基于单片机的胎压监测装置设计

张威 王宁波 陈美玲

摘  要：以STC89C51为控制核心，传感器测量汽车的轮胎的气压和温度，并将传感器测得的压力和温度数据通过液晶显示屏显示出来，以此来通知驾驶员，在胎压出现异常时，提前预警。此设计用3个按键来设置轮胎压力温度的限值，来与测得的实时数据进行比较，当设定好压力和温度范围之后，一旦轮胎的实际压力和温度超过设定好的数值时，警报器响起来，警报灯会亮起来，系统中还加了存储器，在系统断电也能很好地保存数据。经过测试，此胎压检测装置能够实现设置，存储，预警的功能。

關键词：胎压监测;温度测试;预警

中图分类号：TP873     文献标识码：A文章编号：2096-4706（2022）02-0070-05

Abstract： Taking STC89C51 as the control core， the sensor measures the tire pressure and temperature of the vehicle， and displays the pressure and temperature data measured by the sensor through the LCD screen， so as to inform the driver and give early warning in case of abnormal tire pressure. This design uses three keys to set the temperature limit of tire pressure to compare with the measured real-time data. After setting the pressure and temperature range， once the actual pressure and temperature of tire exceed the set value， the alarm will sound and the alarm light will light up. The system also adds a memorizer to save the data very well when the system is powered off. After testing， the tire pressure detection device can realize the functions of setting， storage and early warning.

Keywords： tire pressure monitoring; temperature test; early warning

0  引  言

当下因为经济飞速地发展，汽车成了几乎人人必备的交通工具，Speed变得愈来愈快，所以汽车行驶时候的安全性也变得极为重要，而造成车祸很重要的原因就是轮胎爆炸。根据相关资料显示，在中国，因为轮胎爆炸而造成的车祸占绝大多数，所以在汽车行驶的时候必须防止轮胎爆炸，而决定汽车轮胎爆炸是否的关键因素就是轮胎的压力与温度，即汽车轮胎压力监测系统（简称TPMS）。在汽车上安装TPMS可以防止这些交通事故[1]。

车辆的每一个轮胎里都安装有压力传感器，传感器可以实时监测轮胎内部的气体压力，所测得的信号可通过单片机信号收发装置调制后通过无线电波放射出去，驾驶室的电子屏幕接收这一信号，并显示在屏幕上，一旦超过所设定的限值，便会发出报警。间接型和直接型是目前大多数TPMS两个最主要的类别;第一种是利用Velocity difference来监视轮胎的压力情况，但是当汽车行驶速度非常高的时候，所测量的数据的精度便会大大降低;第二种就是利用压力传感器来实时检测汽车的轮胎压力，精确度高，所以被普遍使用于TPMS上。

因此设计一个可以检测4只轮胎的胎压值，并用液晶显示器显示;当胎压超过一定值时进行告警是非常有意义的。

1  系统的总体设计

在选择器件时需要注意，不同的模块有不同的功能，而且每个模块都有很多种不同的实现方法，但在实际的运用中，要选择最合适的方案来进行设计。控制系统的硬件电路由五大模块以及相关的外围电路组成，选择适合本次设计的器件，并将各个模块的器件合理组合最终完成系统硬件电路的设计。

采用的主控芯片是STC系列的单片机。因其功耗较低，并且有着较强的抗干扰能力，而且它能和大部分常用的传感器模块、通信模块相连接，所以选用STC89C51单片机作为主控芯片。本设计的具体系统方案，如图1所示。

2  系统硬件设计

STC89C51是51单片机系列中性能较好、功耗较低的一款微处理器，它继承了其他51单片机经典的内核，但在其他方面做了重大的改变，它拥有4K的片内存储空间，这可以使它能很好地保存数据，即使在使用过程中出现断电等故障，也无伤大雅，因为它可以做到断电保存数据。

本设计以STC89C51为控制核心，汽车轮胎的气压和温度可以通过传感器测得，并将传感器测得的压力和温度数据通过液晶显示屏显示出来，以此来通知驾驶员。用了3个按键来设置轮胎压力的温度的限值，来与测得的实时数据进行比较，当设定好压力和温度范围之后，一旦轮胎的实际的压力和温度超过设定好的数值时，警报器响起来，警报灯会亮起来，系统中还加了存储器，所以系统断电也能很好地保存数据。

复位电路包括了上电自动复位和开关复位两种复位模式，如图2所示。当系统接入电源的时候，电容相当于开路，所以电源就全都作用在电阻上，复位端口输入高电平，因此整个系统被复位，这就是所谓的上电复位。当按下自带的按钮之后，电容被短路，电源跟上次一样全部作用于电阻之上，复位端口的输入为高电平，整个系统复位，这就是所谓的按键复位。

硬件选取按照需求分别采用LCD1602液晶显示屏，它可以显示出其他显示屏不能显示的东西，比如说：字母，字符，数字以及其他我们可以通过人为编程所自定义的符号。它与其他的液晶显示屏控制原理基本相同，但耗能低，运行速度快，运行流畅等特点。

采用EMP180气压温度传感器，该传感器工作时的电压较低，所以损耗较小，整体性能较好，工作稳定，但是不能防水，所以对工作环境要求较高。该传感器中已经储存了个人的校准数据，这可以用来补偿偏移量和其他的一些参数。

选择AT24C02存储芯片，它的存储容量为2 KB，该芯片可以储存256个8位字节，而且耗能很低，它具有与其他芯片不同的读写保护功能，因为片内有页写入缓冲区。它具有片内子地址寻址和芯片寻址两种寻址方式。它的可靠性参数如表1所示。

选择有源电磁式蜂鸣器，它的正常的工作电压为5 V。但它有一个缺点：它的正常工作电流稍微有点大，所以C51单片机的外部I/O口无法直接驱动这个蜂鸣器运行，所以要用PNP三极管组成一个放大开关电路来驱动它。蜂鸣器工作的条件：单片机的输入/输出接口输出低电平时，三极管电路导通;蜂鸣器不工作的条件：单片机的输入/输出接口输出接口输出高电平时，三极管电路截止，蜂鸣器没有电流流过，处于非工作状态。具体接线图如图3所示。

使用直流5 V电源作为系统的供电电源，利用外部适配器将家用220 V电压转换成5 V电压输出为系统的的硬件各模块供电。电路设计中通过S1按键开关输入的5 V直流电压。电路中的C1电容与R2电阻起到了滤波和稳压的作用，以保证输入稳定的5 V直流电压，LED0为电源指示灯用于输出电源接通提示。

采用了两个LED灯来进行报警，当检测到的温度超过当前设定的限值，而压力没有超过当前所设定的限值，路灯便会亮起;当检测到的压力值超过所设定的限值，红灯便会亮起来;当所测量到温度和压力的值都超过当前所设定得限值，绿灯和红灯都会亮起来;当温度与压力都没有超过设定的限值，两个灯变都不会亮起来。硬件设计原理图如图4所示。

3  系统软件设计与仿真调试

采用Keil μVision4进行编程实现。此平台应用相对简单，方便开发人员使用，可以在单片机程序开发时还可以生成单片机能直接运行的.hex文件，通过相关的编译器或串口助手与单片机进行连接，使用单片机RXD、TXD串口进行编译下载。在编写程序时采用灵活的模块化编程方式，主程序是硬件电路驱动程序的主体部分，它保证了程序运行的先后顺序，以及执行中断指令的时间，将各个模块的程序进行调用，使编程清晰简单，不易出现错误。

一个程序必须包含主程序和其他函数，比如读写程序，显示程序等等。此设计的主函数流程图如图5所示。一开始对显示器进行初始化，然后讀取存储在存储芯片里的数据，再进行安检监测，按键监测正常后，便可以来处理传感器所测得的一些数据，将它显示在液晶屏幕上;如果监测不正常，屏幕则会显示设置页面。

本设计中采用Proteus软件对系统的运行进行仿真调试，仿真设计的电路图如图6所示。

本设计采用LCD液晶显示屏来显示温度和压力，其运行状态如图7所示。

仿真运行时，当压力值超过设定值时，系统进行报警，蜂鸣器开始工作发出声音，警报灯发光。此时的仿真运行结果如图8所示。

实现了3个按键来设置轮胎压力的温度的限值，来与测得的实时数据进行比较，当设定好压力和温度范围之后，一旦轮胎的实际的压力和温度超过设定好的数值时，警报器响起来，警报灯会亮起来。

4  结  论

本系统以STC89C51为控制核心， 汽车的轮胎的气压和温度可以通过传感器测得，并将传感器测得的压力和温度数据通过液晶显示屏显示出来，以此来通知驾驶员。通过监测轮胎的气压和温度两个感应参数，用了3个按键来设置轮胎压力的温度的限值，来与测得的实时数据进行比较，当设定好压力和温度范围之后，一旦轮胎的实际的压力和温度超过设定好的数值时，警报器响起来，警报灯会亮起来。实现了汽车胎压监测装置的可靠性、稳定性、安全性和经济性。从仿真调试的结果看，实物能够稳定的运行，并实现了设计目标中对系统功能的要求，不仅可以测量压力，而且可以实时测量温度。系统中还加了存储器，能够在系统断电也能很好地保存数据。

参考文献：

[1] 张庆良，高志贤.基于NPX1的胎压监测系统设计 [J].现代制造工程，2013（12）：38-40+92.

[2] EROGUL D，SEN F. The effect of preharvest gibberellic acid applications on fruit quality of Angelino plums during storage [J].Scientia Horticulturae，2016，202：111-116.

[3] KÁDÁR R，NAUE I F C，WILHELM M. First normal stress difference and in-situ spectral dynamics in a high sensitivity extrusion die for capillary rheometry via the hole effect’ [J].Polymer，2016，104：193-203.

[4] OEVEREN A V. Cry “Havoc！” and let slip the dogs of war’： regulating private military and security companies [J].European View，2016，15（1）：155-162.

[5] 王义，乌力吉，张向民，等.一种用于无电池胎压监测系统的低功耗8 bit SAR ADC设计 [J].微电子学与计算机，2016，33（10）：91-96.

作者简介：张威（1982—），男，满族，吉林四平人，技术经理，助理工程师，本科，研究方向：自动化控制，工业自动化。