单片机控制的数字气压计设计方案与实现(有用)

目录

目录1

1 概述3

1.1课题背景 (3)

1.2 技术简况及发展趋势 (3)

1.3数字胎压计系统设计的意义 (4)

1.4 国内外相关技术4

2 系统总体设计6

2.1 设计思路分析6

2.1.1 设计方案一：6

2.1.2 设计方案二： (6)

2.2 系统总体结构7

2.3系统各功能模块的设计思想7

2.3.1 A/D转换模块 (7)

2.3.2 数据处理模块 (7)

2.3.3 显示模块7

2.4气压传感器的选择8

2.5 A/D转换器件的选择 9

2.6 三端稳压器9

2.7 数码管显示9

2.7.1 数码管静态显示 (9)

2.7.2数码管动态显示 (9)

2.8 系统配置10

3 硬件电路设计11

3.1单片机电路部分11

3.1.1 主要芯片介绍 (11)

3.2 气压传感和V/F转换电路部分13

3.3 胎压计电源与单片机电路部分16

3.4 pcb制作 (18)

4 软件电路设计20

4.1用C语言开发单片机的优势 (20)

4.2 如何由频率计算出气压值20

4.3程序流程图21

5 系统调试与仿真22

5.1 Keil软件介绍 22

5.2 PROTEUS软件介绍22

5.3 单片机调试仿真 (23)

5.4原理图检查调试 (24)

5.5 器件连接调试24

5.6 PCB检查 (25)

5.7程序调试仿真 (27)

总结28

致谢29

参考文献30

附录1 31

概述

1.1课题背景

如今，随着高速公路网的蓬勃兴起，交通的日趋发达，车辆行驶速度的不断攀升，交通隐患的防范问题迫在眉睫，如因车胎漏气和爆炸等原因造成的交通事故，很多是由轮胎的工作温度过高或者不合理胎压引起的。研究汽车轮胎胎压计，就对现代汽车行驶时的经济性、安全性和操纵稳定性具有尤为重要的现实意义。

在汽车的高速行驶过程中，轮胎故障是所有驾驶者最为担心和最难预防的，也是突发性交通事故发生的重要原因。据相关统计资料数据表明，目前我国在高速公路上发生的交通事故有70%～80%是由于轮胎问题引起的，其中将近50%为爆胎事故。怎样防止爆胎已成为安全驾驶的一个重要课题。据专家分析，保持标准的车胎气压行驶和及时发现车胎漏气是防止爆胎的关键。为此，基于解决此类问题的各种胎压监测系统(TPMS>产品——胎压计应运而生。

轮胎气压计属于“事前主动”型安全保护装置，在轮胎出现危险征兆时及时报警，提醒驾驶员采取措施，将事故消灭在萌芽状态，确保汽车在行驶过程中始终处于安全状态。同时，利用胎压计获得轮胎信息，可以减少油耗，延长轮胎的使用寿命，也可以为底盘综合控制系统提供相关的信息和数据。

我们的设计的是一种基于单片机的数字气压计的设计，主要针对的是汽车轮胎胎压计的设计。汽车轮胎胎压计是通过气压传感器获得与汽车轮胎胎压相对应模拟电压值，并经过V／F变换输入到单片机进行处理，从而实时显示相应气压值。由于使用胎压计有一定的参数要求，设计数字气压计时要[1]仔细了解这些参数以防止使用不当而损坏胎压计。汽车轮胎胎压计采用高性能绝对压力传感器，屏幕显示出高准确度的汽车轮胎胎压，实现了对轮胎压力的实时监测。当汽车轮胎压力处于非正常状态运行时，通过报警来通知驾驶员，控制轮胎爆胎发生，以达到安全驾驶的目的。

1.2 技术简况及发展趋势

TPMS (Tire Pressure Monitoring System> 轮胎压力监视系统，主要用于在汽车行驶时实时的对轮胎气压进行自动监测。目前各国研制的轮胎气压报警系统主要分为两种类型：一种是间接式，它通过汽车ABS(防抱制动系统>的轮速传感器及轮胎的力学模型，间接求出轮胎气压，以达到监视轮胎气压的目地；另一种是直接式，它利用安装在每一个轮胎里的以锂离子电池为电源的压力传感器来直接测量轮胎的气压，并通过无线调制发射到安装在驾驶台的监视器上，而监视器随时显示各种轮胎气压，驾驶者可以直观地了解各个轮胎的气压状况，当轮胎气压太低或有渗漏时，系统就会自动报警，确保行车安全。

市场研究机构Strategy Analytics的预测表明，直接系统技术将成为主流技术，2008年后所占份额将超过95%。因为如果要使用间接式胎压监测系统，前提是车辆必须有ABS系统。加上会影响轮胎转速的因素，除了胎压异常所导致外，行驶的路面也是主要原因，如行驶于雪地或湿滑路面时，空转会使某一轮胎的旋转次数大幅提高。或者是当车子高速转弯时，车胎的抓地力已经无法克服过弯时的离心力，外侧轮胎与内侧轮胎的转动次数便有明显差异，这些情况便会出现错误警告信息。另外，当四条轮胎的胎压同时下降，系统便失去判定的准则，警告信息自然就不会出现。而且侦测功能仅在车辆行驶中才能发挥作用，对备胎或当车辆停滞时，便无法判断，还会出现误报现象。

汽车高速行驶中，由于轮胎的压力不正常而造成爆胎是驾驶员难以预防的，也是突发性和恶性交通事故发生的重要原因。引起轮胎漏气和爆胎的原因主要有：(1>轮胎工作温度过高；(2>轮胎气压过大；(3>轮胎使用时间过长；(4>轮胎负荷过大；(5>汽车行驶速度过快。为使汽车能够处于安全的驾驶状态，驾驶者必须在行车过程中实时了解轮胎的超压、欠压、温度等工作状态，我们设计的基于单片机的汽车轮胎胎压计具有以下的功能：(1>实时

监测轮胎的压力情况；(2>当某个轮胎处于欠压状态时，相应的欠压报警指示灯亮。当汽车轮胎压力处于非正常状态运行时，通过报警来通知驾驶员，控制轮胎爆胎发生，以达到安全驾驶的目的。

1.3数字胎压计系统设计的意义

由于汽车的迅速普及，人们对驾驶安全性与舒适性的追求越来越高，随车携带数字气压计可以保证人们安全驾驶，有效地降低由于爆胎导致的交通事故发生地概率。而服务商需要的是一种物美价廉的数字气压计，以满足有车一族的需要。

本课题设计充分利用了MPX4105芯片的功能，它满足数字气压计采集、控制和数据处理的需要，可提高系统稳定性和抗干扰能力。同时，由于大量的工作由单片机软件来实现，简化了设计电路，且调整方便、可兼顾的指标多，从而大大降低了成本。另外，作为一种功能强大的平台，该数字气压计具有很好的功能扩展性，具有精度高、稳定性好、功能易于扩展等优点，为仪器及电子产品设计后续技术升级，以进一步满足市场的需要提供了条件。

1.4国内外相关技术

对轮胎爆胎进行预警是保障汽车安全行驶的关键所在，已成为汽车行业研究的热点问题。在轮胎爆胎预警系统及相关技术的研究发面，美国、日本、德国、法国、英国在近几年都取得了突破性的进展，形成了性能和功能完善[5]的轮胎压力监测系统产品。从近年发布的世界新车资料来看，林肯大陆、奔驰、宝马、标志、道奇等中高档车均安装了轮胎压力监测装置，用于监测汽车行驶过程中轮胎气压，车内主控机板显示模块实时显示轮胎气压状态。

据中国汽车工业协会相关市场调查表明，国内轮胎爆胎预警系统的相关产品有推出，但都是技术性能不甚完善简易系统产品，存在以下缺点：①系统工作寿命极短；②系统在低温或高温环境下失效；③工作可靠性较差。而性能可靠、功能完善、技术成熟的产品均是一些国外知名公司的品牌产品，但价格较为昂贵。因此，研制性能可靠、功能完善并且价格能为当前多数国