德州學(xué)院　　于學(xué)聰　孟俊煥

汽車輪胎氣壓監(jiān)測裝置設(shè)計

德州學(xué)院于學(xué)聰孟俊煥

本文就一款基于集成式傳感器芯片SP12、微控制器PIC16F874以及高頻收發(fā)芯片CC1100作為主要元器件的汽車輪胎氣壓監(jiān)測裝置的設(shè)計展開分析，駕駛員可以通過本裝置實時監(jiān)測汽車輪胎信息，提高了汽車高速行駛的安全性。本文主要介紹了該裝置的基本組成以及軟、硬件設(shè)計方法。

輪胎氣壓監(jiān)測；設(shè)計；CC1100；程序

引言

近幾年，交通行業(yè)發(fā)展迅猛，人們在享受交通帶來的便捷時，也在承受交通事故帶來的困擾。交通事故尤其以汽車輪胎氣壓所引起的事故比例居高不下。這引起了人們對輪胎氣壓進行監(jiān)測的高度重視。所以，設(shè)計一款實時監(jiān)測汽車輪胎氣壓的裝置刻不容緩。

1　汽車輪胎氣壓監(jiān)測裝置的基本組成和工作原理

汽車輪胎氣壓監(jiān)測裝置主要用于汽車行駛時對輪胎氣壓實時檢測。判斷輪胎內(nèi)的壓力是否在正常范圍內(nèi)，通過顯示器給駕駛員提供警示信息，從而保證汽車行駛安全。本設(shè)計主要由輪胎模塊和監(jiān)視器模塊組成。圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

輪胎監(jiān)測模塊是由壓力傳感器芯片、嵌入式微控制器與高頻發(fā)射模塊組成胎內(nèi)電子包。工作時，傳感器芯片監(jiān)測出氣壓信息并轉(zhuǎn)換為電信號，微控制器對電信號進行A/D轉(zhuǎn)換，通過高頻發(fā)射模塊傳送。

監(jiān)視器模塊由高頻接收模塊、嵌入式微控制器、液晶顯示器、鍵盤等主要部件組成。工作時，高頻接收模塊接收來自發(fā)射模塊的射頻信號并傳送到微控制器，微控制器對數(shù)據(jù)進行解析處理，然后將數(shù)據(jù)與設(shè)定值進行對比檢測。如有異常，則向駕駛員報警。

2　汽車輪胎氣壓監(jiān)測裝置的硬件構(gòu)成

基于設(shè)計要求和性能指標的綜合考慮，本設(shè)計硬件的選擇如下。

2.1輪胎監(jiān)測模塊的硬件構(gòu)成

輪胎監(jiān)測模塊的硬件選用Infineon公司的SP12傳感器、微芯公司的PIC16F874微控制器、TI公司的CC1100高頻收發(fā)芯片、鋰亞電池。

SP12傳感器是基于MEMS技術(shù)的硅壓阻式壓力傳感器，對壓力的監(jiān)測范圍是100KPa～450KPa，對汽車胎壓測量精度高并且還具有對輪胎溫度、電壓以及加速度的監(jiān)測功能。

微芯公司的PIC16F874微控制器是一款低消耗，高性能的RISK結(jié)構(gòu)微控制器。具有與SP12傳感器相匹配的SP12通信接口。此芯片被廣泛應(yīng)用于工控領(lǐng)域以及惡劣環(huán)境領(lǐng)域，基于以上優(yōu)點選擇PIC16F874微控制器。

輪胎模塊采用鋰亞電池，適應(yīng)輪胎工作在-40℃～100℃的溫度范圍，同時也具備抗震、防高壓的能力。其電池容量有500mAh，正常工作模式下可使用6～7年。滿足輪胎使用壽命要求。

2.2監(jiān)視器模塊的硬件構(gòu)成

監(jiān)視器模塊的硬件選用TI公司的CC1100高頻收發(fā)芯片、微芯公司的PIC16F874微控制器器、顯示器、鍵盤。

TI公司的 CC1100高頻收發(fā)芯片是一種基于 Chipcon SmartRF技術(shù)的單片、可編程、UHF收發(fā)片。其抗干擾能力強、誤碼率低，功耗低、工作頻段靈活，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、工業(yè)領(lǐng)域。

微控制器同樣采取微芯公司的PIC16F874控制器。

3　汽車輪胎氣壓監(jiān)測裝置的軟件設(shè)計

3.1輪胎監(jiān)測模塊的程序設(shè)計

輪胎監(jiān)測模塊程序主要功能是收集汽車輪胎運行的信息，對數(shù)據(jù)進行解析，通過CC1100將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)視器模塊微控制器。主程序見圖2。

圖2　輪胎監(jiān)測模塊的程序圖

輪胎監(jiān)測模塊首次通電要先進行系統(tǒng)初始化設(shè)置，此時CC1100配置為電磁波激活模式。接下來進入學(xué)習(xí)模式，把傳感器的地址發(fā)送給監(jiān)視器模塊中微控制器，監(jiān)視器模塊中微控制器收到傳感器地址在顯示器和鍵盤的輔助設(shè)置下開始對輪胎進行定位。完成后跳入正常的工作模式，系統(tǒng)休眠。

當CC1100收到監(jiān)視器模塊中微控制器的采集命令，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)，先給上位機發(fā)送應(yīng)答，繼而分析命令并將數(shù)據(jù)解析為延時響應(yīng)時間。時間到后對輪胎的加速度進行檢測，用加速度判定數(shù)據(jù)的處理和發(fā)送方式。

依據(jù)發(fā)送方式的命令，輪胎監(jiān)測模塊發(fā)送監(jiān)測到的數(shù)據(jù)后等待上位機應(yīng)答，有應(yīng)答，完成后續(xù)發(fā)射；如果沒有應(yīng)答，系統(tǒng)休眠。

3.2監(jiān)視器模塊程序的設(shè)計

監(jiān)視器模塊程序主要功能是通過CC1100接受輪胎監(jiān)測模塊發(fā)射的輪胎數(shù)據(jù)信息，之后對數(shù)據(jù)進行加工處理，將處理后的數(shù)據(jù)傳送到液晶顯示器，并依據(jù)不同狀況決定是否報警。主程序如圖3所示。

監(jiān)視器模塊首次通電要進行系統(tǒng)初始化設(shè)置，給4個下位機發(fā)送基準定時10s，使下位機處于不同的發(fā)射時隙，之后等待下位機應(yīng)答。如果應(yīng)答，表示CC1100接受的信息數(shù)據(jù)包可與設(shè)定的命令匹配，表示信息接收成功，然后采集下一輪胎信息。如果無應(yīng)答，則等待數(shù)據(jù)傳輸。

監(jiān)視器模塊的微控制器對收到的有效數(shù)據(jù)分析并解析為可識別的命令，并根據(jù)識別后的命令判斷是否還有后續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸。如果有，則繼續(xù)接收，直到輪胎監(jiān)測模塊發(fā)送完畢。

圖3　監(jiān)視器模塊的程序圖

監(jiān)視器模塊的微控制器把解析好的數(shù)據(jù)傳送到液晶顯示器顯示，同時檢測當時的輪胎狀態(tài)。若有異常則立即報警；若正常，則采集下一輪胎信息。

若監(jiān)視器模塊的微控制器長時間收不到某一個下位機的輪胎數(shù)據(jù)，此時給另一個下位機發(fā)送采集命令直至所有數(shù)據(jù)全部顯示在液晶顯示器上。然后再進行新一輪的數(shù)據(jù)采集和顯示，如此往復(fù)地實時監(jiān)測行駛中的汽車輪胎狀態(tài)，為駕駛員提供清晰明了判斷依據(jù)的。

4　結(jié)論

本論文以汽車輪胎作為設(shè)計研究目標，使用模塊化設(shè)計方法設(shè)計了一個汽車行駛過程中對輪胎氣壓監(jiān)測的裝置。本裝置硬件設(shè)計成本低廉，實用性高；軟件設(shè)計合理高效，科學(xué)簡潔，在汽車故障檢測走向自動化方面有重大積極意義。

［1］KRAUS JOHN D，MARHEFKA RONALD J.天線.章文勛譯.第3版.北京：電子工業(yè)出版社，2004.

［2］竇振中，汪立森.PIC系列單片機應(yīng)用設(shè)計與實例［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999.

［3］辛海燕.汽車輪胎隨動壓力監(jiān)測系統(tǒng)研究［D］.長春：長春理工大學(xué)，2008.

于學(xué)聰，男，1993出生，山東省濰坊市人，本科。