李延廷

（北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京 100070）

汽車輪胎胎壓監(jiān)測電路設(shè)計(jì)

李延廷

（北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京 100070）

本文介紹了汽車輪胎胎壓異常的危害，設(shè)計(jì)汽車輪胎胎壓監(jiān)測電路的結(jié)構(gòu)框圖，詳細(xì)分析了胎壓監(jiān)測電路的組成、工作原理、電路控制程序的功能模塊及程序執(zhí)行流程，最后指出整個(gè)電路的工作穩(wěn)定性和性能指標(biāo)。

胎壓；監(jiān)測；電路設(shè)計(jì)

0.引言

汽車輪胎胎壓異常將導(dǎo)致輪胎不均勻磨損、行駛舒適性差及安全性降低。若胎壓過高，則胎面與路面摩擦力與附著力降低，影響制動(dòng)效果；輪胎胎面中部磨損加速，輪胎壽命縮短；方向盤震動(dòng)、跑偏，行駛舒適性差；輪胎簾布線過度伸長，胎體彈性降低，輪胎所受負(fù)荷加大；胎面耐軋性降低。若胎壓過低，則輪胎觸地面積增大，胎肩磨損加快；胎面與路面的摩擦系數(shù)增大，油耗增加；方向盤沉重，不易控制；可造成簾布線折斷、輪胎脫層、胎圈異常磨損和損傷；輪胎與路面摩擦加大，胎溫升高，輪胎變軟，強(qiáng)度降低，高速時(shí)可能爆胎；胎體變形增大，胎側(cè)易裂口，橡膠老化快。因此我們設(shè)計(jì)、安裝胎壓監(jiān)測電路是很必要的。

1.汽車輪胎胎壓監(jiān)測電路設(shè)計(jì)

1.1汽車輪胎胎壓監(jiān)測電路組成

汽車輪胎胎壓監(jiān)測電路主要由單片機(jī)控制電路、胎壓檢測電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、胎壓警示顯示電路及直流電源電路等組成，其電路框圖如圖1所示。

1.2具體功能電路分析

1.2.1單片機(jī)控制電路

單片機(jī)控制電路主要單片機(jī)最小系統(tǒng)（含AT89S51單片機(jī)、晶振和復(fù)位電路）、P0～P3端口接插件及電源開關(guān)SW等組成。該電路用于控制A/D轉(zhuǎn)換電路胎壓數(shù)據(jù)采集、胎壓數(shù)據(jù)處理、顯示胎壓值及在胎壓異常時(shí)發(fā)出警示信號。

1.2.2胎壓檢測電路

圖1　汽車胎壓監(jiān)測電路框圖

圖2　胎壓檢測電路

圖3　胎壓警示顯示電路

胎壓檢測電路主要由氣壓傳感器PSG、集成運(yùn)算放大器AD620及其外圍電阻元件等組成，如圖2所示。

氣壓傳感器PSG內(nèi)部有4個(gè)應(yīng)變片形成測量全橋。根據(jù)全橋測量原理，PSG可以檢測出輪胎胎壓，并且其輸出電壓與胎壓成正比。AD620對PSG送來的胎壓信號進(jìn)行放大，RP1為AD620放大倍數(shù)微調(diào)電阻。氣壓傳感器PSG量程為700kPa，對應(yīng)輸出電壓為100mV，經(jīng)放大50倍后輸出5V。

1.2.3A/D轉(zhuǎn)換電路

A/D轉(zhuǎn)換電路主要由單電源低功耗的8位CMOS數(shù)據(jù)采集器件組成，用于將AD620送來的胎壓模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。PCF8591的AIN0端接AD620的6腳送來的模擬信號；A0～A2全接地；SDA連接單片機(jī)的P2.0，用于將A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字胎壓信號傳送到單片機(jī)；SCL連接單片機(jī)的P2.1，用于給PCF8591傳送時(shí)鐘信號。

1.2.4胎壓警示顯示電路

胎壓警示顯示電路主要由四位數(shù)碼管、排電阻R4、三極管T2、發(fā)光二極管、報(bào)警器等組成，如圖3所示。胎壓數(shù)據(jù)信號經(jīng)單片機(jī)P0端口送至數(shù)碼管，P2.4～P2.7端口控制四位數(shù)碼管循環(huán)動(dòng)態(tài)顯示。在胎壓高于或低于設(shè)定胎壓值時(shí)，P1.3端口輸出低電平，T2導(dǎo)通，發(fā)光二極管發(fā)紅光，報(bào)警器發(fā)出警報(bào)聲。

2.汽車輪胎胎壓監(jiān)測電路控制程序設(shè)計(jì)

該電路控制程序用單片機(jī)C語言編寫而成，包括主程序、胎壓數(shù)據(jù)讀取與儲(chǔ)存子程序、數(shù)據(jù)處理子程序、顯示子程序及報(bào)警子程序。該控制程序工作流程如下：系統(tǒng)上電后，單片機(jī)系統(tǒng)初始化；單片機(jī)讀取、存儲(chǔ)胎壓數(shù)據(jù)；顯示實(shí)測胎壓胎壓值；將檢測胎壓數(shù)據(jù)與設(shè)定胎壓值進(jìn)行比較，若高于或低于設(shè)定胎壓值，則警示電路報(bào)警。

結(jié)論

目前，汽車輪胎胎壓監(jiān)測電路經(jīng)過長期連續(xù)工作，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行正常。經(jīng)測試，實(shí)測胎壓值與高精度胎壓表測量值之間的絕對誤差小于0.01kPa。實(shí)際上，若采用12位A/D轉(zhuǎn)換器，則實(shí)測胎壓值的精度可以進(jìn)一步提高。但鑒于實(shí)際應(yīng)用中不需要太高的胎壓精度，故在設(shè)計(jì)本電路時(shí)沒有采用12位及以上位數(shù)的A/D轉(zhuǎn)換器。

[1]張凱．汽車輪胎壓力及溫度監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．功能材料與器件學(xué)報(bào)，2014（5）：145-150．

[2]劉正榮等．汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)[J]．單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2008（4）：51-54．

[3]吳光永，等．基于PIC單片機(jī)的通用胎壓監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．計(jì)算機(jī)測量與控制，2007（15）：1434-1436．

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北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研項(xiàng)目（編號：XY-YN-09-201512）。