引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展,汽車的擁有量和公路網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，公路交通的平均車速也有了很大提高，這對經(jīng)濟的快速發(fā)展起到了積極作用。同時也潛了一些交通隱患，如因車胎爆胎等造成交通事故，而這類事故大部分是由于不合理的輪胎氣壓和溫度引起的。因此，使駕駛者在行車過程中能實時在線監(jiān)測汽車輪胎胎壓，對輪胎漏氣和低氣壓進行報警，以保障行車安全，是駕車者、乘車人的生命安全保障預(yù)警系統(tǒng)。這對確保汽車行駛的經(jīng)濟性、安全性和操縱穩(wěn)定性等具有重要意義。

造成汽車爆胎的主要原因包括：一、氣壓過低行駛，輪胎變形增大，胎溫因磨擦而急劇升高，輪胎變軟強度下降，造成爆胎；二、氣壓過高行駛，輪胎彈性降低，受到的動負荷增大，受到?jīng)_擊會產(chǎn)生內(nèi)裂，造成爆胎；三、在長時間行駛中，輪胎與地面的磨擦使胎內(nèi)溫度急劇升高，氣壓隨著增大，造成爆胎。

現(xiàn)代汽車測試工程和其它工程一樣，需要專用的監(jiān)測儀器，這些儀器可以用傳統(tǒng)的單片機開發(fā)技術(shù),也可以采用虛擬儀器技術(shù)。從減少開發(fā)時間和降低成本兩方面來考慮，虛擬儀器的優(yōu)越性是顯而易見的。虛擬儀器硬件工作量明顯減輕，可節(jié)省大量選購電子元件的過程，印刷電路板設(shè)計難度被簡化，安裝調(diào)試過程中使用的儀器大大減少，整個開發(fā)周期縮短許多倍。汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)采用了多種通訊技術(shù)和先進傳感器技術(shù)，開發(fā)基于虛擬器技術(shù)和單片機的汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)具有重要的使用價值。

1、系統(tǒng)方案設(shè)計

本系統(tǒng)主要包括：壓力傳感器，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，無線發(fā)射系統(tǒng)，無線接受系統(tǒng)和上位機等五部分組成，在該設(shè)計中，數(shù)據(jù)采集部分主要以C52單片機控制壓力傳感器來完成對汽車輪胎壓力的采集。并通過無線調(diào)制發(fā)射到安裝在駕駛臺上的無線接受裝置上，然后無線接受裝置通過串口與監(jiān)視器相連。通過監(jiān)視器可實時顯示各輪胎氣壓，駕駛者也可直觀地了解各個輪胎的氣壓狀況，當輪胎氣壓太低或有滲漏時，系統(tǒng)就會記錄數(shù)據(jù)并自動報警。簡單地說，就是將所采樣的一個電信號用無線調(diào)制發(fā)的方式發(fā)射出去，在另一端采用無線技術(shù)接收信號后，再進行數(shù)據(jù)處理。上位機利用LabVIEW軟件對收到的數(shù)據(jù)進行處理。如實時顯示、壓力報警、報警處理等。此外，利用軟件本身的GUI可以設(shè)計出友好的界面，實現(xiàn)對測控系統(tǒng)的完全控制和數(shù)據(jù)分析。總體設(shè)計框圖如圖l所示。

圖1系統(tǒng)模塊原理圖

2、硬件設(shè)計

2.1.發(fā)射電路

發(fā)射系統(tǒng)的發(fā)射電路是整個輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計的精華所在。它集中體現(xiàn)了電路簡單而有效的設(shè)計思想。胎壓監(jiān)視系統(tǒng)選用無線數(shù)字通信的方式。發(fā)射電路采用nRF905集成電路芯片來實現(xiàn)。選擇發(fā)射頻率34MHz。外接天線使用905的ANT1以及ANT2。設(shè)定串行通信的波特率為1200Bit/s。

該芯片與單片機的連接由表2.1.1所示：

表2.1.1發(fā)射芯片和單片機的連接方式

在用TXEN控制狀態(tài)的切換的時候，是用延時程序來保證狀態(tài)切換的成功以確保數(shù)據(jù)能夠按時序收發(fā)。狀態(tài)切換的時間如表2.1.2所示。

表2.1.2狀態(tài)切換時間表

2.2硬件電路連接

發(fā)射接收芯片NRF905的硬件連線如圖2所示。

圖2.NRF905完整發(fā)射電路

2.3接收解調(diào)電路和處理器

接收電路也是采用NRF905芯片外加天線來接收來自輪胎內(nèi)模塊的信號。其中處理器也是采用80C52單片機。在本設(shè)計中，由于NRF905具有收發(fā)一體的特點，C52單片機在此系統(tǒng)的主機和下位機中都有應(yīng)用，所以NRF905與處理器52單片機的連接方式也跟輪胎控制模塊的基本相同。所不同的是處理器用于控制NRF905的控制IO線和接口方式不同而已。表3.3.1是NRF905與單片機的連接方式。

表2.3.1駕駛室接收芯片跟單片機的控制引腳連接表

本設(shè)計接收系統(tǒng)中采用UART異步接收方式。采用計數(shù)器1來作為波特率發(fā)射器，并使它的工作在工作方式2的計數(shù)結(jié)構(gòu)為8位，假設(shè)計數(shù)初值是COUNT，則定時時間為T=(256-COUNT)*機器周期，那么它的倒數(shù)就是計數(shù)溢出率，也就是1/T。由于針對具體的單片機而言，時鐘頻率是固定的，從而機器周期也是可知的，所以在上面的公式中，只有兩個變量：波特率和計數(shù)初值。只要知道其中一個，就可以求出另外一個。

本系統(tǒng)令串行通訊口的工作方式選2，因為工作方式2具有自動加載功能，避免了通過程序反復(fù)裝入計數(shù)初值而引起的定時誤差，使得波特率更加穩(wěn)定。接受模塊的控制器的通信頻率設(shè)定為1200bps，與輪胎模塊的發(fā)射波特率相同，52單片機的晶振頻率為11.0592MHz。

本系統(tǒng)設(shè)置中，令SMOD=0，也就是波特率倍增，因為通信速率不高，發(fā)送的數(shù)據(jù)也不多，所以波特率不倍增，以免速率太高，誤碼率也高，也就減少通信錯誤發(fā)生。

3、軟件設(shè)計

該系統(tǒng)軟件主要由初始化程序、主程序、延時程序等模塊組成。

3.1初始化程序

初始化程序包括定時器T0中斷入口地址1000H、主程序入口地址000BH、軟件計數(shù)器地址30H，晶振11.0592MHz.

3.2主程序主程序的流程圖如圖3所示。

圖3主機程序流程

3.3延時程序

延時程序主要是用在檢驗車胎是否存在持續(xù)故障，延時時間可以根據(jù)車胎的性能等一系列的因素確定，本設(shè)計設(shè)定的延時時間是5s，延時采用內(nèi)部的定時器T0工作在方式1，定時時間設(shè)定為50ms，軟件計時100。采用兩者相結(jié)合達到定時5s的效果。

3.4界面設(shè)計

LABVIEW能提供豐富的數(shù)據(jù)圖形化顯示控件。圖形控件按顯示方式主要分為兩類：一種是趨勢圖(Chart)，另一種是圖表(Graph)。本文前面選用了Chart可以將新的數(shù)據(jù)添加到曲線尾端，從而反映數(shù)據(jù)的變化趨勢，主要用來顯示實時曲線，與傳統(tǒng)的模擬示波器、波形記錄儀的顯示方式相同。

本系統(tǒng)界面設(shè)計如圖4所示,包括壓力的實時變化曲線和當前數(shù)據(jù),并根據(jù)它們的變化幅度分6個等級進行報警提示?？刂泼姘宀糠诌€包括采集方式的設(shè)定、測試點數(shù)的設(shè)定和采集對象的設(shè)定，這些參數(shù)將在設(shè)定采集任務(wù)時使用。

圖4系統(tǒng)上位機畫面

4、結(jié)論

通過應(yīng)用虛擬儀器時間控制和網(wǎng)絡(luò)通訊方面的優(yōu)點，結(jié)合單片機的數(shù)據(jù)處理能力，可以在較短時間內(nèi)開發(fā)出基于虛擬儀器和單片機技術(shù)的汽車輪胎壓力在線監(jiān)測系統(tǒng)，節(jié)省了軟硬件開發(fā)成本，也大大提高了汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)自動化程度低和操作復(fù)雜等問題。

更多資訊請關(guān)注傳感器頻道