【汽车轮胎平衡检测系统的设计】汽车轮胎平衡

【汽车轮胎平衡检测系统的设计】汽车轮胎平衡 摘 要汽车轮胎的平衡对轮胎寿命和汽车行驶性能有极大影响,因此轮胎平衡检测系统成为了轮胎生产和维修厂家必备的仪器设备之一。本文介绍了一种简单实用的汽车轮胎平衡检测系统的硬件电路设计与软件实现方案,并采用硬件和软件抗干扰技术增强系统的抗干扰性。 关键词89C668 平衡 中断 抗干扰 TNA1007-9416(xx)02-0034-02 引言 飞利浦半导体公司的89C6681是首批基于80C512的、结合了64 kbyte快闪程序存储器和8 kbyte RAM的微控制器。它采用闪存RAM, 既支持系统内编程,也支持应用程序内编程,因此甚至可以在应用程序正在运行时进行升级,并适用于用 C或C+编写的应用程序。文章设计了一种基于89c668的汽车轮胎平衡检测系统,能精确地检测出汽车轮胎的内侧和外侧的不平衡值,达到了实用的目的。 1 系统硬件设计 根据汽车轮胎平衡检测系统的使用要求,在硬件电路上主要考虑以下几方面的问题:尽量采用集成化程度高的芯片,减少体积,降低功耗,满足系统长时间工作要求;选用宽工作温度范围和宽工作 电压范围的元器件,增强系统可靠性。根据以上原则构成的硬件电路其组成如图1所示。 汽车轮胎平衡检测系统的工作原理:启动电机控制轮胎旋转,安装在平衡机支架上的两个压力传感器得到的微弱电信号经OP07放大转换为模拟电压信号,再由LM331 精密电压频率转换器转换为数字脉冲信号送89C668的计数器T0和T1,CPU进行采样和数据处理后,进行数据存储并通过LED数码管显示轮胎的内外侧不平衡量。 (1)89C668 单片机系统:作为系统的核心,选用高集成度、低功耗、低成本的PHILIPS公司的89C668单片机作为系统的微控制器。它采用高性能的处理器结构,内部有可ISP/IAP编程的64KB Flash程序存储器和8KB RAM,每个机器周期可采用六个时钟周期,是传统单片机(80C51)的两倍。并且89C668还集成了许多系统级的功能,可大大减少元件的数目并降低系统成本。 (2)相关外围电路:采用OP07单片精密运算放大器,它具有低噪声、低漂移和高增益的特点;使用VF转换器LM331芯片组成的AD转换电路,它具有接线简单,价格低廉,转换精度高等特点,而且LM331芯片在转换过程中不需要软件程序驱动,与AD574等需要软件程序控制的AD转换电路相比,使用方便;采用E2PROM 24C64保存系统参数以及DF、S、I标定参数,具有掉电保护功能;采用光电耦合器和晶体管作驱动,由光电耦合器输出通道控制电机使轮胎旋转,抑制噪声干扰能力和进行隔离,防止强电磁干扰;采用基于并行扩展技术的8279构成典型的键盘和显示接口电路,简化了电路设计;采用MAX813LWDT(看门狗)电路对程序运行进行监控,使程序紊乱时恢复程序的功能,确保程序正常运行。 2 系统软件设计 系统软件采用模块化设计,是基于Keil系统开发软件和TKS-668开发硬件,采用C语言与汇编语言编写的。系统软件主要由系统的主程序、中断服务子程序、键盘处理程序、自检和报警异常处理程序等模块组成。 2.1 主程序设计 系统主程序设计流程图如图2所示。主程序在 初始化中要设置的相关参数包括:中断设置及定时器/计数器的工作方式和初值等。 主程序流程如图2所示。 2.2 自检程序设计 自检是为了保证系统各部件都能正常工作,包括CPU内部RAM、串行E2PROM、键盘显示电路以及电机转速的检查。 RAM自检的原理是:对于每一个RAM的存储单元,先把一个数据写入该RAM的单元,然后再从该单元里读出,判断两者是否一致,如果一致则说明该RAM单元没有损坏。 串行电可擦写存储器E224C64自检的原理是:读出要存放数据的单元内容并进行CRC循环冗余校验,校验不通过发出报警并显示错误代码。 外围电路自检原理是:在规定时间检测因电机旋转所接收的光电脉冲个数来实现电机控制电路的自检;循环发送相应的控制码检测键盘是否存在开路和短路故障;循环显示数字0-9以及A-F,检测是否有数码管损坏和显示驱动电路故障。 2.3 中断程序设计 中断服务程序包括计数器T0、T1和定时器2中断服务子程序,流程分别如图3和图4所示。计数器T0、T1中断服务子程序负责对两路压力传感器信号进行计数,定时器2中断服务子程序负责读取T0、T1的计数处理并向LED数码管送输出显示。 2.4 系统的软件设计关键技术 2.4.1 系统的数学模型及软件实现 设Mu、Md分别为轮胎内、外侧的不平衡值,Uu、Ud分别为内、外侧两个压力传感器的输出信号。数学模型如图5所示,图中矢量为轮胎直径、宽度、电机转速、距离特征矢量常数。为了简化程序的编写及提高程序的执行效率,把标定系数以及系统其它参数存放于E2PROM电可擦写存储器或只读程序存储器中,使用查表和插值方法进行数据处理。 2.4.2 多级中断嵌套程序的处理 89C668 有8个中断源,4 个中断优先级,中断优先级高、低字节寄存器构成了4 级中断结构。每个中断的优先级的决定如表1所示。 系统中有两路压力传感器送计数器T0、T1的引起的中断,又有定时器中断和外部中断,必须协调处理。程序中设置T0、T1的中断优先级最高,外部中断优先级最低。但是在定时器中断程序中要读取T0、T1的计数器值,采取连续读两次的方法解决低字节向高字节进位可能引起的读数错误。 2.4.3 电机启动、刹车控制电路及程序编写要点 电机频繁的启动和关闭会引起电机发热甚至烧毁,因此在设计电机保护电路的同时软件也严格限制,程序中设置电机启停标志,并对电机转速进行测量报警,避免上述情况发生,增加系统的可靠性。 3 抗干扰措施 由于系统应用环境复杂,采用硬件和软件相结合的多种抗干扰3措施来增强系统的可靠性。 3.1 系统采用的硬件抗干扰措施有 采用低通滤波技术改善电源波形,抑制电源对系统的干扰;绘制印刷电路板时严格控制主机接地和屏蔽接地;使用光耦消除地线环绕和磁场影响,并注意光耦的输入和输出隔离。 3.2 系统采用的软件抗干扰措施有 3.2.1 数字滤波4 系统采用限幅平均滤波法,对压力传感器信号,89C668定时器2中断程序每10ms读取计数器T0、?T1的采样计数值,并将数据从小到大的顺序排