1、存档日期： 存档编号： 本科生毕业设计（论文）论 文 题 目：基于单片机的胎压监测系统设计姓 名： 学 院： 电气工程及自动化 专 业： 电气工程及其自动化 班 级 、 学 号 ： 指 导 教 师： 江苏师范大学教务处印制II摘要随着时代发展和科技进步汽车已成为了人们常用的且离不开的交通工具。随着汽车数量的增多交通事故发生的数量也越来越多，而其中汽车轮胎压力正常与否成为重要因素。据汽车工程师学会统计,美国每年由于轮胎欠压以及渗漏造成的有 26 万左右起交通事故。而在中国这原因也高达有大约 70。所以,对汽车爆胎的监测和解决方法已成为安全驾驶的重要发展方向,而其中确保轮胎有着正常合适的胎压是解决
2、的这个问题的重中之重。目前成熟的汽车压力检测系统有直接式和间接式。因为直接测量方法可靠方便，所以在本文中我选用了这种方法。另外在文中对多种传感器进行了比较最终确定方案为使用 SP12 传感器，SP12 作为一种数字式汽车专用胎压监测传感器具有优良的性能。为了降低功耗，本文采用了低频唤醒方法。所谓的低频唤醒方法，就是在驾驶室内用 MC33690 芯片构成了低频信号发射电路，同时我在轮胎内部安装了 LC 低频信号接收电路，用于接收唤醒信号，从而唤醒单片机。最后，为了提供稳定的电源用于给系统供电，我选用了 ABLE（爱博尔）公司的 ER2450。 另外因为文中数据大多为通过无线传输，所以我选用 NR
3、F24L01 射频芯片进行传输信息。而定位问题则是利用频分方法结合跳频接收方式来确定车轮位置。该监测系统的使用范围是 100-400 千帕,系统精度可以达到 1.4 千帕。关键词: 汽车胎压 监测 SP12 NRF24L01IIAbstractWith the development of science technology and economics, car has been important vehicle that people can not been without. However, the increasement of the amount of cars leads t
4、o more and more traffic accidents happened. In these, the pressure of tyre is key factor.According to SAE (society of automotive engineers), about 260,000 accidents is caused by the lack of pressure of tyre. And in china, about 70% accidents are caused by tyre burst. So, preventing tyre burst has be
5、en an important issue. As far, TPMS is divided into two kindsdirectly and indirectly. In this paper, I select the first one for its convenience.In addition, compare of three kinds of sensors is made. At last, SP12 is chosen. As a kind of sensor used specially in car, SP12 has a good character. To lo
6、wer the power consumption, I choose the mode of awakening by low frequency. MC33690 is used to transfer a signal with a low frequency. And this signal is received by a LC circuit. To support a steady power, ER2450 was used, which is made by ABLE company. The most of information is transferred in the
7、 mode of wireless. NRF24L01 is used to transfer pressure. And which tyre can be located because the frequency of transferring in every tyre is different. The range of working is from 100KPa to 400KPa. The precision is 1.4KPa.IIIKey words: tyre pressure monitoring SP12 NRF24L0IV目 录摘要 .IABSTRACT.II1 绪
8、论 .11.1 课题产生背景及其意义 .11.2 国内外发展状况 .11.3 拟采取的研究方法及选用技术 .21.4 本论文的内容简介 .32 TPMS 分类及原理介绍 .42.1 间接式 .42.1.1 计算式间接 .42.1.2 磁敏式间接 .42.1.3 基于 SAW 方式 .52.2 直接式 .53 系统的总体设计 .73.1 系统的需求分析 .73.1.1 工作环境 .73.1.2 技术分析 .73.1.3 汽车轮胎爆胎原因分析 .73.2 系统的总体设计 .83.2.1 总体设计 .83.2.2 检测模块设计 .93.2.3 主机部分设计 .94 元器件介绍 .10V4.1 传感器
9、 .104.1.1 英飞凌的 SP12，SP12T,SP30 .104.1.2 飞思卡尔的 MPXY8300 系列 .114.1.3 GE 的 NPX 系列 .124.1.4 三种传感器比较 .124.2 MCU .134.3 RF 射频收发芯片 .134.3.1 模块简介： .134.3.2 模块电气特性 .144.3.3 模块引脚说明 .144.3.4 模块与单片机接口电路 .154.3.5 工作模式控制 .164.3.6 数据和控制接口 .164.4 MC33690 .174.4.1 特点 .174.4.2 引脚图 .184.5 供电电源 .184.6 天线 .184.7 液晶屏 .19
10、4.8 结论 .195 系统关键问题的解决 .205.1 功耗问题 .205.2 轮胎定位问题 .205.3 NRF24L01 跳频接收 .216 硬件设计 .226.1 传感器部分电路设计 .226.2 采样端 RF 发射部分电路设计 .226.3 低频信号接收电路 .23VI6.4 显示电路 .246.5 低频信号发射电路 .246.6 主机电路 .257 软件设计及仿真结果 .267.1 总体设计 .267.2 运行 LCD 显示子程序 .277.3 射频发射子程序 .287.4 射频接收子程序 .297.7 液晶屏显示仿真结果 .30总结 .32致谢 .33参考文献 .34附录 .35
11、江苏师范大学本科生毕业设计 基于单片机的胎压监测系统设计11 绪论1.1 课题产生背景及其意义随着交通运输的不断发展，汽车数量和车速也越来越高。而伴随着的则是对安全严重考验。而爆胎，疲劳驾驶，超速已经成为了三大交通事故杀手。而其中以汽车爆胎的难预测和不确定性成为了司机头疼不已的事情。据统计，在中国因为爆胎引发的事故比例达 70%，在美国更是高达 80%。因此怎么样防止汽车爆胎原因成为了一项重要课题。据国家轮胎质量监督中心专家研究发现，汽车轮胎气压正常与否是一项重要因素。因此汽车轮胎压力监测系统（Tyre Pressure Monitoring System 简称 TPMS）则变成了最理想的工具
12、。汽车轮胎压力监测系统应运而生。所以轮胎气压情况检测是必须的，而气压量是无法通过肉眼观测的，而且在高速行驶时也是不实际的，TPMS 可以帮助人们随时随地不间断的监测气压量。从经济性上考虑，据统计和试验验证气压量每下降十分之一而轮胎的寿命会缩短四分之一 1。不仅如此，从油耗上看，汽车轮胎气压量下降时会使得轮胎与地面摩擦力下降，而且轮胎抓地力不牢导致油耗会上升。根据实验研究气量下降十分之一时在相同油量下汽车行驶会下降 2%。同时在汽车保养方面，当气压量下降时汽车底盘下沉，悬挂系统也会受到损伤，时间一长造成极大的经济损失。不仅如此，这些损伤还会造成交通事故，造成人身安全危害。因为这些重要方面原因，各
13、个国家先后将 TPMS 列为汽车必备系统之一。而其中美国作为先驱者始终保持着领先地位。1.2 国内外发展状况美国早在 2003 年就通过了 TRAD 法案，其规定了美国所有汽车 2007 年起必须安装 TPMS。另外 2004 年美国国家公路安全管理局规定了 TPMS 在汽车胎压低于标准值的 25%-30%时向司机报警。继美国之后，欧洲也开始着手制定其标准 2。第一个 TPMS 的是由英国美达公司成功研制的。2004 年，在美国博览会上，加拿大的一家汽车轮胎设备制造厂展出了世界上第二套 TPMS。2003 年日江苏师范大学本科生毕业设计 基于单片机的胎压监测系统设计2本的阿尔卑斯电气公司成功研
14、制出了无需电池的 TPMS。生命是极其可贵的。随着外国标准的制定以及技术的发展，我国对于汽车使用的 TPMS 也开始制定标准。而今，随着国家政策的投入和批准，以及人民对生命安全的重视，这项产业也开始蓬勃发展。我国在 2000 年开始 TPMS 系统的研究和引入，并于 2004 年步入高潮。1.3 拟采取的研究方法及选用技术大部分的 TPMS 系统主要部分有：位于汽车轮胎内部的远程胎压监测模块（Remote Tyre Pressure Monitoring）即是使用 nrf24L01 和 SP12 组合而成的检测模块和安在驾驶台上的监视器（LCD 显示器）即接收器与液晶屏显示。安装在每个轮胎内部
15、的测量轮胎压力，将测量得到的信号经过 nrf24l01 调制后通过高频无线电波（RF）发射出去。通常情况下一个 TPMS 系统有 4 个RTPM 模块。驾驶室内的监视器接收由 nrf24l01 模块传回的信息，并将数据在屏幕上显示，供驾驶者加以参考。一旦汽车轮胎发生了异常情况，驾驶室内的监视器可以根据不同的异常情况，发出报警信号。TPMS 大体分为两种类型：间接式，它利用的是轮胎速度差，从而可以监测轮胎状况，但其缺点是无法对多个轮胎不正常状态做出准确判断且在高速下也无法做出判断。第二种直接式 TPMS，它使用压力传感器直接测量压力得出数据，并通过高频传出信号。监视器可以动态显示气压值，并可以在
16、不正常状态下向驾驶员提出报警。经实验证明直接式要比间接式方便和精确。因此许多汽车制造厂商采用了直接式方式。现在国内各个汽车厂家也开始追随世界潮流，在自己的汽车上安装直接式检测系统，但大多为国外成品，自主能力较差发展潜力较深。本设计选用的是直接式测量方法。它以 PIC16F628 单片机为核心,并包括三合一集成式传感器芯片 SP12 和 2.4 GHz 全双工无线通信收发模块nRF24013。SP12 在单片机控制下检测压力传输数据。并以数字量形式输出,再经过单片机 MCU 打包后通过 nRF2401 调制成高频发射出去。而同时,也可以利用 24l01 传输控制信号 4。而在接收方在接收信号后经
17、过数据调整再通过液晶屏显示。江苏师范大学本科生毕业设计 基于单片机的胎压监测系统设计31.4 本论文的内容简介本论文的章节安排如下：第 1 章：主要介绍了汽车轮胎压力监测系统的研究背景和意义，分析了汽车轮胎压力对汽车运行的影响，并介绍了国内外 TPMS 发展状况。第 2 章：介绍了 TPMS 的分类和测量原理以及对爆胎原因进行了介绍。第 3 章：大体介绍了该系统的设计方案，以及该设计所需达到的要求，外界环境状态，以及对技术要求进行了分析。第 4 章：详细的介绍了文章所使用的各种芯片，以及选用芯片的标准。重点介绍了射频芯片和低频发射芯片和比较了压力传感器的优缺点。第 5 章：提出了在设计中所遇到的关键的两个问题，并提出了多种解决方案，在这些方案中选择了最为合适的方案加以实际解决。第 6 章：将各部分电路图展示，并加以详细的说明介绍。第 7 章：大体说明了软件设计流程，对软件设计提供了详细的指导。另外对结果进行了仿真测试。
