基于89C51的轮胎自动充气压力控制器设计说明

单片机系统课程设计成绩评定表设计课题：基于89C51的轮胎自动充气压力控制器设计学院名称：专业班级：学生姓名：学号：指导教师：设计地点：设计时间：单片机系统程设计基于89C51的轮胎自动充气压力控制器设计课程设计时间:课程设计名称:专业班级学生姓名学 号指导教师课程设计地点单片机系统课程设计任务书3北京希望电子出版社，2006审查意见系（教研室）主任签字:概述 (4)1.1研究背景 (4)1.2设计思想及基本功能 (5)方案设计 (5)2.1系统框图 (5)2.2方案选取 (6)2.3 总体方案设计 (8)硬件电路设计 (8)3.1 压力检测电路 (8)3.2 A/D 转换电路 (11)3.3显示电路 (13)33.4 键盘电路 (15)3.5 气泵控制电路 (16)3.6 电源电路 (17)3.7 复位电路 (17)3.8 时钟电路 (17)4 软件设计 (18)4.1 压力检测及A/D 转换程序设计 (18)4.2 数码管显示程序设计 (19)4.4 外部中断0 服务程序设计 (21)4.5 系统总体程序设计 (22)5 系统调试 (24)6 总结 (25)附录A 系统原理图 (30)附录B 源程序清单 (31)1 概述1.1 研究背景信息化时代的到来，使得人们的生活速度和生活质量有了大幅度提高。

智能化的产品设计也让人们生活更加舒适。

方便、智能的产品的也得到了人们的欢迎。

如今，随着人们生活水平的提高，小汽车将成为家家户户必备的交通工具。

再加生活节奏的加快，时间已是最宝贵的东西。

市面的充气机不但不是自动的，而且气压也是不可调的。

在人们追求方便、智能的生活体验中，市面上普通手动控制的充气机，显然已满足不了人们的需求，因此，我们就想到了设计一个智能化的充气机。

在智能化产品中，单片机的应用已经越来越广泛，单片机以它体积小、质量轻、耗电省、可靠性高、价格低等优点，开始不断发展，并广泛应用于仪器仪表、家用电器、医疗设备、航天航空领域、工业专用设备的管理及过程控制等领域，在很多的大中型的电气设备以及小型的电子产品中也用到了单片机进行控制。

1.2 设计思想及基本功能本设计就是根据人们对智能化，方便化的需求，而设计的基于单片机控制的智能化产品。

同时在选取设计方案和采用元器件方面，该系统本着简单、经济、实用的思想，尽量简化电路设计，用最简单的电路布线和选用最经济实用的器件来达到设计要求。

轮胎自动充气压力控制系统具有以下几个基本功能：（1）能够利用按键设定充气值；（2 ）能够显示设定充气压力和充气过程中轮胎动态压力；（3）当轮胎压力达到设定值时，能自动关闭气泵停止充气。

2 方案设计2.1 系统框图根据设计方案要实现:充气前，通过键盘上设定所要充气的气压，并能够显示设定值; 数值输入完毕后,按下启动键启动充气装置开始充气，显示电路要能够显示当前轮胎内的动态气压；充气到达设定的值后，系统要能够自动切断气泵的电源，停止充气的功能。

我们把本设计初步分为以下几个模块，系统框图如图2-1所示。

图2-1系统框图2.2方案选取有上述系统框图可知，自动充气装置由：压力检测模块、核心控制模块、键盘模块、显示模块、充气模块等几部分构成。

以下，我们将对各模块做具体分析、设计。

2.2.1压力检测模块方案（一）：采用英飞凌的SPI2压力传感器。

Infineon（英飞凌）推出的胎压传感器SPI2整合了压力，温度，惯性传感器，以及一个电源控制监测器。

SPI2 的压力范围从100到450kpa，通过MEMS技术集成了压力和温度、加速度、电压的检测电路，直接以数字形式输出各物理量的示值，但是价格昂贵，应用也不是十分普遍。

方案（二）：采用常见的电阻应变片式的压力传感器和模数转换芯片。

压力传感器其本质是利用惠斯通电桥，它具有温度特性好，温度变化带来的误差小利用膜片上的压力使得电桥不平衡，产生一个差动的输出信号。

这种结构的基本特性之一是它的差动输出电压U 与偏置电压U 成正比关系，这种关系隐含压力测量精度直接决定偏置电源的容限值，当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零。

利用压力电桥获得的压力量模拟值通过ADC0809 转换后即可供单片机分析使用。

这二个方案都是基于单片机控制的，都能准确的采集获得轮胎内当前压力值。

但是，前一种方案SPl2 压力传感器价格昂贵，应用也不是很广；第二种方案采用压力电桥价格低、应用范围广、技术成熟，而且实验室有现成的实验器材。

通过以上比较，综合个方案利弊，我们最终选用了第二种方案。

2.2.2 键盘模块方案（一）：利用独立按键控制，设定充气预定值和气泵的启停。

方案（二）：利用矩阵键盘控制，设定充气预定值和气泵的启停。

由于本设计需要设定充气预定值和气泵启停，所需要的按键较多，若采用方案一所占单片机I/O 资源较多，而矩阵键盘按键多，占用I/O 口少很好的满足了设计与需求。

考虑到键盘需要设置0-9 十个数字和设置启、停按钮，所以我们最终选定使用3 x 4 的矩阵键盘。

2.2.3 显示模块方案（一）：利用LCD 显示屏显示设定值和轮胎内的当前压力值。

方案（二）：利用七段数码管显示设定值和轮胎内的当前压力值。

考虑到设计需要显示的信息量小，亮度要求高，而LCD 虽然可显示内容信息量大，但是可视偏转角度过小、亮度和对比度低、而且容易“坏点”寿命有限等；数码管显示无闪烁，亮度高，软件控制比较容易，功耗小耐冲击，长寿命等优点最终我们选用数码管作为显示工具。

223其它模块此外，在考虑到价格低廉、使用方便、电路简单等要求，充气模块我们选用继电器驱动气泵工作；控制模块选用AT89C51作为轮胎自动充气压力控制系统的控制核心。

2.3总体方案设计通过上述讨论我们可以看出，本设计轮胎自动充气压力控制系统是基于满足设计要求的前提并且根据理论上的可实现性和硬件上的经济实用性，综合考虑各图2-2轮胎自动充气压力控制系统结构框图3硬件电路设计3.1压力检测电路轮胎自动充气压力控制系统要根据轮胎内压力当前值的大小来确定充气是否完成，需不需要关闭气泵。

因而需要使用到压力应变传感器。

电阻应变式传感器按其用途不同，可分为应变测力传感器、应变压力传感器、应变式加速度传感器等。

本设计中我们使用的是压力传感器，这种传感器主要用于对气体、液体的动态和静态的压力的测量。

如对内燃机管道和动力设备管道进出、出气孔流液的压力、发动机喷口的压力等的测量。

这种传感器主要采用膜片、薄板、筒式等组成的弹性元件。

传感器所用的应变片电阻值国内标准有：60、120、350、和600 等各种阻值，其中以120 为最常用。

利用电桥测量原理，通过对电路输出电压和标准压强的线性关系，建立具体的数学模型，将电压量的变化改为压力的变化，即可以测出一定范围内的压力值。

其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。

设计还利用了运算放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，以满足A/D转换器对输入信号电平的进行各种转换处理的要求。

压力检测部分连接如图3-1所示。

图3-1压力检测电路原理图此部分压力传感器参照了 LAB6000使用说明书电路原理图，传感器的工作 原理，本质上是惠斯通电桥，该电桥温度特性好。

当膜片上受到压力使得电桥不 平衡，从而产生一个差动的输出信号，这种结构的基本特性之一是它的差动输出 电压U 与偏置电压 U 成正比关系，当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥 输出为零，当然它也能提供一种温度补偿最通用的方法。

该电路三部分组成（1）电源电路部分；（2 ）电桥电路部分；（3）放大电路部分。

如图所示，传感器采 用15V 恒压源Vcc 供电，经过R ,与R 2分压（电容C1起滤波作用），U2A 起到电 压跟随器的作用，所以点1、2、3三点处有相同电压U i ：U 1 R 2V CC /（ R 2 R 1）（3.1 ）根据上式，带入数据 R 1 4K ，R 2 1K ，V CC 15V ，求得S 3V 经过电路分析电桥部分可等效为如图 3-2所示图3-2压力传感器电桥电路设桥臂电阻分别为 R 1,R 2,R 3,R 4，R 1 R 3 R ' 1/(1/R3 1/R'4) 118 R 2 R 4 R ' 120 ，则当压力传感器受力时,电阻变化对应的输出电压值为由于R<<1，则上式可化简为带入电阻、电压值得Uo=0.25 △ R/R 最后经过放大部分，压力传感器的微 弱采样电压，经过放大电路输出的放大3.2 A/D 转换电路A/D 转换的作用是进行模数转换，把接收到的模拟信号转换成数字信号输 出。

在选U O U1 RR' R R' 1 R 'RU O URR' (3.2)1择A/D转换时，先要确定A/D转换精度、转换速度以及转换位数等，A/D转换的位数确定与整个测量控制系统所需测量控制范围和精度有关，在轮胎自动充气压力控制系统中采用了8位A/D转换器ADC0809引脚如图3-3所示图3-3 ADC0809 引脚图ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D 转换器。

8路模拟信号的分时采集，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道抵制锁存用译码电路，其转换时间为100 ys左右。

ADC0809 的主要特性有：(1) 8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。

(2 )具有转换起停控制端。

(3)转换时间为100卩s(时钟为540kHz 时)，130卩s (时钟为500kHz 时)(4)模拟输入电压范围0〜+5V，不需零点和满刻度校准。

ADC0809主要引脚功能如下：IN0~IN7 :八路模拟量的输入端。

D0~D7 : A/D转换后的数据输出端，为三态可控输出，可直接与总线相连。

A、B、C :模拟通道地址选择断，A为低位，C为高位。

ALE :地址锁存允许信号，当此信号有效时，A、B、C三位地址信号被锁存电路选通对应的模拟输入通道。

SC :启动转换信号。

通常与单片机的写信号线连接，启动A/D转换EOC :转换结束信号，表示一次转换结束。

常作为中断触发信号OE :输出允许控制信号，通常与系统的读信号线连接，打开三态门，此时可通过数据线读到转换结果本系统ADC0809与单片机和压力传感器连接如图3-4所示如原理图所示，ADC0809的A、B、C共同接地选中第0通道，即模拟信号从IN-0输入到A/D转换器，通过单片机P2.4引脚start送出一个正脉冲，从而启动转换；转换完成后，EOC输出一个由低到高的跳变沿，经过一个非门取反变为下降沿，出发已经设置为边沿触发的I外部中断0 ;在中段程序中通过P.3 引脚enable 送出高电平，控制ADc0809 数字量允许输出，信号经过74HC573 锁存器流入P0 口；通过单片机读程A D7A D6A D5A D4A D3A D112 A DO~2~345~6~*~7~8畳13D0 1 2r1 51 43 11 91 89P1 0/T8 0C51RDWRPO 0P0 1P0 2P0 3P0 4P0 5P0 6P0 7P2 0P2 1P2 2P2 3P2 4P2 5P2 6P2 7RESET RX DTX DRD A LE/ PWR PSEN38A D13 7A D23 6A D3'3 5A D4A D5~33A D63 2A D72 1 d ula2 2w ela~2^~ad c o2 4en ab le2 5star t2 62 72 8p umpIN T1P1 3P1 4P1 5P1 6P1 7IN T1IN T0EA V PX 1X 2T1T0P1 1 /TP1 23 9 A DOut序，把转换后的数字读入片内，进行相应操作后显示在数码管上。