基于单片机的汽车智能胎压监测预警系统设计

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一、摘要

随着汽车普及程度的不断提高，人们对汽车安全性能的要求也越来越高。目前，汽车安全性能已经成为人们购买汽车时最关注的一个因素之一。TPMS（Tire Pressure Monitor System）系统作为改善汽车主动安全性能的措施之一，得到了越来越广泛的重视。TPMS属于汽车电子主动式安全技术领域，可以对汽车轮胎压力、温度等参数进行实时监控。本次设计是以8052单片机为核心，设计和实现汽车胎压监测系统。该系统是用来自动检测车辆运行过程中轮胎气压，并发出低气压警报的系统。它是驾车者及乘车人员安全保障预警系统。
本文详细描述了TPMS（Tire Pressure Monitor System）的构成及器件选择，节能及安装方面的设计考虑。设计过程中通过对各种压力传感器的对比，本文选择使用BMP180气压传感器以及无线NRF24L01射频芯片，使用BMP180气压传感器对汽车轮胎气压以及温度进行检测，并且通过无线NRF24L01射频芯片把信息传送给主机，最后通过显示器显示信息，从而完成胎压监测系统的设计。

二、系统总体设计

2.1总体设计方案
本设计以汽车为主要研究对象，运用气压传感器获取汽车轮胎胎压所对应的仿真电压值，并将其转换为V/F格式，随后送入单片机进行实时处理，以呈现相应的气压值。在数字气压计时的设计中，必须仔细研究胎压计的使用参数，以确保其不会因使用不当而导致胎压计的损坏，因为胎压计的使用对参数有一定的要求。本文首先介绍了数字式轮胎压力监测系统的原理及组成结构，并详细阐述了该系统的硬件电路设计和软件设计。利用高性能的BMP180压力传感器，汽车轮胎胎压计能够在屏幕上实时显示高精度的轮胎胎压数据，从而实现对轮胎压力的实时监测，当轮胎压力过高或过低时都会自动发出声光报警信号。
汽车胎压监测系统设计的核心是无线胎压检测。本文将介绍一种基于单片机的汽车胎压监测系统设计方案。在实际应用中，胎压检测板被安装于轮胎内部，以便进行胎压检测；另外两个则是传感器模块和信号传输装置，其作用就是将来自外部的信息转换后通过导线传递给控制器，从而实现对汽车内部气压值进行监测。
在汽车轮胎的气压监测系统中，为了实现准确的气压测量，需要将气压传感器产生的模拟电压信号转换成数字脉冲信号。这一过程可以通过A/D转换模块完成，将模拟信号转换为数字脉冲信号，并且该信号的频率与输入电压呈线性关系，这样就能够精确地测量汽车轮胎的气压。接着，单片机将接收到的脉冲信号转换为单位时间内获得的脉冲数，并根据电压与频率的线性关系式计算出相应的实际气压值，从而实现了对汽车轮胎气压的精确测量和监测。通过将A/D转换模块与单片机相结合，可以实现汽车轮胎的快速、准确测量和监测，确保了行车安全。最终将信号传输至无线模块。

图2.1 胎压监测系统总体框图

胎压接收板，主要是由胎压采集板无线模所发出的无线信号传送到胎压接收板无线模块中，为了获取气压传感器产生的模拟电压信号，并将其转换为数字脉冲信号，需要使用A/D转换模块，将模拟信号转换为数字信号。单片机可以通过下载电路将该信号下载至其内部进行处理。再由按键控制及电源转换电路输入后由单片机传输至LCD显示及报警电路中。系统的总体框图如图2.2。

图2.2 胎压接收板系统总体示意图

三、硬件设计思路

汽车胎压检测系统的硬件电路可分为4个部分：气压传感器、电源转换电路、单片机电路和下载电路。
本设计中需要使用稳压器将+5V的输入电压转换成3.3V的输出电压。可以根据实际需要选择合适的稳压器来实现+5V到3.3V的转换，以满足气压传感器的供电需求。同时，需要在电路中保证3.3V供电的稳定性和可靠性，确保气压传感器的正常工作。气压传感器通信协议为IIC协议。在工作过程中，进行非线性校正，得到与输入压力成线性关系的标准电流电压信号。
AMS1117稳压器是一种高性能、低压差的线性调整器。能够为应用提供稳定和可靠的电压稳定输出，最大输出电流可达1A，可实现1V以下的工作电压。在低负载时，系统可以自动调整至恒定的工作电压。随着负载电流的逐渐降低，所产生的压差也逐渐缩小。
采用51系列单片机具有多种优势，如高度的可靠性、低成本、丰富的资源库、易于上手和开发等。此外，采用STC系列单片机还可以方便地进行在线编程和调试，实现程序下载和整体调试。
下载电路又称串口电路，即串口通讯，RXD与TXD与单片机对应位置连接，电源与+5V、GND连接，每次通电后按下开关即可接通+5V、VCC,VCC是整个系统电源,+5V只需将一个开关串在整个系统电源中用于关闭系统功能，对应供电电源连接，单片机每次开机时都会检测到串口那边有没有数据下载过来，若下载到了，则会擦掉Flash中的数据，并将其写入Flash中。

四、效果图

五 、目录

目 录
摘 要 2
ABSTRACT 3
目 录 4
1 前言 1
1.1研究背景及意义 1
1.2国内外研究和发展的概况 1
1.3拟采取的研究方法 2
1.4本文章节安排 3
2 系统总体设计 4
2.1总体设计方案 4
2.2硬件实现平台构建 5
2.3软件开发平台选择及实现语言简介 6
3 硬件设计 7
3.1 硬件设计思路 7
3.2 微控制单元MCU（Microcontroller Unit） 7
3.2.1晶振电路 8
3.2.2供电电路 9
3.2.3复位电路 10
3.3 传感器 10
3.3.1英飞凌SP12 10
3.3.2飞思卡尔MPXY8300系列 11
3.3.3 BMP180传感器 11
3.4显示电路 12
3.5 RF射频收发芯片 13
3.5.1模块及其特性简介 13
3.5.2模块引脚说明及与单片机的接口电路 13
3.5.3模块工作模式控制及数据控制接口 15
3.6 报警电路 17
4 软件设计 19
4.1总体设计 19
4.2软件模块设计 19
4.3 LCD显示子程序 21
4.4射频发射子程序 21
4.5射频接收子程序 23
4.6程序实现环境 26
5 系统实现及测试 27
5.1系统实现 27
5.2系统测试 30
6 结束语 32
参考文献 33
致 谢 34
附录A英文文献 35
附录B代码及原理图 36