基于單片機的胎壓監測裝置設計

張威?王寧波?陳美玲

摘? 要：以STC89C51為控制核心，傳感器測量汽車的輪胎的氣壓和溫度，并將傳感器測得的壓力和溫度數據通過液晶顯示屏顯示出來，以此來通知駕駛員，在胎壓出現異常時，提前預警。此設計用3個按鍵來設置輪胎壓力溫度的限值，來與測得的實時數據進行比較，當設定好壓力和溫度范圍之后，一旦輪胎的實際壓力和溫度超過設定好的數值時，警報器響起來，警報燈會亮起來，系統中還加了存儲器，在系統斷電也能很好地保存數據。經過測試，此胎壓檢測裝置能夠實現設置，存儲，預警的功能。

關鍵詞：胎壓監測;溫度測試;預警

中圖分類號：TP873? ? ?文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2022）02-0070-05

Abstract： Taking STC89C51 as the control core， the sensor measures the tire pressure and temperature of the vehicle， and displays the pressure and temperature data measured by the sensor through the LCD screen， so as to inform the driver and give early warning in case of abnormal tire pressure. This design uses three keys to set the temperature limit of tire pressure to compare with the measured real-time data. After setting the pressure and temperature range， once the actual pressure and temperature of tire exceed the set value， the alarm will sound and the alarm light will light up. The system also adds a memorizer to save the data very well when the system is powered off. After testing， the tire pressure detection device can realize the functions of setting， storage and early warning.

Keywords： tire pressure monitoring; temperature test; early warning

0? 引? 言

當下因為經濟飛速地發展，汽車成了幾乎人人必備的交通工具，Speed變得愈來愈快，所以汽車行駛時候的安全性也變得極為重要，而造成車禍很重要的原因就是輪胎爆炸。根據相關資料顯示，在中國，因為輪胎爆炸而造成的車禍占絕大多數，所以在汽車行駛的時候必須防止輪胎爆炸，而決定汽車輪胎爆炸是否的關鍵因素就是輪胎的壓力與溫度，即汽車輪胎壓力監測系統（簡稱TPMS）。在汽車上安裝TPMS可以防止這些交通事故[1]。

車輛的每一個輪胎里都安裝有壓力傳感器，傳感器可以實時監測輪胎內部的氣體壓力，所測得的信號可通過單片機信號收發裝置調制后通過無線電波放射出去，駕駛室的電子屏幕接收這一信號，并顯示在屏幕上，一旦超過所設定的限值，便會發出報警。間接型和直接型是目前大多數TPMS兩個最主要的類別;第一種是利用Velocity difference來監視輪胎的壓力情況，但是當汽車行駛速度非常高的時候，所測量的數據的精度便會大大降低;第二種就是利用壓力傳感器來實時檢測汽車的輪胎壓力，精確度高，所以被普遍使用于TPMS上。

因此設計一個可以檢測4只輪胎的胎壓值，并用液晶顯示器顯示;當胎壓超過一定值時進行告警是非常有意義的。

1? 系統的總體設計

在選擇器件時需要注意，不同的模塊有不同的功能，而且每個模塊都有很多種不同的實現方法，但在實際的運用中，要選擇最合適的方案來進行設計。控制系統的硬件電路由五大模塊以及相關的外圍電路組成，選擇適合本次設計的器件，并將各個模塊的器件合理組合最終完成系統硬件電路的設計。

采用的主控芯片是STC系列的單片機。因其功耗較低，并且有著較強的抗干擾能力，而且它能和大部分常用的傳感器模塊、通信模塊相連接，所以選用STC89C51單片機作為主控芯片。本設計的具體系統方案，如圖1所示。

2? 系統硬件設計

STC89C51是51單片機系列中性能較好、功耗較低的一款微處理器，它繼承了其他51單片機經典的內核，但在其他方面做了重大的改變，它擁有4K的片內存儲空間，這可以使它能很好地保存數據，即使在使用過程中出現斷電等故障，也無傷大雅，因為它可以做到斷電保存數據。

本設計以STC89C51為控制核心，汽車輪胎的氣壓和溫度可以通過傳感器測得，并將傳感器測得的壓力和溫度數據通過液晶顯示屏顯示出來，以此來通知駕駛員。用了3個按鍵來設置輪胎壓力的溫度的限值，來與測得的實時數據進行比較，當設定好壓力和溫度范圍之后，一旦輪胎的實際的壓力和溫度超過設定好的數值時，警報器響起來，警報燈會亮起來，系統中還加了存儲器，所以系統斷電也能很好地保存數據。

復位電路包括了上電自動復位和開關復位兩種復位模式，如圖2所示。當系統接入電源的時候，電容相當于開路，所以電源就全都作用在電阻上，復位端口輸入高電平，因此整個系統被復位，這就是所謂的上電復位。當按下自帶的按鈕之后，電容被短路，電源跟上次一樣全部作用于電阻之上，復位端口的輸入為高電平，整個系統復位，這就是所謂的按鍵復位。

硬件選取按照需求分別采用LCD1602液晶顯示屏，它可以顯示出其他顯示屏不能顯示的東西，比如說：字母，字符，數字以及其他我們可以通過人為編程所自定義的符號。它與其他的液晶顯示屏控制原理基本相同，但耗能低，運行速度快，運行流暢等特點。

采用EMP180氣壓溫度傳感器，該傳感器工作時的電壓較低，所以損耗較小，整體性能較好，工作穩定，但是不能防水，所以對工作環境要求較高。該傳感器中已經儲存了個人的校準數據，這可以用來補償偏移量和其他的一些參數。

選擇AT24C02存儲芯片，它的存儲容量為2 KB，該芯片可以儲存256個8位字節，而且耗能很低，它具有與其他芯片不同的讀寫保護功能，因為片內有頁寫入緩沖區。它具有片內子地址尋址和芯片尋址兩種尋址方式。它的可靠性參數如表1所示。

選擇有源電磁式蜂鳴器，它的正常的工作電壓為5 V。但它有一個缺點：它的正常工作電流稍微有點大，所以C51單片機的外部I/O口無法直接驅動這個蜂鳴器運行，所以要用PNP三極管組成一個放大開關電路來驅動它。蜂鳴器工作的條件：單片機的輸入/輸出接口輸出低電平時，三極管電路導通;蜂鳴器不工作的條件：單片機的輸入/輸出接口輸出接口輸出高電平時，三極管電路截止，蜂鳴器沒有電流流過，處于非工作狀態。具體接線圖如圖3所示。

使用直流5 V電源作為系統的供電電源，利用外部適配器將家用220 V電壓轉換成5 V電壓輸出為系統的的硬件各模塊供電。電路設計中通過S1按鍵開關輸入的5 V直流電壓。電路中的C1電容與R2電阻起到了濾波和穩壓的作用，以保證輸入穩定的5 V直流電壓，LED0為電源指示燈用于輸出電源接通提示。

采用了兩個LED燈來進行報警，當檢測到的溫度超過當前設定的限值，而壓力沒有超過當前所設定的限值，路燈便會亮起;當檢測到的壓力值超過所設定的限值，紅燈便會亮起來;當所測量到溫度和壓力的值都超過當前所設定得限值，綠燈和紅燈都會亮起來;當溫度與壓力都沒有超過設定的限值，兩個燈變都不會亮起來。硬件設計原理圖如圖4所示。

3? 系統軟件設計與仿真調試

采用Keil μVision4進行編程實現。此平臺應用相對簡單，方便開發人員使用，可以在單片機程序開發時還可以生成單片機能直接運行的.hex文件，通過相關的編譯器或串口助手與單片機進行連接，使用單片機RXD、TXD串口進行編譯下載。在編寫程序時采用靈活的模塊化編程方式，主程序是硬件電路驅動程序的主體部分，它保證了程序運行的先后順序，以及執行中斷指令的時間，將各個模塊的程序進行調用，使編程清晰簡單，不易出現錯誤。

一個程序必須包含主程序和其他函數，比如讀寫程序，顯示程序等等。此設計的主函數流程圖如圖5所示。一開始對顯示器進行初始化，然后讀取存儲在存儲芯片里的數據，再進行安檢監測，按鍵監測正常后，便可以來處理傳感器所測得的一些數據，將它顯示在液晶屏幕上;如果監測不正常，屏幕則會顯示設置頁面。

本設計中采用Proteus軟件對系統的運行進行仿真調試，仿真設計的電路圖如圖6所示。

本設計采用LCD液晶顯示屏來顯示溫度和壓力，其運行狀態如圖7所示。

仿真運行時，當壓力值超過設定值時，系統進行報警，蜂鳴器開始工作發出聲音，警報燈發光。此時的仿真運行結果如圖8所示。

實現了3個按鍵來設置輪胎壓力的溫度的限值，來與測得的實時數據進行比較，當設定好壓力和溫度范圍之后，一旦輪胎的實際的壓力和溫度超過設定好的數值時，警報器響起來，警報燈會亮起來。

4? 結? 論

本系統以STC89C51為控制核心， 汽車的輪胎的氣壓和溫度可以通過傳感器測得，并將傳感器測得的壓力和溫度數據通過液晶顯示屏顯示出來，以此來通知駕駛員。通過監測輪胎的氣壓和溫度兩個感應參數，用了3個按鍵來設置輪胎壓力的溫度的限值，來與測得的實時數據進行比較，當設定好壓力和溫度范圍之后，一旦輪胎的實際的壓力和溫度超過設定好的數值時，警報器響起來，警報燈會亮起來。實現了汽車胎壓監測裝置的可靠性、穩定性、安全性和經濟性。從仿真調試的結果看，實物能夠穩定的運行，并實現了設計目標中對系統功能的要求，不僅可以測量壓力，而且可以實時測量溫度。系統中還加了存儲器，能夠在系統斷電也能很好地保存數據。

參考文獻：

[1] 張慶良，高志賢.基于NPX1的胎壓監測系統設計 [J].現代制造工程，2013（12）：38-40+92.

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作者簡介：張威（1982—），男，滿族，吉林四平人，技術經理，助理工程師，本科，研究方向：自動化控制，工業自動化。