车辆工程毕业设计67基于单片机的汽车轮胎胎压监测系统的设计与实现

1、精选优质文档-倾情为你奉上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 学生姓名： 指导教师： 职 称： 副教授 The Graduation Design for Bachelor's DegreeDesign and Implemtation of Tire Pressure Detection System based on SCMCandidate：Zhang LongfeiSpecialty：Vehicle engineeringClass： 07-8Supervisor：Associate Prof. F

2、anDehuiHeilongjiang Institute of Technology 专心-专注-专业摘 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

3、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

4、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 ti

5、re 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 abn

6、ormal 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 expla

7、in 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

8、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 initializati

9、on，data measurement and processing，send and receive proceduresKey words：tire pressure monitoring system，wireless communication technologysensor,anti-jamming，RF transceiver，C language目 录第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

10、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

11、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

12、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

13、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

14、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(S

15、marTire 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

16、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”，

17、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

18、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：

19、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

20、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

21、、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

22、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275k

23、pa)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

24、：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L

25、ED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

26、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

27、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

28、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

29、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

30、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

31、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

32、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。RE

33、F（+）：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

34、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

35、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* D

36、escriptions:The original version* Modified by:* Modified date:* Version:* Descriptions:#include"include.h"* Name: delayb()* Function: 延时程序void delayb(int count) /delay unsigned int i; while(count) i=200; while(i>0) i-; count-; * Name: dsreset()* Function: DS18B20初始化程序void dsreset(void)

37、/DS18B20初始化 unsigned int i; DS=0; i=103; while(i>0)i-; DS=1; i=4; while(i>0)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(i>0)i-; return (dat);* Name: tmpread()* Function: DS18B20读取字节程序unsigne

38、d char tmpread(void) /读一个字节 unsigned char i,j,dat; dat=0; for(i=1;i<=8;i+) j=tmpreadbit(); dat=(j<<7)|(dat>>1); /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;

39、 bit testb; for(j=1;j<=8;j+) testb=dat&0x01; dat=dat>>1; if(testb) / 写1部分 DS=0; i+;i+; DS=1; i=8;while(i>0) i-; else DS=0; /写0部分 i=8;while(i>0)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 tmpwriteby

40、te(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; temp<<=8; temp=temp|a; /两字节合成一个整型变量。 tt=t

41、emp*0.0625; /得到真实十进制温度值，因为DS18B20/可以精确到0.0625度，所以读回数据的最低位代表的是/0.0625度。 temp=tt*10+0.5; /放大十倍，这样做的目的将小数点后第一位/也转换为可显示数字，同时进行一个四舍五入操作。 return temp; /返回温度值3.2发射单元的硬件电路设计发射电路如图35所示，它包含控制电路和发射电路两部分，分别完成系统的控制功能和发射功能。根据上面传感器单元所述，MCU过PTA3、PTA4、PTA5确定出传感器的测量值，得到数值后运用一定的算法处理后，组成一帧数据然后发送。3.2.1 发射单元控制电路如图所示，RF2有

42、12个IO口，由PTA和PTB 2部分组成，其中PTA包含8个端口，而PTB包含4个端口。单片机通过PTAlPTA5这5个端口与传感器连接，完成数据的传输，同时可以通过4个数据输入引脚ENABLE、DATA、BAND和MODE来控制发射电路的操作模式。图3.5发射单元原理图（一）调制方式的选择引脚MODE作用为模式选择，高电平选择FSK调制方式，低电平选择OOK调制方式；此处将PTA7置为高电平，并将MODE与PTA7相连选择调制方式为FSK。对于FSK调制方式，频率的偏移是依靠外加参考晶振的负载电容的改变来实现的。微处理器PTB2向射频芯片DATA引脚输入的数据逻辑电平控制CFSK引脚的相连

43、的内部开关。DATA=0：开关切断，C4和C5串联的电容作为晶振的负载电容，负载电容小；晶振实际频率高。DATA=1，开关接通，仅C4作为晶振的负载电容，负载电容大；晶振实际频率低。（二）频率的选择RF2通过引脚BAND与PTB0相连用于选择频率。按表36给出的发射器频段选择及相应的匹配晶体振荡器频率。发射输出频率可由下式得出：分频比 （3-1）此处选择引脚BAND为高电平，锁相环(PLL)分频比为32，晶体振荡器频率为1356MHZ。依据式(31)n-I"得出=92MHZ。表3.6频率选择及附加分频器比率BAND引脚输入电平频率(MHz)锁相环（PLL）分频比晶体振荡器频率（MHZ

44、）高电压315329.84433.9213.56低电平868643.2.2 发射单元发射电路RF2内含一个锁相环(PLL)低功耗UHF发射器，电压范围从19V到37V。发射电路的输出级是一个方波开关电流源，通过1个12k的电阻Rl与引脚REXT相连来控制引脚RFOUT的输出电压。DATACLK引脚则是通过发射单元内部的分频电路，产生212KHz的时钟信号脉冲输出给微处理器，作为微处理器的数据时钟的参考频率。引脚RFOUT外接天线匹配电路，通过其与天线相连。天线将RFOUT引脚送来的高频电流能量转变为无线电波并传到空间。3.3发射模块的软件设计软件设计分成两个部分：发射模块软件设计和接收模块软件

45、设计。除了通讯协议外，这两个部分的软件设计没有直接的联系。软件设计语言采用C语言。本节主要介绍了使用语言编程的优点，描述了系统两个模块之间的通讯协议，并对发射模块的工作流程进行了详细的说明。发射模块的软件设计包括数据的采集、判断、传输等几大功能。3.3.1 编程工具选用HENSEICD08JQ开发系统是一套开发人员可以独立开发的关于908QTx、908QYx、908JKx、908JLx等MC68HC908系列的单片机开发工具。该套开发工具包含有用于开发的软件和硬件工具包，软件工具包提供了完全功能版的汇编语言、免费416KB目标码C语言的编译、编辑、全软件模拟仿真、软件模拟硬件仿真和适时在线仿真

46、等功能。该开发工具也可以通过MON08接口开发其他HC08单片机12引。 (1)编程烧录器功能(监控模式(Mon08 MODE)对FLASH进行在线编程)；(2)编译开发板功能(提供给用户最小的调试工作系统)。HENSEICD08JQ编程开发工具集编程器和开发板两种功能于一身，是一种价格低廉、方便实用、功能齐全的开发工具。其性价比优于其他类仿真器。3.3.2编程语言及开发软件的选用C语言是一种从汇编语言向高级语言过渡的语言，因此它既有某些汇编语言的影子，又有高级语言的特征。C语言具有丰富的位操作运算符，允许直接访问物理地址，能实现汇编语言的大部分功能。C语言在大多数情况下其机器代码生成效率和汇

47、编语言相差不大，但可读性和可移植性却远远超过汇编语言，而且C语言还可以嵌入汇编来解决高时效性的代码编写问题。因此本系统编程语言选用C语剖。Codewarrior支持Codefire构架、HC08系列、HCll系列、HCl6系列等芯片。在Codewarrior工具集中，编辑器、汇编器、连接器、调试器和其他软件模块集成在一个IDE(Integrated Development Environment)中，它为这些工具提供了一个调用接口，使这些工具之间可以无缝连接，它们之间的切换可以利用鼠标点击或者菜单命令实现。Codewarrior可以运行在多种不同操作系统包括Windows，Mac OS，Sol

48、aris和Linux等。各种环境下，它的功能和操作方法都一样。Codewarrior的多平台实现的一个最大的优点就是从一个操作系统下开发的用户项目文件可以无需改动的运行在另外一个操作系统下。因此，本系统软件开发选用了Codewarrior的IDE。3.3.3通信协议无线数据通信双方之间的通信协议是指数据帧的构成方式，通讯协议的合理性是影响数据传输可靠性的重要因素之一。在本系统发射模块和接收模块之间进行无线通信时，数据都是以数据帧的格式传输。在无线数据传输中，数据帧中数据字节的表示方式一般有两种，一种是二进制字节方式，一种是十六进制的ASCII方式。二进制字节方式中，字节代表其本身，而十六进制A

49、SCII方式则是由两个字节表示一个实际数据字节，因此其效率只有二进制字节方式的一半，但采用ASCII方式可以避免数据字节与标志字节相混淆，因此可靠性比较高。在本系统中，采用的是十六进制ASCII方式。本系统数据传输率为9600kps，可由软件选择设定；对于MC33594来说，一组报文包括报头，ID，头字以及数据。在使用前ID的值存储在配置寄存器CR2中。ID字像数据一样发送。报头可以按需放在ID前，或者头字前，或者数据前面。报头的内容要确定，否则它可能会被MC33594当成ID或者头字。在FSK调制下，报头可以是4个“1”或者“O”曼彻斯特编码。头字是固定的4位曼彻斯特码0110或者它的补码。

50、数据是以EOM(endof-message)字结尾，它由2个不归零码组成。如果在解码中，MC33594收到的是头字的补码，则它解码后输出的数据也是以原数据的补码形式出现的。图3.7数据帧完整数据示例下面将描述系统的通讯协议。为了方便起见，MC33594的报头，ID以及头字统一用报头表示，这样报头将是4个字节16位。数据是按帧发送的，每帧数据组成如下表所示：表3.8数据帧格式报头设备ID压力温度状态校验和结束字16位32位8位8位8位8位2位报头设置成OxFB86。由上面所述可知，MC33594的报头占4位，可以设置成“1111；ID采用其默认值“1011 1000”，该值存在CR2中，可以根据

51、需要进行改变；头字是固定的4位“0110”。头字是整帧数据报头的最后部分，它不会被解码。也就是说MC33594输出的数据从设备ID开始。设备ID是32位长。这个ID用于标定产品信息。前16位保留用于以后扩展，现在先设置为0xFF；后16位分别标定产品信息和轮胎编号。轮胎编号占两位。数据帧被接收后，MCU将检查这些ID，如果ID与设定不符，数据会被丢弃。ID符合后，数据被保存用于以后处理(显示或者输出)。压力代表了由传感器测量的压力数值，它是个8位的值。温度代表了传感器测量的温度数值，它也是个8位数值。8位数字状态代表了发射模块所处于的状态，这包括模块的供电情况、传输方式等。校验和是8位数据，它

52、的存在可以减少发射模块或者是接收模块以及传输噪声所引起的数据错误的几率。它的值取决于前面的设备ID、压力、温度以及状态位，它等于它们和的相反数。这样，当MCU接收到数据并检验时，如果从设备ID开始到校验和所有的数据相加结果为零，则说明数据传输正常。2位停止位是NRZ编码，它的内容没有实际意义，也不会通过SPI总线传出，它只是代表整帧数据的结尾。MC33594接收到这2位后自动停止接收数据。3.3.4软件设计软件设计是胎压检测系统研究工作的重要组成部分。本系统轮胎温度和压力数据的读取与输出，数据的串行通信和数据的分析、显示、报警等都必须通过软件功能来实现。因此，开发性能优良、工作稳定的应用软件是

53、使整个系统能够正常和可靠运行的前提基础。系统中的四个发射模块最终是安装在车胎上的，而最影响发射模块工作的是电源供电问题。因此为了减少功耗，系统采用定时中断的方式对压力、温度数据进行采集，即只有在定时中断到来时才采集数据，在其他时间系统都处于空闲状态。根据发射模块的功能，可将发射模块软件设计分为数据采集设计和数据处理传输设计两个阶段。为避免多个发射模块同时向接收模块发送数据时造成数据冲突而丢失数据，应在每个随机时间间隔内发送多个数据帧，但这又将缩短电池的使用寿命，并增加了接收器软件的复杂性。解决方法是每次发送2个数据帧，并且每隔3秒发送34个数据帧。初始化RF2用于设置传感器和RF2的功能，主要包括设置内部时钟频率、设置定时中断和调制模式。其程序如下： *-FileInfo-* File name:nRF24L01.c* Last modified Date: 2009-09-3* Last Version:1.0* Descriptions:* Created by:* Created date:2009-09-3* Version: