【正文】 器的能量消耗提出了嚴格的要求因此采樣端軟件設計是否能很好的做到這一點也就成為 TPMS 系統(tǒng)成敗的關鍵 考慮到傳感 器 SPl2和射頻發(fā)射芯片 nrf401睡眠時的電流消耗最低而發(fā)射數(shù)據(jù)時的電流消耗最大當汽車停止運行的時候可以使系統(tǒng)處于睡眠狀態(tài)那么電能消耗也會降低實際上在選擇傳感器的時候我們已經(jīng)考慮到這一點 SPl2 具有加速度檢測功能我們可以在汽車從靜止到運動的過程中喚醒傳感器模塊． 綜合以上考慮采樣端軟件設計需要特別注意以下三點 1 傳感器在沒有安裝的時候讓系統(tǒng)處于完全的睡眠模式 2 在汽車停止運行的時候使整個系統(tǒng)處于睡眠模式 3 在汽車行駛過程中盡量延長數(shù)據(jù)采集并發(fā)送的次數(shù) 但是從系統(tǒng)可靠性上考慮應該在每次發(fā)生異常情 況如低壓時就應該及時地做出反應并報警提示司機停車處理真正發(fā)揮 TPMS 系統(tǒng)的預警作用 一般的解決方案為系統(tǒng)設景定時喚醒系統(tǒng)異常則立刻發(fā)送數(shù)據(jù)但是一段時間后會停止發(fā)送該異常數(shù)據(jù)若特定時間之后該異常情況還是沒有解除則繼續(xù)發(fā)送如此循環(huán)反復報警如果系統(tǒng)正常則還是按照規(guī)定時間發(fā)送數(shù)據(jù)更新控制器顯示屏數(shù)據(jù)降低電能消耗 在本論文的設計中我們采用的是正常情況下定時發(fā)送與異常情況下實時發(fā)送結合的方式減少了在正常情況下數(shù)據(jù)信號發(fā)送的次數(shù)降低了電池的功耗延長了其使用壽命增加了在異常情況下數(shù)據(jù)信號的次數(shù)極大的發(fā)揮了系統(tǒng)的壓力監(jiān)測功能 工作流程介紹 采樣端的功能主要有兩個階段 第一個階段對整個傳感模塊進行上電復位 第二個階段傳感器測量溫度和壓力將信號傳遞給單片機單片機對信號進行處理也就是調(diào)制生成數(shù)據(jù)幀交給射頻發(fā)射芯片最后由射頻發(fā)射芯片將數(shù)據(jù)幀發(fā)出 下面給出了采樣端工作流程圖 圖 3． 1 圖 32 采樣端軟件流程圖 步串行通訊 1 串行通信接口 SCI 的異步通訊原理 SCI 異步通訊方式采用了標準的 NRZ 格式即一位起始位 8或 9 位數(shù)據(jù)位和一位停止位一般情況下數(shù)據(jù)為 8位第 9位在必要時可作為軟件 校驗碼的存儲位 SCI傳送和接收順序是首先從最低位 LSB 開始 SCI 的發(fā)送器和接收器在功能上是獨立的但它們所用的數(shù)據(jù)格式和波特率必須是相同的 SCI 異步通訊接口包括下面幾部分波特率發(fā)生器采樣電路異步發(fā)送器和異步接收器 2 軟件通訊子程序設計 明白了異步串行通信接口 SCI 原理及其內(nèi)部各時序圖后就可以得出采樣端通信流程流程 圖 33 采樣端通信流程圖 圖 34 發(fā)送函數(shù)流程圖 32 接收端軟件設計 主機軟件采用 c語言編寫在 MPLAB下調(diào)試主機軟件的主要任務是接收解碼數(shù)據(jù)處理下面是對接收端功能的詳細說明 1 接收 和處理數(shù)據(jù) 主機接收波特率設定與發(fā)射機的相同即軟件通過中斷設置來讀取 SBuF 寄存器中的數(shù)據(jù)然后判斷接收到的一幀數(shù)據(jù)格式正確與否再確定輪胎地址的有效性如果該幀數(shù)據(jù)有效那么接著進入數(shù)據(jù)處理程序判斷壓力是否過限最后再確定是否報警 2 手動讀取 程序判斷上述計數(shù)按鈕的中斷然后采用根據(jù)按鍵的不同數(shù)以判斷選擇要讀取的輪胎位置然后立刻顯示該位置對應的當前輪胎 I D 溫度氣壓值 在手動讀取的過程中鍵盤的主要工作過程如下 判別鍵盤上是否有鍵按下 b．如果有鍵按下則應進行掃描判別是哪一個鍵按下 c．去抖動常采用延時程序 d．讀 取閉合按鍵的特征值 e．對特征值進行譯碼獲得按鍵的相應順序號而后再按各鍵的實際定義去執(zhí)行相應的服務程序 3 極限壓力和名義壓力的確定和改變 本設計定義了一個上限壓力一個下限壓力 min 一個漏氣壓力 leak 因為欠壓過壓和漏氣的判別是在駕駛室模塊里面完成的所以只要改變這些值就可以改變報警的標準改變的方法就是用單片機與 RS232 接口跟計算機相連接通過計算機來改變這些值輪胎的 ID 也可以通過計算機來改變也就是改變四個輪胎數(shù)組的頭一個字節(jié)以便實現(xiàn)輪胎在換位的時候進行識別 的通信流程介紹 接收端通信流程的如圖 35 所示 圖 35 接收端通信流程圖 的軟件流程設計 根據(jù)接收端功能要求按照接收端通信流程下面介紹接收端的軟件流程設計上電后 PIC 初始化自身并配置 nrf401LCD 顯示系統(tǒng)信息此后單片機等 待 nrf401 傳來數(shù)據(jù)接到數(shù)據(jù)后單片機進行數(shù)據(jù)校驗接收的數(shù)據(jù)包含的輪胎的 ID與存儲在單片機存儲器中四個 ID做比較如果與其中一個相符數(shù)據(jù)確認有效單片機處理該數(shù)據(jù)并根據(jù)結果決定是否做出氣壓過高欠壓漏氣等預警功能下面是接收端的軟件流程圖 36 圖 36 接收端軟件流程圖 33 PROTEUS 仿真 Proteus 軟件是英國 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具軟件它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能能夠仿真單片機及外圍器件它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具 Proteus 是世界上著名的 EDA 工具 仿真軟件 從原理圖布圖代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真一鍵切換到 PCB 設計真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計是目前世界上唯一將電路仿真軟件 PCB 設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺其處理器模型支持8051HC11PIC101216182430DsPIC33AVRARM8086 和 MSP430 等 2021 年 即將增加Cortex 和 DSP 系列處理器并持續(xù)增加其他系列處理器模型在編譯方面它也支持IARKeil 和 MPLAB 等多種編譯器 1 其功能特點 Proteus 軟件具有其它 EDA 工具軟件例 multisim 的功能這些功能是 1 原理布圖 2 PCB 自動或人工布線 3 SPICE 電路仿真 2 革命性的特點 1 互動的電路仿真 用戶甚至可以實時采用諸如 RAMROM鍵盤馬達 LEDLCDADDA部分 SPI器件部分IIC 器件 2 仿真處理器及其外圍電路 可以仿真 51 系列 AVRPICARM 等常用主流單 片機還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程再配合顯示及輸出能看到運行后輸入輸出的效果配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀示波器等 Proteus 建立了完備的電子設計開發(fā)環(huán)境 本設計利用 Proteus仿真模擬了部分電路下圖為顯示部分電路 LCD仿真模擬圖 37 圖 37 lcd 部分仿真模擬圖 結論 基于單片機的輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)可以有效地對行駛過程中的輪胎的壓力和溫度進行實時測量和顯示提醒駕駛人員根據(jù)相關情況采取必要的措施無論是對于延長輪胎的使用壽命還是對于防止由于輪胎壓力和溫度引起的交通事故都有非常有效的作用 本人在該課題 的研究和設計中所做的工作有 1．在查閱文獻和資料的基礎上深入了解當前國內(nèi)外輪胎汽車壓力監(jiān)測系統(tǒng)的研究和發(fā)展情況以及目前汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的主流設計和今后的發(fā)展趨勢為確定整個系統(tǒng)的設計方案做了充分的準備 2．系統(tǒng)地了解了汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的分類和相關的技術包括各種汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的組織結構和工作原理分析不同方案的輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的區(qū)別比較了它們各自的優(yōu)點和缺點并且從中做出選擇最后確定以基于單片機的直接式汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)作為設計方案 3．在確定方案之后查閱相關的資料和技術文檔了解汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)中所用元器件的特性比較不同元器件的缺點和優(yōu)點根據(jù)汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)對于工作環(huán)境和技術方面的要求選擇適合于所確定方案的芯片 4．對于汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)進行需求分析比較現(xiàn)在已有的其他方案系統(tǒng)設計之中各自的成熟之處和不足點進行總結后完成了本方案的系統(tǒng)總體設計 5．根據(jù)所選擇的元器件仔細閱讀技術文檔進行汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設計 6 完成汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)采樣端和接收端的軟件流程設計并以此為依據(jù)進行代碼的編寫和調(diào)試 第 5 章 社會效益和經(jīng)濟效益 本設計是汽車輪胎壓力監(jiān)測報警系統(tǒng)隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展交通越來 越便利而隨之引發(fā)的交通事故也在不斷增多近年來我國道路交通安全的傷亡形勢十分嚴峻每年交通死亡人數(shù)連年增長其中由于輪胎問題引起的事故比例非常高這就使得人們需要對行駛中的輪胎進行關注輪胎壓力和溫度影響著汽車的使用性能和輪胎的壽命在汽車的高速行駛過程中輪胎故障是所有駕駛者最為擔心和最難預防的也是突發(fā)性交通事故發(fā)生的重要原囚怎樣防止爆胎己成為安全駕駛的一個重要課題而汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng) TirePressure Monitoringsystem 簡稱 TPMs 毫無疑問將是理想的工具并且產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟效益 首 先是社會效益 TPMS 系統(tǒng)是駕車者乘車人生命安全的保障預警系統(tǒng) TPMS特點如下 1 事前主動型安保 汽車現(xiàn)有安全措施如 ABSEDSEPS 安全氣囊等均是事后被動型安保即在事故發(fā)生后刁起到保護人身安全的作用而 TPMS 屬于事前主動型安保即在輪胎出現(xiàn)危險征兆時及時報警駕駛員可采取措施將事故消滅在萌芽狀態(tài) 2 延長輪胎使用壽命 統(tǒng)計表明輪胎氣壓不足行駛車輪氣壓比正常值下降 25輪胎壽命減少 30如果輪胎氣壓過高抓地力就會下降輪胎磨損加快一般認為提高氣壓 25 輪胎壽命將會降低 15一 20汽車輪胎溫度越高輪胎的強度越低變形越大 一般溫 度不能超過 80度當溫度達到 95 度時輪胎的情況非常危險 每升高 l 度輪胎磨損就增加 2 3 減少燃油消耗利于環(huán)保 實驗顯示輪胎氣壓低于標準氣壓值 30油耗將上升 10油耗上升不僅增加車輛運行費用而且增加廢氣排放對環(huán)境的污染加大車輛安裝了 TPMS 系統(tǒng)就能及時發(fā)現(xiàn)車胎氣壓異常有效避免上述現(xiàn)象的發(fā)生不僅降低油耗而且還可減輕對環(huán)境的污染 如此一來 TPMS 將極大程度在交通安全和環(huán)境保護等方面發(fā)揮巨大作用符合當今社會發(fā)展的需要 在經(jīng)濟效益方面 TPMS 市場前景廣闊目前大部分廠家都處在研究開發(fā)階段出貨量不高全國開展 TPMS 研究的廠家接 近 200 家專業(yè)的 TPMS 廠家大約為 30 家TPMS 的研究在中國剛剛起步目前各廠家的重點并非是如何開拓市場而是如何提高產(chǎn)品性能和質量目前國內(nèi)的 TPMS 系統(tǒng)問題不少車內(nèi)需配備專用的主機顯示屏需要在車內(nèi)固定和接線安裝繁瑣影響美觀整車難以配裝不能設定標準胎壓無法保障輪胎合理使用不具備抗干擾的清晰語音提示報警功能會造成駕駛員視線轉移因射頻效率編碼糾錯性能差在惡劣環(huán)境下漏報嚴重直接式 TPMS 產(chǎn)品無線信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性可靠性不足電池壽命問題傳感器壽命和耐久性問題此外 TPMS 零組件主要靠進口缺乏自主知識產(chǎn)權的產(chǎn)品隨著中國加入 WTO 汽車產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展中國正在成為全球最大的新興汽車市場 20212021年中國汽車保有量將以 16以上的速度增長縱觀國際國內(nèi)市場不難看出 TPMS 的市場容量是巨大的尤其國內(nèi)市場幾近空白在這樣的市場需求背景下開發(fā)研究節(jié)能省電靈敏度高可靠性好的 TPMS 無疑具有十分重要的現(xiàn)實意義和經(jīng)濟意義 該 TPMS 系統(tǒng)具有體積小成本低雙向全時的特點對于擁有幾千萬輛汽車的國內(nèi)將具有非常廣闊的市場前景汽車輪胎壓力傳感器芯片開發(fā)對于降低高速行駛的汽車因爆胎引發(fā)的突發(fā)性重大惡性交通事故確保高速公路安全暢通避免人身傷害和家庭悲劇發(fā)生以及整個國 家社會的長治久安和整個國民經(jīng)濟發(fā)展均具有重要的社會現(xiàn)實意義 致謝 當我以學子的身份踏入學院的那天起便已注定我將在這里度過人生中最美麗的青春年華而今當我提筆寫下謝辭這時才驚覺自己即將真正離開了離開這呵護養(yǎng)育和教導我四年的母校而我人生亦從此展開新的畫卷盡管不舍卻更珍惜因為我生命中有那么多可愛的人值得感激和尊敬是他們使我的大學生活充滿神奇的色彩無論收獲與否遺憾還是展望對我來說都是一筆寶貴的財富而這比可貴的財富也將伴度我一生 回首大學的四年人情物歷歷在目現(xiàn)如今校園的生活和學習也將伴隨著這論文的完成而結束飲其流時思 其源成吾學時念吾師在此論文完成之際我要向所有關心幫助過我的老師同學和朋友及親友致以衷心的感謝 感謝我的畢業(yè)設計指導老師老師感謝他在畢業(yè)設計期間給與我的細心指導和關懷他求學的嚴謹態(tài)度孜孜不倦的探索精神令我受益終生他對知識地渴求對生活的樂觀將永遠銘刻在我的心中并激勵我奮發(fā)向前 感謝在我四年的學習中無私傳授我知識的各位老師感謝所有老師是你們將自己寶貴的財富無私地奉獻給了我