基于STC12LE5A60S2單片機(jī)的負(fù)氣壓平衡儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)

候昭壘　白洪彥

摘 要：為了滿(mǎn)足對(duì)負(fù)壓平衡性檢測(cè)的需求，文章提出了一種基于STC12LE5A60S2的負(fù)壓平衡性的檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并完成了該系統(tǒng)的檢測(cè)和顯示設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)的檢測(cè)部分主要由四個(gè)定制的負(fù)氣壓傳感器采集負(fù)氣壓輸入信號(hào)，顯示部分采用了4.3英寸的TFT液晶屏，通過(guò)顯示對(duì)應(yīng)的柱狀圖來(lái)表征各路壓力的平衡性。實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)便、測(cè)試準(zhǔn)確、顯示直觀的特點(diǎn)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：負(fù)氣壓；平衡儀；STC12LE5A60S2；壓力輸入；顯示直觀

引言

自汽車(chē)誕生以來(lái)，汽車(chē)維修業(yè)便一直伴隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展而成長(zhǎng)。汽車(chē)維修業(yè)已成為交通運(yùn)輸業(yè)必不可少的服務(wù)性支柱與保障。近年來(lái)，汽車(chē)科技和電子技術(shù)的迅猛發(fā)展使得汽車(chē)電子化的進(jìn)程日益加快。各種高新技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)提高汽車(chē)的安全性、平順性、可靠性和舒適性等各項(xiàng)技術(shù)性能起到了極大的促進(jìn)作用。與此同時(shí)，與之關(guān)系緊密的汽車(chē)維修業(yè)也受到前所未有的壓力和挑戰(zhàn)。最終，相應(yīng)的高新技術(shù)將汽車(chē)維修行業(yè)的方方面面武裝起來(lái)，從而推動(dòng)汽車(chē)維修業(yè)的發(fā)展進(jìn)步[1]，這使得以高科技為核心的汽車(chē)電子行業(yè)蓬勃發(fā)展。為了快速直觀的檢測(cè)汽車(chē)氣缸負(fù)壓的平衡性，文章基于宏晶單片機(jī)科技有限公司的STC12LE5A60S2單片機(jī)[2]結(jié)合定制的壓力傳感器HM9100[3]和4.3英寸TFT彩色液晶屏提出了負(fù)氣壓平衡儀系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“平衡儀系統(tǒng)”）設(shè)計(jì)方案。經(jīng)實(shí)際檢測(cè)與試驗(yàn)，該系統(tǒng)能夠精確檢測(cè)汽車(chē)氣缸負(fù)氣壓的平衡性。

1 系統(tǒng)需求分析

為滿(mǎn)足采集汽車(chē)氣缸四個(gè)負(fù)氣壓檢測(cè)口同時(shí)檢測(cè)其負(fù)壓的平衡性的要求，必須采用四個(gè)定制的負(fù)氣壓傳感器同時(shí)接在汽車(chē)四個(gè)負(fù)氣壓接口位置，并保證四個(gè)傳感器與汽車(chē)氣缸的距離相等。結(jié)合STC12LE5A60S2、HM9100壓力傳感器和4.3寸TFT液晶屏的電氣特性，經(jīng)過(guò)分析得到STC12LE5A60S2的輸入/輸出信號(hào)共分為以下兩部分：4路來(lái)自HM9100的輸入模擬信號(hào)和21路的輸出顯示信號(hào)，其中包括8路液晶屏行信號(hào)，8路液晶屏列信號(hào)，1路行選信號(hào)，1路列選信號(hào)，1路復(fù)位信號(hào)，1路寫(xiě)控制信號(hào)，1路讀控制信號(hào)和1路復(fù)位控制信號(hào)。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，4路模擬信號(hào)采集接口電路負(fù)責(zé)采給外部壓力傳感器提供5V工作電壓并采集外部傳感器的模擬電壓信號(hào)輸入，4路模擬信號(hào)電壓跟隨電路對(duì)采集到的模擬電壓信號(hào)進(jìn)行跟隨和放大信號(hào)電流，再經(jīng)過(guò)4路模擬信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換電路把采集到的0V～4.9V線(xiàn)性地轉(zhuǎn)換到0～2.45V后輸入到STC單片機(jī)的ADC采集IO口上，STC單片機(jī)采集并計(jì)算輸入的模擬電壓信號(hào)后輸出到4.3寸TFT液晶屏上以柱狀圖的高度來(lái)顯示各路電壓信號(hào)的大小以供比較參考。對(duì)于12V到5V的電壓轉(zhuǎn)換電路，文章設(shè)計(jì)采用了CTY78L05三端穩(wěn)壓芯片；對(duì)于12V到3.3V的電壓轉(zhuǎn)換電路，文章設(shè)計(jì)采用了LM2576S-3.3電壓轉(zhuǎn)換芯片。

3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)核心部分電路設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)核心部分采用宏晶科技的STC12LE5A60S2單片機(jī)，該單片機(jī)具有但不限于以下性能及特點(diǎn)[2]：

高速：1個(gè)時(shí)鐘/機(jī)器周期，增強(qiáng)型8051內(nèi)核，速度比普通8051快6-12倍；寬電壓：2.1-3.6V；低功耗設(shè)計(jì)：空閑模式（可由任意一個(gè)中斷喚醒）；工作頻率：0～35MHz，相當(dāng)于普通8051的0-420MHz；60K字節(jié)片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器，擦寫(xiě)次數(shù)10萬(wàn)次以上；1280字節(jié)片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；大容量片內(nèi)EEPROM功能，擦寫(xiě)次數(shù)10萬(wàn)次以上；ISP/IAP，在系統(tǒng)可編程/在應(yīng)用可編程，無(wú)需編程器/仿真器；8通道10位高速ADC，速度可達(dá)25萬(wàn)次/秒，2路PWM還可作2路D/A使用；2個(gè)16位定時(shí)器（兼容普通8051定時(shí)器T0/T1），2路PCA可再實(shí)現(xiàn)2個(gè)定時(shí)器；硬件看門(mén)狗（WDT）；雙串口，全雙工異步串行口（UART），兼容普通8051串口，分時(shí)復(fù)用可作3組使用； 先進(jìn)的指令集結(jié)構(gòu)，兼容普通8051指令集，有硬件乘法/除法指令；通用I/O口（PLCC44封裝）40個(gè)。

STC12LE5A60S2的引腳分布，文章系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用該單片機(jī)的P1.0-P1.3口的第二功能即ADC0～ADC3做模擬電壓信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換，使用P0口做液晶屏列選數(shù)據(jù)線(xiàn)，使用P2口做液晶屏行選數(shù)據(jù)線(xiàn)，使用P1.4、P1.5、P1.6、P3.6及P3.7做液晶屏的時(shí)序及讀寫(xiě)控制數(shù)據(jù)線(xiàn)，P3.0/RxD和P3.1/TxD做在線(xiàn)編程下載接口，采用外部高速晶體振蕩時(shí)鐘電路[4]。

3.2 系統(tǒng)電壓轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)供電電壓為12V，需要經(jīng)過(guò)電壓轉(zhuǎn)換后才能供給STC單片機(jī)、TFT液晶屏和傳感器接口使用。此外，還需要把傳感器的輸入電壓經(jīng)過(guò)線(xiàn)性變換成0-3.3V范圍以?xún)?nèi)的電壓后才能接入到單片機(jī)的ADC采集接口。

4 系統(tǒng)硬件編程設(shè)計(jì)

結(jié)合系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)，在Keil uVision 3開(kāi)發(fā)環(huán)境下對(duì)51單片機(jī)進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)所需要的采集和顯示功能。

負(fù)氣壓平衡儀系統(tǒng)中的單片機(jī)自系統(tǒng)上電初始化后檢測(cè)模擬信號(hào)輸入，等待ADC接口的中斷。如果有模擬信號(hào)輸入觸發(fā)ADC接口中斷，則系統(tǒng)采集壓力傳感器的電壓，經(jīng)過(guò)計(jì)算電壓對(duì)應(yīng)的液晶屏像素高度后在液晶屏上用柱形顯示，然后觀察比較四個(gè)柱形高度即可判斷汽車(chē)氣缸的四個(gè)氣壓檢測(cè)口是否平衡。

5 實(shí)驗(yàn)應(yīng)用

該平衡系統(tǒng)用于某型汽車(chē)氣缸的負(fù)氣壓平衡性檢測(cè)。在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，首先把四個(gè)定制的負(fù)氣壓傳感器通過(guò)同等長(zhǎng)度的橡膠軟管連接到氣缸負(fù)壓檢測(cè)接口，把四個(gè)傳感器按照預(yù)定的順序和編號(hào)連接到系統(tǒng)電路板的信號(hào)采集接口，然后給系統(tǒng)電路板上電，液晶屏點(diǎn)亮后啟動(dòng)汽車(chē)，觀察并比較液晶屏上對(duì)應(yīng)的柱形的高度，將得到的結(jié)果與汽車(chē)4S維修內(nèi)檢修系統(tǒng)的結(jié)果進(jìn)行比較。如果比較結(jié)果不正確，需要進(jìn)行ADC值轉(zhuǎn)換校準(zhǔn)后重新進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，該平衡系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠、顯示直觀易懂。

6 結(jié)束語(yǔ)

該平衡系統(tǒng)采用具有10位高速AD采集轉(zhuǎn)換的STC12LE5A60

S2單片機(jī)作處理器，并采用模塊化設(shè)計(jì)思想，提高了系統(tǒng)的可靠性和維護(hù)性。該平衡系統(tǒng)已用于某汽車(chē)4S維修店內(nèi)汽車(chē)氣缸負(fù)氣壓平衡性測(cè)試，實(shí)際應(yīng)用表明該測(cè)試系統(tǒng)具有測(cè)試準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠、結(jié)果顯示直觀易懂等特點(diǎn)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)

[1]萬(wàn)睿哲，莊建峰.汽車(chē)維修發(fā)展趨勢(shì)[J].汽車(chē)運(yùn)用，2012（5）：31.

[2]姚永平，等.STC12C5A60S2系列單片機(jī)指南[Z].2013.

[3]張錕，劉鐵輝.深圳恒敏傳感科技有限公司HM9100規(guī)格書(shū)[Z].