpwritebyte(0xcc); / 跳过序列号命令 tmpwritebyte(0x44); /发送温度转换命令* Name: tmp()* Function: 获得温度的程序int tmp() /获得温度 int temp; float tt; unsigned char a,b; dsreset(); delayb(1); tmpwritebyte(0xcc); tmpwritebyte(0xbe); /发送读取数据命令 a=tmpread(); /连续读两个字节数据 b=tmpread(); temp=b; temp0;n-)_nop_();/*NRF24L01初始化void init_NRF24L01(void) inerDelay_us(100); CE=0; / chip enable CSN=1; / Spi disable SCK=0; / Spi clock line init highSPI_Write_Buf(WRITE_REG + TX_ADDR, TX_ADDRESS, TX_ADR_WIDTH); / 写本地地址SPI_Write_Buf(WRITE_REG + RX_ADDR_P0, RX_ADDRESS, RX_ADR_WIDTH); / 写接收端地址SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_AA, 0x01); / 频道0自动ACK应答允许SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_RXADDR, 0x01); / 允许接收地址只有频道0 SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_CH, 0); / 设置信道工作为2.4GHZ，收发必须一致SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RX_PW_P0, RX_PLOAD_WIDTH); /设置接收数据长度，本次设置为32字节SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_SETUP, 0x07); /设置发射速率为1MHZ，发射功率为最大值0dBSPI_RW_Reg(WRITE_REG + CONFIG, 0x0e); / IRQ收发完成中断响应，16位CRC，主发送/*函数：uint SPI_RW(uint uchar)/*功能：NRF24L01的SPI写时序unsigned char SPI_RW(unsigned char uchar1)unsigned char bit_ctr; for(bit_ctr=0;bit_ctr8;bit_ctr+) / output 8-bitMOSI = (uchar1 & 0x80); / output uchar, MSB to MOSIuchar1 = (uchar1 1); / shift next bit into MSB.SCK = 1; / Set SCK high.uchar1 |= MISO; / capture current MISO bitSCK = 0; / .then set SCK low again return(uchar1); / return read uchar/*函数：uchar SPI_Read(uchar reg)/*功能：NRF24L01的SPI时序unsigned char SPI_Read(unsigned char reg)unsigned char reg_val;CSN = 0; / CSN low, initialize SPI communication.SPI_RW(reg); / Select register to read from.reg_val = SPI_RW(0); / .then read registervalueCSN = 1; / CSN high, terminate SPI communicationreturn(reg_val); / return register value/*功能：NRF24L01读写寄存器函数unsigned char SPI_RW_Reg(unsigned char reg, unsigned char value)unsigned char status;CSN = 0; / CSN low, init SPI transactionstatus = SPI_RW(reg); / select registerSPI_RW(value); / .and write value to it.CSN = 1; / CSN high againreturn(status); / return nRF24L01 status uchar/*函数：uint SPI_Read_Buf(uchar reg, uchar *pBuf, uchar uchars)/*功能: 用于读数据，reg：为寄存器地址，pBuf：为待读出数据地址，uchars：读出数据的个数unsigned char SPI_Read_Buf(unsigned char reg, unsigned char *pBuf, unsigned char uchars)unsigned char status,uchar_ctr;CSN = 0; / Set CSN low, init SPI tranactionstatus = SPI_RW(reg); / Select register to write to and read status ucharfor(uchar_ctr=0;uchar_ctruchars;uchar_ctr+)pBufuchar_ctr = SPI_RW(0); / CSN = 1; return(status); / return nRF24L01 status uchar/*函数：uint SPI_Write_Buf(uchar reg, uchar *pBuf, uchar uchars)/*功能: 用于写数据：为寄存器地址，pBuf：为待写入数据地址，uchars：写入数据的个数unsigned char SPI_Write_Buf(unsigned char reg, unsigned char *pBuf, unsigned char uchars)unsigned char status,uchar_ctr;CSN = 0; /SPI使能 status = SPI_RW(reg); for(uchar_ctr=0; uchar_ctr0;n-)_nop_();/*NRF24L01初始化void init_NRF24L01(void) inerDelay_us(100); CE=0; / chip enable CSN=1; / Spi disable SCK=0; / Spi clock line init highSPI_Write_Buf(WRITE_REG + TX_ADDR, TX_ADDRESS, TX_ADR_WIDTH); / 写本地地址SPI_Write_Buf(WRITE_REG + RX_ADDR_P0, RX_ADDRESS, RX_ADR_WIDTH); / 写接收端地址SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_AA, 0x01); / 频道0自动ACK应答允许SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_RXADDR, 0x01); / 允许接收地址只有频道0，如果需要多频道可以参考Page21 SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_CH, 0); / 设置信道工作为2.4GHZ，收发必须一致SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RX_PW_P0, RX_PLOAD_WIDTH); /设置接收数据长度，本次设置为32字节SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_SETUP, 0x07); /设置发射速率为1MHZ，发射功率为最大值0dBSPI_RW_Reg(WRITE_REG + CONFIG, 0x0e); / IRQ收发完成中断响应，16位CRC，主发送/*函数：uint SPI_RW(uint uchar)/*功能：NRF24L01的SPI写时序unsigned char SPI_RW(unsigned char uchar1)unsigned char bit_ctr; for(bit_ctr=0;bit_ctr8;bit_ctr+) / output 8-bitMOSI = (uchar1 & 0x80); / output uchar, MSB to MOSIuchar1 = (uchar1 1); / shift next bit into MSB.SCK = 1; / Set SCK high.uchar1 |= MISO; / capture current MISO bitSCK = 0; / .then set SCK low again return(uchar1); / return read uchar/*函数：uchar SPI_Read(uchar reg)/*功能：NRF24L01的SPI时序unsigned char SPI_Read(unsigned char reg)unsigned char reg_val;CSN = 0; / CSN low, initialize SPI communication.SPI_RW(reg); / Select register to read from.reg_val = SPI_RW(0); / .then read registervalueCSN = 1; / CSN high, terminate SPI communicationreturn(reg_val); / return register value/*功能：NRF24L01读写寄存器函数unsigned char SPI_RW_Reg(unsigned char reg, unsigned char value)unsigned char status;CSN = 0; / CSN low, init SPI transactionstatus = SPI_RW(reg); / select registerSPI_RW(value); / .and write value to it.CSN = 1; / CSN high againreturn(status); / return nRF24L01 status uchar/*函数：uint SPI_Read_Buf(uchar reg, uchar *pBuf, uchar uchars)/*功能: 用于读数据，reg：为寄存器地址，pBuf：为待读出数据地址，uchars：读出数据的个数unsigned char SPI_Read_Buf(unsigned char reg, unsigned char *pBuf, unsigned char uchars)unsigned char status,uchar_ctr;CSN = 0; / Set CSN low, init SPI tranactionstatus = SPI_RW(reg); / Select register to write to and read status ucharfor(uchar_ctr=0;uchar_ctruchars;uchar_ctr+)pBufuchar_ctr = SPI_RW(0); / CSN = 1; return(status); / return nRF24L01 status uchar/*函数：uint SPI_Write_Buf(uchar reg, uchar *pBuf, uchar uchars)/*功能: 用于写数据：为寄存器地址，pBuf：为待写入数据地址，uchars：写入数据的个数unsigned char SPI_Write_Buf(unsigned char reg, unsigned char *pBuf, unsigned char uchars)unsigned char status,uchar_ctr;CSN = 0; /SPI使能 status = SPI_RW(reg); for(uchar_ctr=0; uchar_ctr 0; i-) for(j = 200; j 0; j-);void bell(void)int i,j;for(i=50,j=60;i0;i-)BELL=1;while(-j0);/delay_ms(20);BELL=0;while(-j0);/delay_ms(20);void reset (void) (void (code *) (void) 0x0000) ();* Name: display_num()* Function: 数码管显示函数void display_num2(uint num) unsigned int i,LedNumVal; unsigned int LedOut10; LedNumVal=num; LedOut4=Disp_TabLedNumVal%10000/1000; /千位 LedOut5=Disp_TabLedNumVal%1000/100; /|0x80; /百位带小点 LedOut6=Disp_TabLedNumVal%100/10|0x80; /十位 LedOut7=Disp_TabLedNumVal%10; /个位 for( i=0; i9; i+) P0 = LedOuti; P2 = dispbiti; /使用查表法进行位选 delayy(100);/100 /扫描间隔时间太长会数码管会有闪烁感* Name: display_num()* Function: 数码管显示函数void display_num1(uint num) unsigned int i,LedNumVal; unsigned int LedOut10; LedNumVal=num; LedOut0=Disp_TabLedNumVal%10000/1000; /千位 LedOut1=Disp_TabLedNumVal%1000/100|0x80; /百位带小数点 LedOut2=Disp_TabLedNumVal%100/10; /|0x80; 十位 LedOut3=Disp_TabLedNumVal%10; /个位 for( i=0; i180)break;tt=50; if(kk1405)|(kk2265) while(-ii0) bell();display_num1(kk1);display_num2(kk2);while(tt-0)display_num1(kk1);display_num2(kk2); if(RxBuf0=flag20)i=3;if(i=3)&(RxBuf0!=flag20)&(RxBuf0!=flag10)kk2=RxBuf0;BELL=1;if(kk2150)&(kk2405)|(kk2265) while(-ii0) bell(); display_num1(kk1); display_num2(kk2);while(tt-0) display_num1(kk1);display_num2(kk2);* 函数名称：main()* 函数功能：主函数* 入口参数：无 * 出口参数：无void main()init_NRF24L01(); BELL=1;while(1) wireless_display();4.3 本章小结本章内容完成了对本系统的真正实现，包括对压力和温度的实时监测和显示，并且准确的通过LED灯和蜂鸣器进行报警，系统的最终实现靠的是每一个步骤和过程的准确，做好每一个细节才是最重要的。第5章系统测试5.1 概述本系统在系统软件研制的整个过程中都要进行测试，以保证整个系统的精度和可靠性。系统设计完成后，将下载好程序的电路板：发射模块和接受模块分别接通电源，通过温度传感器和模拟压力的电位计实时采集信号并通过发射接受芯片传输到接收模块，信号通过单片机处理在显示器上显示数据，当数据达到预设值是通过报警灯和蜂鸣器进行报警。通过改变温度和电位计数值来测试系统的精确度和稳定性。5.2 信号实时传输显示测试本系统设计之初是模拟实车上应用的TPMS系统的成熟产品，如图5.1：图5.1实车上使用的TPMS产品发射单元通过锂电池供电，锂电池有体积小，供电时间长，抵抗恶劣环境强的优点。本课题是模拟该产品制作出来的简单实物，所以通过外接电源供电。发射模块接通电源，打开开关，发射模块开始工作，这是会发现红色指示灯开始有规律频闪，这说明发射模块工作正常，指示灯每闪烁一次代表发射一次信号。接受模块接通电源，打开开关，这是工作指示灯亮起，LED显示器出现数字，说明接受模块工作正常。这是LED显示器左边4个单元显示压力数值，右边4个单元显示温度数值如图5.2所示：图5.2接收模块LED显示如图所示LED显示器上分别显示压力394kPa,温度27.4，数值都在预设范围之内，没有报警现象，说明发射、接受和LED显示没有问题。5.3温度超过预警值报警测试本系统设计之初是模拟TPMS产品的实际功能，温度达到80时系统报警，为了测试时方便操作，模拟系统设定达到29时报警。实验时可以通过手指给温度传感器加热，观察显示器，数值会逐渐增加直到超过29，报警指示灯亮起，蜂鸣器开始报警。图5.3接收模块LED显示如图5.3所示，显示器显示模拟压力数值393kPa，没有超过预警值；显示温度数值31.6，超出预警值，系统正常报警，当温度超出预警指示报警测试成功。5.4模拟压力超过预警值报警测试本系统设计之初是模拟TPMS产品的实际功能，胎压达到262kPa时系统报警，为了测试时方便操作，模拟系统设定达到405kPa时报警。测试开始，调节电位计旋钮，使显示器度数逐渐增加，直到度数超过405kPa，报警灯亮起，蜂鸣器报警，如图5.4所示：图5.4接收模块LED显示如图5.4所示，显示器显示模拟压力数值为407kPa，超出预警值;显示温度数值26.9，没有超出预警值；系统正常报警，模拟压力超出预警值测试成功。5.5模拟压力和温度超过预警值报警测试测试开始，调节电位计旋钮，时显示器度数超过预警值，用手指加热温度传感器，直到显示度数超过预警值，无论哪一组度数先超过预警值是系统开始报警，两组度数都超过预警值是系统仍然报警。如图5.5所示，显示器显示模拟压力数值为407kPa，超出预警值;显示温度数值31.9，超出预警值，系统正常报警，模拟压力超出预警值测试成功。图5.5接收模块LED显示5.6 本章小结本章的主要内容是对系统进行总体测试，从开机到实现系统功能，包括可能遇到的四种情况，分别作出了演示。本章测试的成功为整个课题画上了圆满的句号，说明从设计之初到最终的演示成功的过程是有意义的，结论本文以胎压检测系统为研究对象，分析了轮胎压力和温度对汽车安全性能的重要意义，并介绍了无线胎压检测系统的发展现状和发展趋势，针对无线胎压检测系统进行了研究设计。本文工作大致可以分为以下两个阶段：（1）元器件选型及总体方案确定阶段：通过查阅大量的中、英文文献，了解了汽车胎压检测系统的发展状况、发展趋势以及当前的主流技术方案。同时，对系统需要用到的几种主要元器件，包括：传感器、射频收发芯片、MCU、电池、LED等，进行了大量的调查研究，并在充分了解各种元器件性能的基础上，确定了系统总体方案。（2）系统硬、软件设计阶段：在硬件设计方面，详细了解了系统主要芯片的功能，在此基础上设计了电路原理图，并对电路设计时遇到的几个问题进行了初步的探讨；在软件设计方面，学习了摩托罗拉单片机特性、指令结构以及编译工具的使用方法。在编写软件程序时，定义了系统通信协议。发射模块软件设计中主要考虑了节能问题。接收模块软件设计中，重点考虑了数据接收可靠性问题，设计中采用了多种方式来实现数据接收的可靠性，如发射器发射多次数据、采用累加和校验、采用特殊前导码、采用曼彻斯特编码方式等。此外，LED显示报警功能。综上所述，本人完成了课题预定计划的无线胎压检测系统的研究与设计。通过整个研发过程，本人了解了新产品研发的思路与过程，强化了理论知识，锻炼了实际动手能力，从而使自身综合素质得到了提高。硬件方面，对无线通信系统、射频电路设计都有了更深的认识；软件方面，培养了良好的编程习惯，加强了C语言的编程能力。所有这些都为本人以后的学习、工作打下了坚实的基础。参考文献1 桑永福浅析影响汽车轮胎爆胎的因素J江苏交通，200204(24)：36-372 Burgess Jeff；Tire pressure monitoring：An industry under pressureM；AdvanstarCommunications；20033陈瑜，张青华浅议高速公路追尾事故的防控办法J华东公路，200604(22)：73-754 Fuj ikawa T，Funazaki，A，and Yamazaki，S；Tire Tread Temperatures in Actual ContactAreasM；Tire Science and Technology；20065 Kukshya V Song HJ，Hsu H只et a1Impact of Inter-Vehicular Interference on thePerformance of Tire Pressure Monitoring SystemsVehicular Technology Conference，VTC-2007 Fall2007 IEEE 66th Sept，2007778-78 16范勇单向通信汽车轮胎压力监测系统设计及实现技术研究：硕十学位论文重庆：重庆大学，20077 陶桂宝，庞丽直接式汽车轮胎压力监测系统设计J重庆大学学报，200801(22)：8-128 武传华，兰赞基于MPXY8020轮胎压力监控系统的设计J电子工程师， 200503(1 7)：77799 刘国强，郑召全；基于单片机技术的轮胎压力监测系统J；电子技术应用；200612(16)：36-一3810 门延武，周凯基于MC68HC908微控制器的分布式无线液压控制系统J电子技术应用，200805(32)：4 14511 吴光永，吴志琼，吴毅强机械式轮胎压力监测系统(TPMS)设计及实现J科技广场，200503(33)：1 1 01 1 212 李凯汽车轮胎压力监测系统(TPMS)的设计：硕士学位论文武汉：武汉理工大学，200713 Gogoi BMladenovic DIntegration technology for MEMS automotive sensorsIndustrialElectronics Society,IEEE 2002 28th Annual Conference，Volume 4，5-8 Nov,2002271 2致谢本设计在范德会老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择、方案论证到具体设计和调试，无不凝聚着范德会老师的心血和汗水，在四年的本科学习和生活期间，也始终感受着老师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此向老师表示深深的感谢和崇高的敬意。本设计的完成也凝聚了车辆工程教研室所有老师的辛勤汗水，是他们无私的帮助和支持，才使我的毕业论文工作顺利完成，在此向车辆工程教研室所有的老师表示由衷的谢意。附录Research and Application of DS18B20Communication to the DS18B20 is via a 1-Wire port. With the 1-Wire port, the memory and control functions will not be available before the ROM function protocol has been established. The master must first provide one of five ROM function commands: 1) Read ROM, 2) Match ROM, 3) Search ROM, 4) Skip ROM, or 5) Alarm Search. These commands operate on the 64-bit lasered ROM portion of each device and can single out a specific device if many are present on the 1-Wire line as well as indicate to the bus master how many and what types of devices are present. After a ROM function sequence has been successfully executed, the memory and control functions are accessible and the master may then provide any one of the six memory and control function commands.One control function command instructs the DS18B20 to perform a temperature measurement. The result of this measurement will be placed in the DS18B20s scratch-pad memory, and may be read by issuing a memory function command which reads the contents of the scratchpad memory. The temperature alarm triggers TH and TL consist of 1 byte EEPROM each. If the alarm search command is not applied to the DS18B20, these registers may be used as general purpose user memory. The scratchpad also contains a configuration byte to set the desired resolution of the temperature to digital conversion. Writing TH, TL, and the configuration byte is done using a memory function command. Read access to these registers is through the scratchpad. All data is read and written least significant bit first.In order for the DS18B20 to be able to perform accurate temperature conversions, sufficient power must be provided over the DQ line when a temperature conversion is taking place. Since the operating current of the DS18B20 is up to 1.5 mA, the DQ line will not have sufficient drive due to the 5k pullup resistor. This problem is particularly acute if several DS18B20s are on the same DQ and attempting to convert simultaneously. There are two ways to assure that the DS18B20 has sufficient supply current during its active conversion cycle. The first is to provide a strong pullup on the DQ line whenever temperature conversions or copies to the E2 memory are taking place. This may be accomplished by using a MOSFET to pull the DQ line directly to the power supply as shown in Figure 2. The DQ line must be switched over to the strong pullup within 10 s maximum after issuing any protocol that involves copying to the E2 memory or initiates temperature conversions. When using the parasite power mode, the VDD pin must be tied to ground. Another method of supplying current to the DS18B20 is through the use of an external power supply tied to the VDD pin. The advantage to this is that the strong pullup is not required on the DQ line, and the bus master need not be tied up holding that line high during temperature conversions.This allows other data traffic on the 1-Wire bus during the conversion time. In addition, any number of DS18B20s may be placed on the 1-Wire bus, and if they all use external power, they may all simultaneously perform temperature conversions by issuing the Skip ROM command and then issuing the Convert T command. Note that as long as the external power supply is active, the GND pin may not be floating.The core functionality of the DS18B20 is its direct-to-digital temperature sensor. The resolution of the DS18B20 is configurable (9, 10, 11, or 12 bits), with 12-bit readings the factory default state. This equates to a temperature resolution of 0.5C, 0.25C, 0.125C, or 0.0625C. Following the issuance of the Convert T 44h command, a temperature conversion is performed and the thermal data is stored in the scratchpad memory in a 16-bit, sign-extended twos complement format. The temperature information can be retrieved over the 1-Wire interface by issuing a Read Scratchpad BEh command once the conversion has been performed. The data is transferred over the 1-Wire bus, LSB first. The MSB of the temperature register contains the “sign” (S) bit, denoting whether the temperature is positive or negative.Each DS18B20 contains a unique ROM code that is 64-bits long. The first 8 bits are a 1-Wire family code (DS18B20 code is 28h). The next 48 bits are a unique serial number. The last 8 bits are a CRC of the first 56 bits. The 64-bit ROM and ROM Function Control section allow the DS18B20 to operate as a 1-Wire device and follow the 1-Wire protocol detailed in the section “1-Wire Bus System.” The functions required to control sections of the DS18B20 are not accessible until the ROM function protocol has been satisfied. This protocol is described in the ROM function protocol flowchart. The 1-Wire bus master must first provide one of five ROM function commands: 1) Read ROM, 2) Match ROM, 3) Search ROM, 4) Skip ROM, or 5) Alarm Search. After a ROM function sequence has been successfully executed, the functions specific to the DS18B20 are accessible and the bus master may then provide one of the six memory and control function commands.The DS18B20 has an 8-bit CRC stored in the most significant byte of the 64-bit ROM. The bus master can compute a CRC value from the first 56-bits of the 64-bit ROM and compare it to the value stored within the DS18B20 to determine if the ROM data has been received error-free by the bus master. The equivalent polynomial function of this CRC is:CRC = X8 + X5 + X4 + 1The DS18B20 also generates an 8-bit CRC value using the same polynomial function shown above and provides this value to the bus master to validate the transfer of data bytes. In each case where a CRC is used for data transfer validation, the bus master must calculate a CRC value using the polynomial function given above and compare the calculated value to either the 8-bit CRC value stored in the 64-bitROM portion of the DS18B20 (for ROM reads)

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