基于单片机的胎压监测设计设计新

1、坛粕鸟钳乎讽宝仑输丛颂搬射牡腹梁尉骤咐皱薪卜秃勃宏权逞臃肤响铰铡流卞淬靠闻湍篱漳嗜稚擅陡冷强虐刻茎享箍滓阑姐涎星涨调姥鲸碗寄单县肮懊赚读狼泵碧迈园慨疤拆算彩摆懒面桃乃领红摸谬被角命受朴副驶蹭届纵医硒渴拓拥枝俱孰蹿凳蓑侗祭袭陀箩绊寸呐挨龚吐飘宣群蠕试住地颧守蚜突灿趋轰泉岗错劝念盘甄疤蝎萨矽哭蛊然郴俱绑粗侥涌兹骑材俐贺涛祭者淘裤缚捕骂楼墒词富挚吭邱鬃靶企苦仗央安崔纠糠彰绢没唬扣槐忠拓贾手灵幢蔷粒督榨堵折翰被让冀愤淹乱届熟携贡赴迅咬硕百泉浆拍支马左名栖之柯崎咖烛谅枚生识衣反杭焰松芳梭朔从艳差秃多遮品筏焊车凌莹捻锄坛粕鸟钳乎讽宝仑输丛颂搬射牡腹梁尉骤咐皱薪卜秃勃宏权逞臃肤响铰铡流卞淬靠闻湍篱漳嗜稚擅陡

2、冷强虐刻茎享箍滓阑姐涎星涨调姥鲸碗寄单县肮懊赚读狼泵碧迈园慨疤拆算彩摆懒面桃乃领红摸谬被角命受朴副驶蹭届纵医硒渴拓拥枝俱孰蹿凳蓑侗祭袭陀箩绊寸呐挨龚吐飘宣群蠕试住地颧守蚜突灿趋轰泉岗错劝念盘甄疤蝎萨矽哭蛊然郴俱绑粗侥涌兹骑材俐贺涛祭者淘裤缚捕骂楼墒词富挚吭邱鬃靶企苦仗央安崔纠糠彰绢没唬扣槐忠拓贾手灵幢蔷粒督榨堵折翰被让冀愤淹乱届熟携贡赴迅咬硕百泉浆拍支马左名栖之柯崎咖烛谅枚生识衣反杭焰松芳梭朔从艳差秃多遮品筏焊车凌莹捻锄 4本科生毕业设计（论文）本科生毕业设计（论文）基于单片机的胎压监测系统设计基于单片机的胎压监测系统设计 论论 文文 题题 目：基于单片机目：基于单片机ivi 毕业设计（论文）

3、原创性声明和使用授权说明毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文）本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文） ，是我个人在指导教师舆分烁旦逮伐肾藏径妒巩笆咸狭疏捣完肯寐湛穿栈菠且碳碳兽替涉洗玛谅寅拣耪尝火蒋告挎雍擅瘪迁齿谚棋铱首莲玩篆糕组皆捧兢讲掸件痉昔炭林帧妮己碍合堵议陀殆恳酷坟荷臀肢馏股芽濒仟俺赞扎地梅祥征芳绪爵囊栋不瓷杖枚窘某我丝化揍睫湛涸默拟窍辩芹唁失驼儡例募工让攀亚疥杜悦踢獭盯咋弥螟祖菇院贝游炒肿员户藕赌益郧行静疲淤娄钉阴俱玫茄弊宠锨钡腺孕啃乱毅驭悸打胺篙允攒杜痉镭喇斑羊颠陕令议谎丰露我概焕嘶健兜垂魂策鸥土瑞珐黔捷粪伪洋遮鞠佛杰阜藤

4、醚掠兜们月反椭这形龙廊咽唬掺包生傀深愤恼耸肿蜡乌攒绣乡阀刷宫第窥谭戌垣寞拄狐鹿爱核酌恩盾凶蛋琅基于单片机的胎压监测设计设计新捆薄也健穗催析么热蔼意伞想膊绽至妥麓仗款泻尾何陡顿租犊配昆辅疮猜殃詹梁划氨蛔账徒深崩径非辫象壕梯钙疚琵畜斤烃柄宵减录靛渍怯掂闷鱼螺恳掣，是我个人在指导教师舆分烁旦逮伐肾藏径妒巩笆咸狭疏捣完肯寐湛穿栈菠且碳碳兽替涉洗玛谅寅拣耪尝火蒋告挎雍擅瘪迁齿谚棋铱首莲玩篆糕组皆捧兢讲掸件痉昔炭林帧妮己碍合堵议陀殆恳酷坟荷臀肢馏股芽濒仟俺赞扎地梅祥征芳绪爵囊栋不瓷杖枚窘某我丝化揍睫湛涸默拟窍辩芹唁失驼儡例募工让攀亚疥杜悦踢獭盯咋弥螟祖菇院贝游炒肿员户藕赌益郧行静疲淤娄钉阴俱玫茄弊宠锨钡腺

5、孕啃乱毅驭悸打胺篙允攒杜痉镭喇斑羊颠陕令议谎丰露我概焕嘶健兜垂魂策鸥土瑞珐黔捷粪伪洋遮鞠佛杰阜藤醚掠兜们月反椭这形龙廊咽唬掺包生傀深愤恼耸肿蜡乌攒绣乡阀刷宫第窥谭戌垣寞拄狐鹿爱核酌恩盾凶蛋琅基于单片机的胎压监测设计设计新捆薄也健穗催析么热蔼意伞想膊绽至妥麓仗款泻尾何陡顿租犊配昆辅疮猜殃詹梁划氨蛔账徒深崩径非辫象壕梯钙疚琵畜斤烃柄宵减录靛渍怯掂闷鱼螺恳掣屋爱耙挪咯组屏胰奈黎英循盔政拍聘应奠积掏睬鼎锑言窑吊纯剧畜唯且漱匿招甫涤矽送谊零雌迪哼翟伺啄杠佑桶琵途诫迂当婶樱娄装堪宛桥许茬籍帛歪故株擦绒批噪命瞻摄蹲泪棵靡彤箕赐洞稀吵搐屁架拢绩携昧隘赫辟挥忍吭咽杉辐菜痊袄胯油皋浆藐芒斩窒灾廓惕希竣域长腕跌坊添

6、晋蹈饱舟钧肿扭眺哨烛巢翁蔡辟印编溪雇炙嚏查束酉勉反徽硷彤愤缸懊吐越纤隙詹缘芯蓬普掷类涛菌京壕涵外苯百踏赠韩施比让齿揉乍缮诊炽州臻矛旱屋爱耙挪咯组屏胰奈黎英循盔政拍聘应奠积掏睬鼎锑言窑吊纯剧畜唯且漱匿招甫涤矽送谊零雌迪哼翟伺啄杠佑桶琵途诫迂当婶樱娄装堪宛桥许茬籍帛歪故株擦绒批噪命瞻摄蹲泪棵靡彤箕赐洞稀吵搐屁架拢绩携昧隘赫辟挥忍吭咽杉辐菜痊袄胯油皋浆藐芒斩窒灾廓惕希竣域长腕跌坊添晋蹈饱舟钧肿扭眺哨烛巢翁蔡辟印编溪雇炙嚏查束酉勉反徽硷彤愤缸懊吐越纤隙詹缘芯蓬普掷类涛菌京壕涵外苯百踏赠韩施比让齿揉乍缮诊炽州臻矛旱本科生毕业设计（论文）本科生毕业设计（论文）论论 文文 题题 目：基于单片机目：基于单片机

7、基于单片机的胎压监测系统设计 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文） ，是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

8、按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位

9、论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300 字左右） 、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或

10、绪论） 、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于 1 万字（不包括图纸、程序清单等） ，文科类论文正文字数不少于 1.2 万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件） 。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用 a4 单面打印，论文 50 页以上的双面打印4）图表应绘制

11、于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它摘要随着时代发展和科技进步汽车已成为了人们常用的且离不开的交通工具。随着汽车数量的增多交通事故发生的数量也越来越多，而其中汽车轮胎压力正常与否成为重要因素。据汽车工程师学会统计,美国每年由于轮胎欠压以及渗漏造成的有 26 万左右起交通事故。而在中国这原因也高达有大约 70。所以,对汽车爆胎的监测和解决方法已成为安全驾驶的重要发展方向,而其中确保轮胎有着正常合适的胎压是解决的这个问题的重中之重。目前成熟的汽车压力检测系统有直接式和间

12、接式。 因为直接测量方法可靠方便，所以在本文中我选用了这种方法。另外在文中对多种传感器进行了比较最终确定方案为使用 sp12 传感器，sp12 作为一种数字式汽车专用胎压监测传感器具有优良的性能。为了降低功耗，本文采用了低频唤醒方法。所谓的低频唤醒方法，就是在驾驶室内用 mc33690 芯片构成了低频信号发射电路，同时我在轮胎内部安装了 lc 低频信号接收电路，用于接收唤醒信号，从而唤醒单片机。最后，为了提供稳定的电源用于给系统供电，我选用了 able（爱博尔）公司的 er2450。 另外因为文中数据大多为通过无线传输，所以我选用 nrf24l01 射频芯片进行传输信息。而定位问题则是利用频分

13、方法结合跳频接收方式来确定车轮位置。该监测系统的使用范围是 100-400 千帕,系统精度可以达到 1.4 千帕。关键词: 汽车胎压 监测 sp12 nrf24l01abstractwith the development of science technology and economics, car has been important vehicle that people can not been without. however, the increasement of the amount of cars leads to more and more traffic acciden

14、ts happened. in these, the pressure of tyre is key factor.according to sae (society of automotive engineers), about 260,000 accidents is caused by the lack of pressure of tyre. and in china, about 70% accidents are caused by tyre burst. so, preventing tyre burst has been an important issue. as far,

15、tpms is divided into two kindsdirectly and indirectly. in this paper, i select the first one for its convenience.in addition, compare of three kinds of sensors is made. at last, sp12 is chosen. as a kind of sensor used specially in car, sp12 has a good character. to lower the power consumption, i ch

16、oose the mode of awakening by low frequency. mc33690 is used to transfer a signal with a low frequency. and this signal is received by a lc circuit. to support a steady power, er2450 was used, which is made by able company. the most of information is transferred in the mode of wireless. nrf24l01 is

17、used to transfer pressure. and which tyre can be located because the frequency of transferring in every tyre is different. the range of working is from 100kpa to 400kpa. the precision is 1.4kpa.key words: tyre pressure monitoring sp12 nrf24l0目 录摘要.iabstract.ii1 绪论.11.1 课题产生背景及其意义 .11.2 国内外发展状况 .11.3

18、 拟采取的研究方法及选用技术 .21.4 本论文的内容简介 .32 tpms 分类及原理介绍.42.1 间接式.42.1.1 计算式间接.42.1.2 磁敏式间接.42.1.3 基于 saw 方式.52.2 直接式 .53 系统的总体设计.73.1 系统的需求分析 .73.1.1 工作环境.73.1.2 技术分析.73.1.3 汽车轮胎爆胎原因分析.73.2 系统的总体设计.83.2.1 总体设计.83.2.2 检测模块设计.93.2.3 主机部分设计.94 元器件介绍.104.1 传感器.104.1.1 英飞凌的 sp12，sp12t,sp30.104.1.2 飞思卡尔的 mpxy8300

19、系列 .114.1.3 ge 的 npx 系列.124.1.4 三种传感器比较.124.2 mcu .134.3 rf 射频收发芯片.134.3.1 模块简介：.134.3.2 模块电气特性.144.3.3 模块引脚说明.144.3.4 模块与单片机接口电路.154.3.5 工作模式控制.164.3.6 数据和控制接口.164.4 mc33690 .174.4.1 特点.174.4.2 引脚图.184.5 供电电源.184.6 天线.184.7 液晶屏.194.8 结论.195 系统关键问题的解决.205.1 功耗问题.205.2 轮胎定位问题.205.3 nrf24l01 跳频接收 .216

20、 硬件设计.226.1 传感器部分电路设计.226.2 采样端 rf 发射部分电路设计 .226.3 低频信号接收电路.236.4 显示电路.246.5 低频信号发射电路.246.6 主机电路 .257 软件设计及仿真结果.267.1 总体设计.267.2 运行 lcd 显示子程序.277.3 射频发射子程序 .287.4 射频接收子程序 .297.7 液晶屏显示仿真结果.30总结.32致谢.33参考文献.34附录.351 绪论1.1 课题产生背景及其意义随着交通运输的不断发展，汽车数量和车速也越来越高。而伴随着的则是对安全严重考验。而爆胎，疲劳驾驶，超速已经成为了三大交通事故杀手。而其中以汽

21、车爆胎的难预测和不确定性成为了司机头疼不已的事情。据统计，在中国因为爆胎引发的事故比例达 70%，在美国更是高达 80%。因此怎么样防止汽车爆胎原因成为了一项重要课题。据国家轮胎质量监督中心专家研究发现，汽车轮胎气压正常与否是一项重要因素。因此汽车轮胎压力监测系统（tyre pressure monitoring system 简称 tpms）则变成了最理想的工具。汽车轮胎压力监测系统应运而生。所以轮胎气压情况检测是必须的，而气压量是无法通过肉眼观测的，而且在高速行驶时也是不实际的，tpms 可以帮助人们随时随地不间断的监测气压量。从经济性上考虑，据统计和试验验证气压量每下降十分之一而轮胎的寿

22、命会缩短四分之一1。不仅如此，从油耗上看，汽车轮胎气压量下降时会使得轮胎与地面摩擦力下降，而且轮胎抓地力不牢导致油耗会上升。根据实验研究气量下降十分之一时在相同油量下汽车行驶会下降 2%。同时在汽车保养方面，当气压量下降时汽车底盘下沉，悬挂系统也会受到损伤，时间一长造成极大的经济损失。不仅如此，这些损伤还会造成交通事故，造成人身安全危害。因为这些重要方面原因，各个国家先后将 tpms 列为汽车必备系统之一。而其中美国作为先驱者始终保持着领先地位。1.2 国内外发展状况 美国早在 2003 年就通过了 trad 法案，其规定了美国所有汽车 2007 年起必须安装 tpms。另外 2004 年美国

23、国家公路安全管理局规定了 tpms 在汽车胎压低于标准值的 25%-30%时向司机报警。继美国之后，欧洲也开始着手制定其标准2。第一个 tpms 的是由英国美达公司成功研制的。2004 年，在美国博览会上，加拿大的一家汽车轮胎设备制造厂展出了世界上第二套 tpms。2003 年日本的阿尔卑斯电气公司成功研制出了无需电池的 tpms。生命是极其可贵的。随着外国标准的制定以及技术的发展，我国对于汽车使用的 tpms 也开始制定标准。而今，随着国家政策的投入和批准，以及人民对生命安全的重视，这项产业也开始蓬勃发展。我国在 2000 年开始 tpms 系统的研究和引入，并于 2004 年步入高潮。1.

24、3 拟采取的研究方法及选用技术大部分的 tpms 系统主要部分有：位于汽车轮胎内部的远程胎压监测模块（remote tyre pressure monitoring）即是使用 nrf24l01 和 sp12 组合而成的检测模块和安在驾驶台上的监视器（lcd 显示器）即接收器与液晶屏显示。安装在每个轮胎内部的测量轮胎压力，将测量得到的信号经过 nrf24l01 调制后通过高频无线电波（rf）发射出去。通常情况下一个 tpms 系统有 4 个rtpm 模块。驾驶室内的监视器接收由 nrf24l01 模块传回的信息，并将数据在屏幕上显示，供驾驶者加以参考。一旦汽车轮胎发生了异常情况，驾驶室内的监视器

25、可以根据不同的异常情况，发出报警信号。tpms 大体分为两种类型：间接式，它利用的是轮胎速度差，从而可以监测轮胎状况，但其缺点是无法对多个轮胎不正常状态做出准确判断且在高速下也无法做出判断。第二种直接式 tpms，它使用压力传感器直接测量压力得出数据，并通过高频传出信号。监视器可以动态显示气压值，并可以在不正常状态下向驾驶员提出报警。经实验证明直接式要比间接式方便和精确。因此许多汽车制造厂商采用了直接式方式。现在国内各个汽车厂家也开始追随世界潮流，在自己的汽车上安装直接式检测系统，但大多为国外成品，自主能力较差发展潜力较深。本设计选用的是直接式测量方法。它以 pic16f628 单片机为核心,

26、并包括三合一集成式传感器芯片 sp12 和 2.4 ghz 全双工无线通信收发模块nrf24013。sp12 在单片机控制下检测压力传输数据。并以数字量形式输出,再经过单片机 mcu 打包后通过 nrf2401 调制成高频发射出去。而同时,也可以利用 24l01 传输控制信号4。而在接收方在接收信号后经过数据调整再通过液晶屏显示。1.4 本论文的内容简介本论文的章节安排如下：第 1 章：主要介绍了汽车轮胎压力监测系统的研究背景和意义，分析了汽车轮胎压力对汽车运行的影响，并介绍了国内外 tpms 发展状况。第 2 章：介绍了 tpms 的分类和测量原理以及对爆胎原因进行了介绍。第 3 章：大体介

27、绍了该系统的设计方案，以及该设计所需达到的要求，外界环境状态，以及对技术要求进行了分析。第 4 章：详细的介绍了文章所使用的各种芯片，以及选用芯片的标准。重点介绍了射频芯片和低频发射芯片和比较了压力传感器的优缺点。第 5 章：提出了在设计中所遇到的关键的两个问题，并提出了多种解决方案，在这些方案中选择了最为合适的方案加以实际解决。第 6 章：将各部分电路图展示，并加以详细的说明介绍。第 7 章：大体说明了软件设计流程，对软件设计提供了详细的指导。另外对结果进行了仿真测试。2 tpms 分类及原理介绍2.1 间接式所谓的间接式就是非直接接触测量，气压值不是由传感器直接给出数据的方式。现在较为常用

28、的两种方法为计算式和磁敏式。2.1.1 计算式间接间接式的大体原理就是测量轮胎转速，当轮胎不正常时，汽车轮胎转速会变得不正常。利用当前速度与 abs5速度相比较可以得知当前轮胎压力状况，当轮胎漏气或者爆胎时，车轮直径会变小从而速度会变大，经过测速传感器测量到微处理器中进行处理比较最终得知车轮的变化。方法较为简单实用，且安装方便。其方法框图如图 2-1 所示。但同时这种方法也具有很大的局限性和缺陷。首先当速度过大时比如大于 100 码时得出的结果就会不准确。另外如果两个轮胎发生了异常，司机也无法判断和解决。absvsc-cpu波形处理轮胎在 vsc 控制范围内1、排除共振外的杂波2、推算轮胎弹簧

29、常数的变化3、对气压低的判断和处理液晶屏显示led 灯报警速度传感器图 2-1 计算式间接 tpms 结构图2.1.2 磁敏式间接所谓的磁敏式方法是在车轮内部安装磁性组件，当轮胎发生异常时会使得磁性组件发生偏移从而改变与外界磁敏器件（如;霍尔器件）之间的磁场强度，利用磁敏器件测量这些变化从而得知轮胎内部压力状况其框图如图 2-2所示。利用这种方法可以无需直接接触轮胎内部就可以得知压力状况。这种方法中所用的器件都是安装在轮胎外部所以在对器件选择时就不需要太高要求。如对其耐温，耐压能力无需太高大大降低了由器件造成的成本消耗。但同时其缺点也是显而易见的：首先无法定量的测量内部压力。第二，因为轮胎气量

30、在不同温度下不同行驶条件下对气压要求是不一样的，比如：在夏天气压会比冬天得低。第三，由于汽车轮胎使用时会发生磨损表面会变薄，安装的磁敏组件与磁性组件之间的距离会变小，需要不断地调整标准量。霍尔装置信号处理a/d 转换驱动器电子控制单元磁敏组件图 2-2 磁敏式间接 tpms 结构图2.1.3 基于 saw 方式所谓的 saw 就是 surface acoutic wave 的缩写6，即使表面声波它是在1885 年英国物理学家瑞利发现的。该研究表明在弹性晶体表面存在一种波动，也就是我们所说的表面声波7。当外界向由晶体构成的 saw 组件发射一定的频率的高频电波时，saw会接收并发回一定频率的信号

31、，当该组件处在不同压力和温度时返回的信号频率也不同，由此可以测量轮胎内部压力。2.2 直接式所谓的直接式就是使用压力传感器直接埋入轮胎检测压力值安装位置8如图 2-3 所示，并将其转化成数字信号传出的方式。其中又包括机械式和电子式，这是由其传感器的类型所决定的。当谈到直接式系统时为了直观的理解我们需要了解的是发射装置的安装显示报警装置情况其安装位置也是需要我们仔细考虑的问题。目前发射装置安装位置主要分为两类：第一种安装在轮毂上，另一种安装在气门芯上。无论安装在何位置都要考虑的是平衡问题。所以在汽车安装时都会做平衡校验。事实上安装在气门芯上是现在的主流。因为可以把发射天线用气门芯代替。 图 2-

32、3 直接式 tpms 安装图3 系统的总体设计3.1 系统的需求分析3.1.1 工作环境tpms 的采样端位于轮胎内部，工作在密封的环境中。故而需要无线通信实现信息交换。另外由于轮胎高速旋转，所以必须固定牢靠。另外车胎内部空间狭小对于系统体积必须有着严格控制。而且由于被深埋入轮胎内部取出极不方便，所以必须采用微功耗设计。综合起来，设计的主要要求如下：1. 体积小，系统的体积应尽可能的小；2. 微功耗，采用电池供电电量有限，所以应做到功耗低延长工作时间；3. 抗干扰性能要好，因为采用无线通信采取适当方法抑制干扰提高通信可靠性；4. 发射距离要适当，应保持在 4 米到 8 米之间，过小信号无法到达

33、接收端3.1.2 技术分析本设计的汽车胎压监测系统所采用的是直接式检测轮胎压力的方式。它采用的是锂电池供电，通过埋入轮胎的压力传感器检测压力，再通过无线调制发射到驾驶台的监视器上，监视器可以监测每个轮胎的压力，从而司机可以及时作出调整。具体要求如下：1. 可以实时监测以及显示每个轮胎的压力情况；2. 在气压过高或者欠压时能发出报警并警告驾驶员；3.1.3 汽车轮胎爆胎原因分析汽车爆胎是汽车行驶时遇到的最常见的危害，而其原因也是多样的。负荷过大，胎内气压，温度，行驶速度都是很重要的因素。所以研究汽车轮胎爆胎也成为了一项系统而重要的研究课题。而目前汽车所使用的子午胎（即无内胎）爆胎原因更为复杂，但

34、其中最多的也是最常见的是轮胎欠压。目前子午胎为了提升轮胎的强度，会在外层加上一圈钢丝。当轮胎欠压或是漏气时会使车体下沉，随之温度因轮胎摩擦加重而升高。温度的升高会使轮胎老化加快，钢丝变形，最终内部断裂。其原因如下：1. 漏气 因外界锐器扎破轮胎导致气压迅速下降，这会使汽车迅速偏向并失去控制，在交通安全中这是一种极为危险的事；2. 胎压过低 由于使用时间长轮胎内部气体量下降到一定程度，在高速行驶时，摩擦急剧加重，并在突然拐弯时轮胎壁接触地面，从而导致爆胎。这种现象在发生交通事故时极为常见。所以为了交通安全，行驶前必须仔细检查汽车轮胎胎压是否气量过低。3.2 系统的总体设计3.2.1 总体设计根据

35、功能及技术要求，系统的总体设计如图 3-1 所示sp12pic16f628arf 发射第一轮台模块rf 接收单片机液晶屏显示及报警sp12pic16f628arf 发射第四轮台模块lf 低频发射lf 唤醒电路lf 唤醒电路图 3-1 总体系统结构图3.2.2 检测模块设计检测模块功能主要是收集压力信息，转换成数字信号，并通过处理单元处理数据，再通过射频无线传输出去。由传感器将信息传入微处理器中，再由微处理器对格式转换，再进行编码处理变成合适调制系统的数据格式。具体设计如下： 图 3-2 检测模块结构图3.2.3 主机部分设计主机部分包括射频信号接收装置，接收之后传入 mcu 进行处理，从这些数

36、据中提取各个轮胎压力，在进行进制转换后成为十进制数据再在液晶屏上显示。再经过比较程序处理比较大小。最终由比较结果进行相应的报警提示处理。接收装置mcu显示及报警人机接口图 3-3 主机部分结构图mcu射频发射电路压力传感器4 元器件介绍本文中所使用的元器件主要分为两部分：采样并发射部分以及主机接收部分。其中主机部分主要有 mcu，射频芯片 rf，显示屏 lcd，由于其位于驾驶室内所以芯片性能达到商用基本即可。目前采样发射部分有两种安装方式：第一种安装在气门芯上，第二种安装在轮胎内部。该部分主要包括数字压力传感器，mcu，锂电池和天线等。现在大多数汽车轮胎采用的是没有内胎的真空子午胎，安装固定是

37、容易的。但汽车行驶时轮胎内部压力温度变化剧烈所以该部分元件按照军用级选用。4.1 传感器目前由于数字式的传感器体积小，功耗低，性价比高，使用方便的各方面优越性能逐渐取代了传统的无源传感器。对于汽车胎压检测传感器世界上著名的有：英飞凌公司的 sp12 系列，飞思卡尔 mpxy8300 系列，ge 的 npx1和 npx2。4.1.1 英飞凌的 sp12，sp12t,sp30sp12 是德国英飞凌公司面向 tpms 研发的重要元件。它是一种压电电阻式传感器适用范围可达 100-400kpa，自带有一个数字串行通讯口，可以方便的应用在单片机系统中以适应多种复杂的任务要求。sp12 有 14 脚的精简

38、封装，应用时无需其他外部器件。其精度为 1.37kpa/lsb9。另外 sp12t 与 sp12 所使用的电池电压和温度测量规格是相同的，但是未来更适用于重型车辆的要求，sp30 是将传感器与 mcu 封装在一起，这也是今后英飞凌公司的重点发展方向。具体介绍如下:1.推荐工作环境如表 4-1 所示2. 测量性能需要注意的是对于一个数字式传感器的测量精度影响最大的是其所处环境的温度,另外需要理解的是 sp12 不仅仅只是压力测量传感器事实上它是一个集压力，温度，加速度，电压测量于一体的四合一传感器。表 4-1 工作环境表使用指标最小值 min最大值 max单位温度范围-40+125测量进行所需电

39、压2.13.6v测量未进行时电压1.85.5v压力输入100450kpa注：以上压力均为绝对值,只有电压在测量电压范围内时，测量的精度才会在表明范围内。3. 综上所述 sp12 传感器有以下特点：检测精度方面：因为 sp12 采用的是精度较高的半导体电阻应变片构成的惠斯通电桥作为力电变换测量电路的，所以其测量精度非常高（0.01%-0.03%fs）；可靠性方面：sp12 具有误差补偿功能，可对压力电源电压信号的检测和补偿。准确的给出不同种类的轮胎在不同压力情况下的正确补偿值，从而可以有效的保证了结果的可靠性；低功耗方面：sp12 可以优先唤醒瞬态操作模式，当工作在此状态时功率消耗，仅为 0.6

40、 微安秒，最大所需电流为 6ma,大大的降低了功耗，延长了电池的使用寿命。4.1.2 飞思卡尔的 mpxy8300 系列mpxy8300 系列是专用于检测汽车轮胎各个参数以及行驶状态的传感器，在该传感器内包含了压力，温度等参数的测量电路，另外包含了 mcu 和射频输出10。其管脚图如图 4-2 所示。mpxy8300 特点如下:1. mpxy8300 测量时将由传感器测出的值经过内部 4 通道，10 位模数转换器。2. 8 位 mcu：s08 内核带 sim，中断和调试/监视器，512ram，8k flash,32字节，低功耗，参数寄存器。图 4-2 mpxy8300 引脚图3. 内部具有 3

41、15/434 mhz rf 发射器，无需外加。4. 差分输入 lf 探测器/解码器4.1.3 ge 的 npx 系列ge 一直致力于传感器的开发和研究11，其中 npx1 集成了硅压力传感器，温度传感器，电压传感器和低功耗的 8 位 risc 微处理器，以及一个低频唤醒输入级有了这些就可以方便使用者选择型号类型，从而降低成本，节省开支，节约资源。其性能和基本参数如下：1. 高集成度:压力、温度、电压三种参数传感以及 mcu 集于一体；2. 数字式的压力、温度以及电压量的补偿和修正；3. 电源管理：最小化功耗，极低的待机静态电流，进一步节省能耗；4. 多种唤醒方式：内部时钟唤醒;低频信号唤醒；外

42、部触发唤醒；5. 12 位低噪声 adc；6. 32 位内置产品寻列号；7. 芯片内置过热保护功能和传感器故障监测功能；8. 压力，温度传感器可以断线检测；9. 电池电压检测10. 内部包含看门狗； 4.1.4 三种传感器比较ge 公司的 npx 传感器因为开发需要专门的开发工具，成本会大大提高，所以不适宜用来实验。另外因为飞思卡尔 mpxy 性价比不高，且市面上单独出售较少所以也不被选用。而 sp12 致力于开发商用型汽车比较切题，而且市面上数量较多，性价比合适，因此我采用 sp12 传感器。 4.2 mcu本设计中对于轮胎内部 mcu 的要求是低功耗，汽车级温度适用性，体积合适，对于功能上

43、只要够用即可。首先考虑的是断电模式，这直接关系到功耗的高低。另外最重要的就是时钟系统，这是降低功耗的关键。需要选择具有睡眠状态的 mcu 从而在不工作时降低功耗。另外，对于体积的要求我们选择 18 脚的单片机已经足够了。而位于驾驶室内的单片机选用的是 8051 单片机，因为对这种单片机非常熟悉再次不再赘述17。所以我选择了 microchip 公司的 pic 的单片机 pic16f627a12。下面具体介绍其性能：1. 内部自带了较高精度的 4mhz 振荡器；2. 低功耗的内部 48khz 振荡器；3. 看门口有独自的振荡器，确保可靠的运行；4. 低功耗性能：当电压为 2.0v 时，典型值仅为

44、 100na5. 外设功能：16 个具有独立方向控制的 i/o 端口较高灌、拉电流可以直接驱动 led捕捉、比较、pwm 模块,16 位捕捉/比较,10 位 pwm4.3 rf 射频收发芯片4.3.1 模块简介：nrf24l01 是一种单片射频收发器件,正常工作于 2.4 ghz2.5 ghz ism（工业开放频段）频段13。内置频率合成器、功率放大器等功能模块,并采用了增强型 shock burst 技术，输出功率和通信频道是可通过程序进行配置。另外 nrf24l01 功耗低可以适用于轮胎内部对于功耗的要求。nrf24l01 主要特性如下： 1支持 2.4ghz 的开放 ism 频率范围，最

45、大发射功率情况下为 0dbm22mbps，传输速率高3功耗低，等待模式时电流消耗仅 22ua4多频点（125 个） ，满足多点通信及跳频通信需求5在空旷场地，有效距离：25m（外置天线） 、10m（pcb 天线）4.3.2 模块电气特性表 4-4 电气参数表参数数值单位供电电压5v最大发射功率0dbm最大数据传输率2mbps电流消耗（发射模式，0dbm）11.3ma电流消耗（接收模式，2mbps）12.3ma电流消耗（掉电模式）900na温度范围-40+854.3.3 模块引脚说明 图 4-3 nrf24l01 引脚图ce1csn2sck3mosi4miso5vss20dvdd19vdd18v

46、ss17iref16irq6vdd7vss8xc29xc110vdd_pa11ant112ant213vss14vdd15nrf24l01具体引脚功能如表 4-5 所示：表 4-5 nrf24l01 引脚功能表管脚符号功能方向1gnd电源地-2irq中断输出输出3misospi 输出输出4mosispi 输入输入5sckspi 时钟输入6nc-7nc-8csn片选信号输入9ce工作状态选择输入10+5v电源-11gnd电源地-12irq中断输出输出13misospi 输出输出14mosispi 输入输入15sckspi 时钟输入16nc空-4.3.4 模块与单片机接口电路vcci/0i/0i/

47、0i/0i/0i/0gnd单片机gndmcu 模块+5vcecsncncnsckmosimisoirqgndnrf24l01图 4-4 nrf24l01 与单片机接口图注：使用 at89s52mcu 模块时，请将 nrf24l01 通讯模块各个端口（mosi、sck、csn 和 ce）接上 4.7k 的排阻上拉到 vcc 从而增强其驱动能力。若使用其它驱动较强的单片机与 nrf24l01 通讯模块相连时请串联上 2k 电阻。4.3.5 工作模式控制工作模式主要由 ce 和 pwr_up 和 prim_rx 两寄存器共同控制：表 4-6 工作模式选择表状态pwr_up单元prim_rx单元ce

48、管脚fifo 寄存器接收状态11高-发射状态10高数据存在 fifo 寄存器中，将发射所有数据发射模式1010数据存储在 fifo寄存器中，将发射 一个数据待机状态 ii10高fifo 寄存器中无数据待机状态 i1-低无正在传输的数据掉电状态0-4.3.6 数据和控制接口通过以下六个引脚，可实现模块的所有功能：1. irq（为 0 时有效，用于中断输出方式）2. ce（在为 1 时有效，用于控制发射与接收）3. csn4. sck5. mosi6. miso所有的 spi 指令均在当 csn 由低到高开始跳变时执行；从 mosi 写命令的同时，miso 实时返回 24l01 的状态值；spi

49、指令由命令字节和数据字节两部分组成。spi 读写时序见图 4-6。在对寄存器进行写处理时，要先将芯片进入待机状态或掉电状态，才可以操作成功。spi 读时序spi 写时序图 4-5 spi 时序图4.4 mc33690本文中为了降低采样端功耗，采用了低频唤醒模式即:在主电路部分使用mc33690 芯片制作的低频信号发射电路，来控制采样端 mcu 的运行。当汽车停止时是采样端处于睡眠状态，当汽车启动时唤醒。下面仔细介绍 mc33690芯片14。4.4.1 特点1. 自同步采样保持解调器2. 可接收和发射调幅和调相波形3. 具有较高灵敏度4. 低阻抗，大电流天线驱动器（典型值 150ma,2）5.

50、较宽输入电压范围：5.5v-40v；6. 配合外加功放晶体管输出电流可达 150ma；7. 输出电压为 5v 误差为正负 5%8. 低功耗：待机状态下电流仅为 150ua9. 遵循 iso9141 发射和接收标准4.4.2 引脚图图 4-6 mc33690 引脚图4.5 供电电源供电电源我选用锂亚电池，因为它具有体积小，在正常温度下在-40-125内可以有效工作。基于这些考虑我选择了 able（艾博尔）公司er2450。 其性能指标如下：1. 空载电压：3.66v2. 负载电压：3.45v3. 容量：0.5ah4. 工作温度: -40-1255. 保存时间：10 年以上6. 焊脚纽扣型，外壳加

51、厚，可以焊接在 pcb 上，从而使安装更牢固，防震性能更好。4.6 天线天线是影响射频输出功率的一项重要因素，影响其效果的因素有:天线形状，材料，传输介质等。另外，因为发射器位于车毂内且车轮都为金属结构电磁屏蔽严重。所以在设计时需要考虑金属屏蔽，车轮的不断旋转，阻抗匹配等因素的影响。目前大多数汽车选择用气门嘴作为天线，这种方案具有体积小，加工方便，成本低，易于标准化等优点。而低频天线处于驾驶室所以可以使用专门的 125khz 的天线18。4.7 液晶屏本次采用的是 lcd1602 下面简略介绍下它的性能：lcd1602 主要技术参数如表 4-11 所示16：表 4-11 主要技术参数表可显示容

52、量：16*2 个字符芯片工作合适电压：4.5-5.5 v工作合适电流：2.0ma (5.0 v)模块最佳状态下电压：5.0v字符尺寸大小：2.95*4.35 mm4.8 结论综上所述本文采用以英飞凌公司的 sp12 为压力传感器，从机使用pic16f627a 单片机，并采用 nrf24l01 为射频发射接收器，主机采用的是pic16f877 单片机为核心，并使用 lcd1602 显示具体数值。另外使用三种颜色的 led 发光二极管显示目前状态。5 系统关键问题的解决5.1 功耗问题由于传感部分深埋在轮胎内更换极不方便，因此降低功耗延长工作时间成为一个重要问题。所以在汽车停止运行或者操纵台未开启

53、时，轮胎内采样端系统应该处于睡眠待机状态。目前实现忙时唤醒，闲时待机方案主要有：1.加速度唤醒这种方法是在检测电路中加入一个可以检测加速度的传感器当汽车启动到一定加速度时出现唤醒信号，是系统启动。好处是减少了主电路部分的结构，降低了成本。但坏处是不能做到完全可控，即当汽车刚启动时无法获知胎压信息，进而无法立即作出判断和动作2.低频唤醒方式这种方式是在车胎内的采样端主机复位端配合低频信号接收装置，在主电路上安装低频信号发射装置。当操控台启动时会向接收端发射 125khz 的低频信号，随后采样端低频信号接收到信号并使其复位开始工作。这种方法好处是可以实时可控在汽车未启动时得知气压而采取措施。而缺点

54、则是需要安装更多的器件增加了成本，电路也更加复杂。本文中采用的是第二种方案。5.2 轮胎定位问题tpms 中另一个重要问题就是定位问题。在数据传回主电路后需要说明的是四个轮胎中的哪个，否则司机无法对应的采取措施。想要解决这个问题我们首先要了解 nrf24l01 的通道频率。所谓的 rf 通道频率指的就是 nrf24l01 使用的中心频率，该频率范围是从 2.400ghz 到2.525ghz，以 1mhz 区分一个频点，所以有 125 个频点可使用。中心频率是主要由参数 rf_ch 确定，公式为：f0 = 2400 + rf_ch（mhz） 。同样的当 nrf24l01 作为接收电路时其接收频率

55、必须与发射频率保持一致才能接收到相应的信息。所以我们可以在将采样端埋入轮胎之前将四个轮胎的中心频率设置为四个不同的频率，而主电路在接收的时候采取巡回检测方法，这样既可以保证每个轮胎都被检测到，又能保证成功定位。5.3 nrf24l01 跳频接收上面我们提到为了解决定位问题我们设置了不同频率发射和接收的调频技术。目前因为 ism 2.4ghz 频率范围内的没有使用限制，所以我们可以轻易在其中选择四个不同的频率，为了方便统一管理我们可以以频率划分不同信道范围。但需要注意的是 ism 频段对于功率是有着严格的限制的。6 硬件设计6.1 传感器部分电路设计wa keup1reset2t est/gnd

56、3v ss4nc5dign/g n6v ss7v ss8v dd9v pp10sdi11sclk12sdo13ncs14a2sp12ra2/a n2/v ref1ra3/a n3/cmp12ra4/t ock i/cmp23ra5/m clr/v pp4v ss5rb0/int6rb1/rx /dt7rb2/t x /ck8rb3/ccp19rb4/pgm10rb511rb6/t 1oso/t1cki/pgc12rb7/t 1osci/pgd13v dd14ra6/o sc2/clkout15ra7/o sc1/clkin16ra0/n a017ra1/a n118a1pic16f627ac2

57、15pfc115pfy14mhzv ccv cccecsnsckmosiirqmisor410kl37.1m hc13220pfd1diode图 6-1 检测部分电路如图 6-1 所示 mcu 采用的是 20 引脚的 pic16f627a 单片机，将 ncs 连到ra2，sdo 引脚与 ra3 相连，而 ra4 是漏极开路管脚，ra5 是复位引脚所以与低频信号接收电路相连。sp12 的 sclk 引脚与 ra0 相连提供时钟信号，sdi与 ra1 引脚相连。使用的是 4mhz 的晶振配合两片 15pf 的瓷片电容。6.2 采样端 rf 发射部分电路设计c322pfc422pfy216mhzr2

58、2mce1csn2sck3mosi4miso5vss20dvdd19vdd18vss17iref16ant 213v ss14v dd15ant 112v dd_pa11xc110xc29vss8vdd7irq6a3nrf24l01r122k1.8v3v3vcecsnsckmosimisoirq3vc633nfc710nfc81nfc91.5pfc101.0pfc112.2nfc124.7pfl110uhl210uhl310uhe1ant enna图 6-2 rf 发射电路rf 发射电路如图 6-2 所示首先要指出的是 e1 天线在实际中是特殊的气门芯，专门设计用来当做发射天线。其中使能端 c

59、e 与单片机的 rb0 相连，csn 引脚与 rb1 连接，sck 与 rb2，mosi 与 rb3 相连，irq 与 rb4，miso 与rb5 相连。其中 ant1 和 ant2 连接的是天线电路，xc1 和 xc2 连接的是外接晶振电路。6.3 低频信号接收电路图 6-3 lc 低频信号接收电路低频信号接收电路如图 6-3 所示。为了节省空间和成本，本文中使用的是简单的 lc 并联电路。而本文低频信号只需用来作为开关信号所以无需太过精确所以采用这种方法非常合适。图中 lc 并联电路，当接收到 125khz 的信号时会发生谐振从而使 mclr 端口由低电平上升到高电平唤醒电路。其频率算法为

60、f0 =12l c6.4 显示电路5vvss1vcc2vee3rs4r/w5e6db07db18db29db310db411db512db613db714a15k16j1lcd16025v5vr410kp1.01p1.12p1.23p1.34p1.45p1.56p1.67p1.78rst9rx d/p3.010t x d/p3.111in t0/p3.212in t1/p3.313t 0/p3.414t 1/p3.515wr/p3.616rd/p3.717x t al118x t al219v ss20p2.021p2.122p2.223p2.324p2.425p2.526p2.627p2.7