汽車胎壓監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)濟(jì)南大學(xué)泉城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)2-2-濟(jì)南大學(xué)泉城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)題目汽車胎壓監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院工學(xué)院專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（專升本）班級(jí)1501班學(xué)生劉立兵學(xué)號(hào)2015040113指導(dǎo)教師張興達(dá)武華二〇一七年五月十六日濟(jì)南大學(xué)泉城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)PAGEPAGEIV摘要隨著時(shí)代發(fā)展和科技進(jìn)步汽車已成為了人們常用的且離不開的交通工具。隨著汽車數(shù)量的增多交通事故發(fā)生的數(shù)量也越來越多，而其中汽車輪胎壓力異常成為重要誘因。針對這一問題，本文提出了一種基于單片機(jī)的汽車胎壓監(jiān)測系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了測試汽車輪胎壓力的功能，由三種不同的計(jì)量單位通過LCD顯示給用戶，如果超出預(yù)設(shè)閾值就會(huì)發(fā)出警報(bào)提醒司機(jī)安全行駛。本設(shè)計(jì)主要包含硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)兩部分。硬件部分主要包含氣壓傳感器BMP085、STC89C52單片機(jī)和1602LCD等。通過氣壓傳感器BMP085獲取與汽車胎壓相對的模擬電壓值，經(jīng)過V/F變換輸入到單片機(jī)進(jìn)行處理，最終由通過LCD顯示電路顯示相應(yīng)氣壓值。軟件部分采用C語言作為開發(fā)工具軟件，在KeilC環(huán)境下進(jìn)行了對單片機(jī)各個(gè)端口以及定時(shí)器工作方式和串行口工作方式進(jìn)行設(shè)置，并對定時(shí)器和串行口進(jìn)行初始化用以實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)和各個(gè)功能模塊芯片之間通訊和聯(lián)絡(luò)的設(shè)定，以及分配地址空間交代程序中各個(gè)變量等的設(shè)計(jì)和編碼。通過軟件仿真及實(shí)物之作運(yùn)行調(diào)試，完成了系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性等性能的測試，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期功能，為進(jìn)一步研究及應(yīng)用提供了一定的數(shù)據(jù)參考。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；傳感器；胎壓-PAGE30-1前言1.1研究背景及意義隨著交通運(yùn)輸?shù)牟粩喟l(fā)展，汽車數(shù)量和車速也越來越高。而伴隨著的則是對安全嚴(yán)重考驗(yàn)。而爆胎，疲勞駕駛，超速已經(jīng)成為了三大交通事故殺手。而其中以汽車爆胎的難預(yù)測和不確定性成為了司機(jī)頭疼不已的事情。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在中國因?yàn)楸ヒl(fā)的事故比例達(dá)70%，在美國更是高達(dá)80%[1]。因此怎么樣防止汽車爆胎原因成為了一項(xiàng)重要課題。據(jù)國家輪胎質(zhì)量監(jiān)督中心專家研究發(fā)現(xiàn)，汽車輪胎氣壓正常與否是一項(xiàng)重要因素。因此汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)（簡稱TPMS）則變成了最理想的工具。汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

所以輪胎氣壓情況檢測是必須的，而氣壓量是無法通過肉眼觀測的，而且在高速行駛時(shí)也是不實(shí)際的，TPMS可以幫助人們隨時(shí)隨地不間斷的監(jiān)測氣壓量[2]。從經(jīng)濟(jì)性上考慮，據(jù)統(tǒng)計(jì)和試驗(yàn)驗(yàn)證氣壓量每下降十分之一而輪胎的壽命會(huì)縮短四分之一。不僅如此，從油耗上看，汽車輪胎氣壓量下降時(shí)會(huì)使得輪胎與地面摩擦力下降，而且輪胎抓地力不牢導(dǎo)致油耗會(huì)上升。根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究氣量下降十分之一時(shí)在相同油量下汽車行駛會(huì)下降2%。同時(shí)在汽車保養(yǎng)方面，當(dāng)氣壓量下降時(shí)汽車底盤下沉，懸掛系統(tǒng)也會(huì)受到損傷，時(shí)間一長造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。不僅如此，這些損傷還;會(huì)造成交通事故，造成人身安全危害[3]。

1.2國內(nèi)外研究和發(fā)展的概況 早在2001年美國就通過了TRAD法案，法案要求到2007年所有美國銷售的新車都必須將TPMS作為標(biāo)準(zhǔn)配置。美國國家公路安全管理局（NHTHA）2002年頒布的法規(guī)要求監(jiān)控器在輪胎氣壓低于生產(chǎn)商推薦值的25%～30%時(shí)向司機(jī)報(bào)警，建議從2004年開始新車應(yīng)安裝輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）[4]。繼美國之后，歐洲也制定相應(yīng)的法規(guī)，要求其國內(nèi)的汽車廠商安裝TPMS。在2004年美國印第安納波利斯博覽會(huì)上，加拿大輪胎設(shè)備公司推出了世界上第二套摩托車輪胎專用TPMS；第一套是由英國Metasystem公司2002年推出的[5]。該產(chǎn)品能夠在摩托車行駛過程當(dāng)中監(jiān)測和顯示出每只輪胎的充氣內(nèi)壓和溫度信息，如果出現(xiàn)偏差，就會(huì)通過報(bào)警燈提醒乘騎者注意。日本阿爾卑斯電氣公司開發(fā)的不需要電池的汽車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)最近通過有關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證，符合歐洲及美國的電磁波相關(guān)法律規(guī)定，今后將以行駛條件及輪胎種類等因素的影響為中心進(jìn)行評測，計(jì)劃在歐美、日本等地進(jìn)行實(shí)地試驗(yàn)，2004年8月開始提供樣品，2006年投入批量生產(chǎn)。國外的TPMS產(chǎn)品已經(jīng)相當(dāng)成熟，能夠經(jīng)受5—7萬公里的使用測試，現(xiàn)在國外的TPMS的研發(fā)重點(diǎn)在于開發(fā)無源的TPMS，如采用SAW這類無源器件的頻率變化來監(jiān)測輪胎壓力的變化。TMPS的研究在中國剛剛起步。目前各廠家的重點(diǎn)并非是如何開拓市場，而是如何提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量。目前國內(nèi)的TPMS系統(tǒng)問題不少：國內(nèi)需配備專用的主機(jī)、顯示屏；需要在車內(nèi)固定和接線，安裝繁瑣、影響美觀、整車廠難以配裝；不能設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)胎壓、無法保障輪胎合理使用；不具備抗干擾的清晰語音提示報(bào)警功能，會(huì)造成駕駛員視線轉(zhuǎn)移；因輻射效率、編碼糾錯(cuò)性能差、在惡劣環(huán)境下漏報(bào)嚴(yán)重。直接式TPMS產(chǎn)品無線信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性可靠性不足，電池壽命問題，傳感器壽命和耐久性問題。此外，TPMS零組件主要靠進(jìn)口，缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。1.3本設(shè)計(jì)內(nèi)容(1)設(shè)計(jì)內(nèi)容研究硬件設(shè)計(jì)部分本設(shè)計(jì)硬件選擇了STC89C52單片機(jī)、MPX4105氣壓傳感器、AMS1117—3.3電源轉(zhuǎn)換電路以及1602字符型LCD等器件[6]。由氣壓傳感器獲得與汽車輪胎胎壓相對應(yīng)模擬電壓值，經(jīng)過V/F變換輸入到單片機(jī)進(jìn)行處理，通過LCD顯示相應(yīng)氣壓值。測試是選擇用電位器模擬實(shí)現(xiàn)功能，通過電位器的調(diào)節(jié)可改變氣壓值，達(dá)到預(yù)設(shè)閾值就會(huì)報(bào)警，紅燈亮起同時(shí)蜂鳴器發(fā)出嗡嗡響聲，有三種不同的度量單位，可通過功能選擇按鍵選擇度量單位并設(shè)置閾值。本系統(tǒng)采用集成的單片機(jī)主控，通過壓力傳感器將氣壓信號(hào)送入帶A/D轉(zhuǎn)換的STC89C52單片機(jī)中，以及在相關(guān)模擬分立元件的輔助下進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換以及其它的數(shù)據(jù)處理，將處理的結(jié)果送顯示部分進(jìn)行顯示。軟件設(shè)計(jì)部分本系統(tǒng)通過對單片機(jī)各個(gè)端口的設(shè)置，以及定時(shí)器工作方式和串行口工作方式的選擇，并對定時(shí)器和串行口進(jìn)行初始化用以實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)和各個(gè)功能模塊芯片之間通訊和聯(lián)絡(luò)的設(shè)定。在主程序模塊中我們關(guān)鍵是使單片機(jī)初始化，以及分配地址空間交代程序中各個(gè)變量等。其中最為關(guān)鍵的是連接子程序的各個(gè)功能模塊。（2）擬采取的研究方法及選用技術(shù)大部分的TPMS系統(tǒng)主要部分有：位于汽車輪胎內(nèi)部的遠(yuǎn)程胎壓監(jiān)測模塊（RemoteTyrePressureMonitoring）即是使用nrf2401和SP12組合而成的檢測模塊和安在駕駛臺(tái)上的監(jiān)視器（LCD顯示器）即接收器與液晶屏顯示[7]。安裝在每個(gè)輪胎內(nèi)部的測量輪胎壓力，將測量得到的信號(hào)經(jīng)過nrf2401調(diào)制后通過高頻無線電波（RF）發(fā)射出去。通常情況下一個(gè)TPMS系統(tǒng)有4個(gè)RTPM模塊。駕駛室內(nèi)的監(jiān)視器接收由nrf2401模塊傳回的信息，并將數(shù)據(jù)在屏幕上顯示，供駕駛者加以參考。一旦汽車輪胎發(fā)生了異常情況，駕駛室內(nèi)的監(jiān)視器可以根據(jù)不同的異常情況，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。TPMS大體分為兩種類型：間接式，它利用的是輪胎速度差，從而可以監(jiān)測輪胎狀況，但其缺點(diǎn)是無法對多個(gè)輪胎不正常狀態(tài)做出準(zhǔn)確判斷且在高速下也無法做出判斷。第二種直接式TPMS，它使用壓力傳感器直接測量壓力得出數(shù)據(jù)，并通過高頻傳出信號(hào)。監(jiān)視器可以動(dòng)態(tài)顯示氣壓值，并可以在不正常狀態(tài)下向駕駛員提出報(bào)警[8]。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明直接式要比間接式方便和精確。因此許多汽車制造廠商采用了直接式方式?，F(xiàn)在國內(nèi)各個(gè)汽車廠家也開始追隨世界潮流，在自己的汽車上安裝直接式檢測系統(tǒng)，但大多為國外成品，自主能力較差發(fā)展?jié)摿^深。本設(shè)計(jì)選用的是直接式測量方法。它以STC89C52單片機(jī)為核心,并包括三合一集成式傳感器芯片SP12和2.4GHz全雙工無線通信收發(fā)模塊nRF2401[9]。SP12在單片機(jī)控制下檢測壓力傳輸數(shù)據(jù)。并以數(shù)字量形式輸出,再經(jīng)過單片機(jī)MCU打包后通過nRF2401調(diào)制成高頻發(fā)射出去。而同時(shí),也可以利用24l01傳輸控制信號(hào)[10]。而在接收方在接收信號(hào)后經(jīng)過數(shù)據(jù)調(diào)整再通過液晶屏顯示。2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1總體設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)為汽車胎壓檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)，而設(shè)計(jì)主要為無線胎壓檢測。其中一個(gè)為胎壓檢測板，運(yùn)用在實(shí)際中就是安裝在輪胎內(nèi)側(cè)；另一個(gè)為胎壓采集板，運(yùn)用在實(shí)際中就是安裝在汽車內(nèi)部用以接收胎壓狀況以及內(nèi)部溫度。由于測量時(shí)被測氣壓由氣壓傳感器轉(zhuǎn)換為模擬的電壓輸出，此輸出信號(hào)不能直接交由單片機(jī)處理。因此，需要經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換模塊把氣壓傳感器輸出的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖（其頻率隨輸入電壓呈線性變化）。通過單片機(jī)接收該脈沖信號(hào)，得到單位時(shí)間內(nèi)獲得的脈沖數(shù)，依據(jù)電壓與頻率的線性關(guān)系式計(jì)算出所對應(yīng)的實(shí)際氣壓值，最后把信號(hào)傳輸給無線模塊。系統(tǒng)總體框圖如圖2.1所示：無線模塊狀態(tài)燈無線模塊狀態(tài)燈STC89C52控制氣壓STC89C52控制氣壓傳感器電源電源下載電路開關(guān)下載電路開關(guān)圖2.1胎壓采集板系統(tǒng)總體框圖通過對單片機(jī)各個(gè)端口的設(shè)置以及串行口工作方式的選擇，并對串行口進(jìn)行初始化用以實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)和各個(gè)功能模塊芯片之間通訊和聯(lián)絡(luò)的設(shè)定。在主程序模塊中關(guān)鍵是使單片機(jī)初始化，以及分配地址空間交代程序中各個(gè)變量等。其中最為關(guān)鍵的是連接子程序的各個(gè)功能模塊。胎壓接收板主要通過胎壓采集板無線模發(fā)送過來的無線信號(hào)傳輸給胎壓接收板的無線模塊，然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換模塊把氣壓傳感器輸出的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖通過單片機(jī)接收該脈沖信號(hào)，通過下載電路將信息下載到單片機(jī)內(nèi)，通過按鍵控制和電源轉(zhuǎn)換電路的輸入，單片機(jī)會(huì)將信息傳送給LCD顯示和報(bào)警電路。系統(tǒng)總體框圖如圖2.2所示：報(bào)警電路LCD顯示報(bào)警電路LCD顯示電源按鍵控制STC89C52控制無線模塊電源按鍵控制STC89C52控制無線模塊下載電路下載電路圖2.2胎壓接收板系統(tǒng)總體框圖2.2軟硬件設(shè)計(jì)方案2.2.1硬件部分本系統(tǒng)采用集成的單片機(jī)主控，通過壓力傳感器將氣壓信號(hào)送入帶A/D轉(zhuǎn)換的STC89C52單片機(jī)中，以及在相關(guān)模擬分立元件的輔助下進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換以及其它的數(shù)據(jù)處理，將處理的結(jié)果送顯示部分進(jìn)行顯示。硬件部分主要包括胎壓采集板和胎壓接收板兩部分，其中胎壓采集板包括單片機(jī)STC89C52、無線模塊NRF2401、開關(guān)、狀態(tài)燈、下載電路、氣壓傳感器以及電源轉(zhuǎn)換電路AMS1117M—3.3等，而胎壓接收板包括單片機(jī)STC89C52、無線模塊NRF2401、開關(guān)、下載電路、電源轉(zhuǎn)換電路AMS1117M—3.3、蜂鳴器、按鍵電路以及液晶顯示器LCD1602等。2.2.2軟件部分本系統(tǒng)通過對單片機(jī)各個(gè)端口的設(shè)置，以及定時(shí)器工作方式和串行口工作方式的選擇，并對定時(shí)器和串行口進(jìn)行初始化用以實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)和各個(gè)功能模塊芯片之間通訊和聯(lián)絡(luò)的設(shè)定[11]。在主程序模塊中我們關(guān)鍵是使單片機(jī)初始化，以及分配地址空間交代程序中各個(gè)變量等。其中最為關(guān)鍵的是連接子程序的各個(gè)功能模塊。本設(shè)計(jì)采用C語言作為編程工具。C語言是一種編譯型的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言，具有簡單的語法結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的處理功能，具有運(yùn)行速度快、編譯效率高、移植性好和可讀性強(qiáng)等多種優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)硬件的直接操作。用C語言來編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，可以大大縮短開發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充，從而開發(fā)出大規(guī)模、高性能的應(yīng)用系統(tǒng)。此外C語言提供auto、static、flash等存儲(chǔ)類型，針對單片機(jī)的程序存儲(chǔ)空間、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間及EEPROM空間自動(dòng)為變量合理地分配空間，而且C語言提供復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型，極大地增強(qiáng)了程序處理能力和靈活性[12]。C編譯器能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)中斷服務(wù)程序的現(xiàn)場保護(hù)和恢復(fù)，并且提供常用的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫，供用戶使用。并且C編譯器能自動(dòng)生成一些硬件的初始化代碼。對于一些復(fù)雜系統(tǒng)的開發(fā)，還可以通過移植(或C編譯器提供)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。正由于C語言在系統(tǒng)開發(fā)中的優(yōu)勢，這次設(shè)計(jì)的所有程序設(shè)計(jì)都將采用C語言編寫。3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1硬件設(shè)計(jì)思路汽車胎壓檢測系統(tǒng)的硬件電路可分為4個(gè)部分：氣壓傳感器、電源轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)電路和下載電路。氣壓傳感器將+5V的電源轉(zhuǎn)換成3.3V，因?yàn)闅鈮簜鞲衅鞯腣CC是3.3V，氣壓傳感器的通信協(xié)議是IIC協(xié)議。工作時(shí)，氣壓傳感器將被測物理量轉(zhuǎn)換成mV級(jí)的電壓信號(hào)，并送往放大倍數(shù)很高而又可以互相抵消溫度漂移的差動(dòng)式放大器。放大后的信號(hào)經(jīng)電壓電流轉(zhuǎn)換變換成相應(yīng)的電流信號(hào)，再經(jīng)過非線性校正，最后產(chǎn)生與輸入壓力成線性對應(yīng)關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)電流電壓信號(hào)。電源轉(zhuǎn)換電路AMS1117系列穩(wěn)壓器有可調(diào)版與多種固定電壓版，設(shè)計(jì)用于提供1A輸出電流且工作壓差可低至1V。在最大輸出電流時(shí)，AMS1117器件的最小壓差保證不超過1.3V，并隨負(fù)載電流的減小而逐漸降低。單片機(jī)的設(shè)計(jì)思路：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇STC89C52單片機(jī)為核心控制器件。，A/D轉(zhuǎn)換采用ADC0808實(shí)現(xiàn)，與單片機(jī)的接口為P1口和P2電壓顯示采用4位一體的LED數(shù)碼管。LED數(shù)碼的段碼輸入,由并行端口P0產(chǎn)生：位碼輸入，用并行端口P2低四位產(chǎn)生。下載電路也叫串口電路，就是所謂的串口通訊，RXD和TXD接在單片機(jī)相應(yīng)的位置，把電源接在+5V和GND上面，在每次通電之后，按下開關(guān)可以把+5V和VCC接在一起，VCC就是整個(gè)系統(tǒng)的電源，+5V只不過在整個(gè)系統(tǒng)電源上串聯(lián)一個(gè)開關(guān)，就是用以關(guān)斷系統(tǒng)的功能，相應(yīng)的供電電源接在一起，單片機(jī)在每次啟動(dòng)開機(jī)的時(shí)候，它會(huì)檢測串口這邊是否有數(shù)據(jù)過來下載信息，如果有下載信息，那么它會(huì)將內(nèi)部Flash進(jìn)行擦除掉，然后再把下載電路里面串口里面的數(shù)據(jù)寫到內(nèi)部Flash里面去，這就是程序的擦除，程序的下載也可以進(jìn)行串口通訊，本設(shè)計(jì)沒有進(jìn)行串口設(shè)計(jì)。3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)就是可以讓單片機(jī)正常運(yùn)行的系統(tǒng)，，包括VCC，GND,震蕩電路，單片機(jī)，這幾個(gè)構(gòu)成最小系統(tǒng)，震蕩電路使用晶振是11.0595M，安全震蕩頻率在22.1184MHZ，一般使用11.0595MHZ晶振，然后使用兩個(gè)30pF的電容并聯(lián)在一起接在GND上面，晶振振蕩器在通電的情況下會(huì)震蕩，30pF電容在Y1上可以穩(wěn)幅，并且可以起振幅度可以達(dá)到4.7V左右，另外一端可以達(dá)到3V左右，單片機(jī)內(nèi)部有反相器。具體如圖3.1所示：圖3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)3.2.1晶振電路單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振作用非常大，全程叫晶體振蕩器，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)行速度就越快，單片接的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對精度可達(dá)百萬分之五十。高級(jí)的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩器(VCO)。晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。單片機(jī)晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，可以用與同一個(gè)晶振相連的不同鎖相環(huán)來提供。STC89C52使用11.0592MHz的晶體振蕩器作為振蕩源，由于單片機(jī)內(nèi)部帶有振蕩電路，所以外部只要連接一個(gè)晶振和兩個(gè)電容即可，電容容量一般在15pF至50pF之間。如圖3.2所示：圖3.2晶振電路3.2.2供電電路對于一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)來講，首要問題就是為整個(gè)系統(tǒng)提供電源供電模塊，電源模塊的穩(wěn)定可靠是系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的前提和基礎(chǔ)。51單片機(jī)雖然使用時(shí)間最早、應(yīng)用范圍最廣，但是在實(shí)際使用過程中，一個(gè)和典型的問題就是相比其他系列的單片機(jī)，51單片機(jī)更容易受到干擾而出現(xiàn)程序跑飛的現(xiàn)象，克服這種現(xiàn)象出現(xiàn)的一個(gè)重要手段就是為單片機(jī)系統(tǒng)配置一個(gè)穩(wěn)定可靠的電源供電模塊。此最小系統(tǒng)中的電源供電模塊的電源可以通過計(jì)算機(jī)的USB口供給，也可使用外部穩(wěn)定的5V電源供電模塊供給。電源電路中接入了電源指示LED，圖中C4為LED的電容10uF。如圖3.3所示：圖3.3單片機(jī)供電電路圖3.2.3復(fù)位電路單片機(jī)的置位和復(fù)位，都是為了把電路初始化到一個(gè)確定的狀態(tài)，一般來說，單片機(jī)復(fù)位電路作用是把一個(gè)例如狀態(tài)機(jī)初始化到空狀態(tài)，而在單片機(jī)內(nèi)部，復(fù)位的時(shí)候單片機(jī)是把一些寄存器以及存儲(chǔ)設(shè)備裝入廠商預(yù)設(shè)的一個(gè)值。圖3.4復(fù)位電路圖單片機(jī)復(fù)位電路原理是在單片機(jī)的復(fù)位引腳RST上外接電阻和電容，實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。當(dāng)復(fù)位電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上時(shí)復(fù)位有效。復(fù)位電平的持續(xù)時(shí)間必須大于單片機(jī)的兩個(gè)機(jī)器周期。具體數(shù)值可以由RC電路計(jì)算出時(shí)間常數(shù)。復(fù)位電路由按鍵復(fù)位和上電復(fù)位兩部分組成。(1)上電復(fù)位：STC89系列單片及為高電平復(fù)位，通常在復(fù)位引腳RST上連接一個(gè)電容到VCC，再連接一個(gè)電阻到GND，由此形成一個(gè)RC充放電回路保證單片機(jī)在上電時(shí)RST腳上有足夠時(shí)間的高電平進(jìn)行復(fù)位，隨后回歸到低電平進(jìn)入正常工作狀態(tài)，這個(gè)電阻和電容的典型值為10K和10uF。(2)按鍵復(fù)位：按鍵復(fù)位就是在復(fù)位電容上并聯(lián)一個(gè)開關(guān)，當(dāng)開關(guān)按下時(shí)電容被放電、RST也被拉到高電平，而且由于電容的充電，會(huì)保持一段時(shí)間的高電平來使單片機(jī)復(fù)位。3.3信號(hào)采集電路在測量輪胎壓力時(shí)，重要是考慮到信號(hào)采集電路，而本設(shè)計(jì)主要用了無線模塊NRF2401和傳感器工作電路。傳感器工作電路主要是市場上常見的Bosch公司推出的MPX4105。3.3.1無線模塊可以接收也可以發(fā)射，但不能同時(shí)接收和發(fā)射，4SPI通信協(xié)議，發(fā)來的地址首先保持一致，頻道，通信頻率也必需保持一致，才可以接收到信息，通過無線模塊將采集到的信息發(fā)射出去。NRF24L01是NORDIC公司最近生產(chǎn)的一款無線通信通信芯片，采用FSK調(diào)制，內(nèi)部集成NORDIC自己的EnhancedShortBurst協(xié)議?？梢詫?shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)或是1對6的無線通信。無線通信速度可以達(dá)到2M（bps）[15]。NORDIC公司提供通信模塊的GERBER文件，可以直接加工生產(chǎn)。嵌入式工程師或是單片機(jī)愛好者只需要為單片機(jī)系統(tǒng)預(yù)留5個(gè)GPIO，1個(gè)中斷輸入引腳，就可以很容易實(shí)現(xiàn)無線通信的功能，非常適合用來為MCU系統(tǒng)構(gòu)建無線通信功能。CSN：芯片的片選線，CSN為低電平芯片工作。SCK：芯片控制的時(shí)鐘線（SPI時(shí)鐘）MISO：芯片控制數(shù)據(jù)線（Masterinputslaveoutput）MOSI：芯片控制數(shù)據(jù)線（Masteroutputslaveinput）IRQ：中斷信號(hào)。無線通信過程中MCU主要是通過IRQ與NRF24L01進(jìn)行通信。CE：芯片的模式控制線。在CSN為低的情況下，CE協(xié)同NRF24L01的CONFIG寄存器共同決定NRF24L01的狀態(tài)（參照NRF24L01的狀態(tài)機(jī)）。無線模塊的發(fā)送端如圖3.5所示：圖3.5無線模塊發(fā)送端無線模塊的接收端如圖3.6所示：圖3.6無線模塊接收端3.3.2傳感器電路氣壓傳感器是壓力傳感器中的一種，它專用于測量氣體的絕對壓強(qiáng)。目前市場上能見到的氣壓傳感器有很多種，下面就以市場上常見的Bosch公司推出的BMP085來進(jìn)行討論。BMP085不僅可以實(shí)時(shí)的測量大氣壓力，還能測量實(shí)時(shí)溫度。同時(shí)它還具有IIC總線的接口，便于單片機(jī)進(jìn)行訪問[16]。另外它的使用也很方便，不需要太多的操作就可讀取到氣壓及測量數(shù)據(jù)。BMP085采用強(qiáng)大的8腳陶瓷無引線芯片承載（LCC）超薄封裝，它性能卓越，內(nèi)置有校準(zhǔn)補(bǔ)償，絕對精度最低可以達(dá)到0.03hPa（0.25米），并且耗電極低，只有3μA。氣壓測量范圍從300hPa到1100hPa，換算成高度為海拔9000米到500米。下圖3.7是其封裝外形和引腳排列。圖3.7封裝外形和引腳排列引腳各功能如下：1腳（GND）接電源地，2腳（EOC）為完成轉(zhuǎn)換輸出，3腳（VDDA）為正電源，4腳（VDDD）為數(shù)字正電源，5腳為空，6腳（SCL）為IIC的時(shí)鐘端，7腳（SDA）為IIC的數(shù)據(jù)端，8腳（XCLR）為主清除信號(hào)輸入端，低電平有效，用來復(fù)位BMP085和初始化寄存器和控制器，在不用的情況下可以空置。本設(shè)計(jì)用的傳感器電路如圖3.8所示：圖3.8氣壓傳感器3.4電源轉(zhuǎn)換電路AMS1117系列穩(wěn)壓器有可調(diào)版與多種固定電壓版，設(shè)計(jì)用于提供1A輸出電流且工作壓差可低至1V。在最大輸出電流時(shí)，AMS1117器件的最小壓差保證不超過1.3V，并隨負(fù)載電流的減小而逐漸降低。如圖3.9所示：圖3.9電源轉(zhuǎn)換電路AMS1117的片上微調(diào)把基準(zhǔn)電壓調(diào)整到1.5%的誤差以內(nèi)，而且電流限制也得到了調(diào)整，以盡量減少因穩(wěn)壓器和電源電路超載而造成的壓力。AMS1117器件引腳上兼容其他三端SCSI穩(wěn)壓器，提供適用貼片安裝的SOT-223，8引腳SOIC，和TO-252(DPAK)塑料封裝。AMS1117參數(shù)AMS1117基本參數(shù)輸出電流(A)1輸出電壓(V)Adj,1.2,1.5,1.8,2.5,2.85,3.3,5.0,*AMS1117其他特性初始誤差(%)±1.5壓差(V)1.3AMS1117封裝類型SOT-223TO-252SO-8三端口可調(diào)節(jié)或固定輸出電壓1.2V,1.5V,1.8V,2.5V,2.85V,3.3V和5.0V輸出電流1A工作壓差低至1V線荷載調(diào)節(jié)：0.2%Max.負(fù)載調(diào)節(jié)：0.4%Max.可選SOT-223,TO-252和SO-8封裝。3.5顯示電路字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。1602LCD的基本參數(shù)及引腳功能：1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別。1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量：16×2個(gè)字符芯片工作電壓：4.5—5.5V工作電流：2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓：5.0V字符尺寸：2.95×4.35(W×H)mm1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表3.1所示。第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地時(shí)對比度最高，對比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的顯示電路是為了實(shí)時(shí)地顯示出輸入二進(jìn)制序列的氣壓值，以方便用戶及時(shí)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)，排除險(xiǎn)情與萌芽狀態(tài)。8位數(shù)據(jù)口，P00~P07,D0~D7,這是通訊數(shù)據(jù)口，背光電源VCC，背光電源的GND，還有背光亮度調(diào)節(jié)，背光亮度調(diào)節(jié)通過調(diào)整滑動(dòng)變阻器可以調(diào)整顯示器的背光效果。顯示電路如圖3.10所示：圖3.10顯示電路(1)顯示器選型工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符。（16列2行）1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。市面上字符液晶大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。(2)1602LCD的指令說明及時(shí)序1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）指令1：清顯示，指令碼01H，光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H。指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移S：屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4：顯示開關(guān)控制。D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo)B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標(biāo)或顯示移位S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。指令6：功能設(shè)置命令DL：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示F：低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符。指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。指令8：DDRAM地址設(shè)置。指令9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數(shù)據(jù)。指令11：讀數(shù)據(jù)。3.6按鍵輸入電路為了使用戶能夠選擇編碼功能和譯碼功能，同時(shí)正確輸入將要編碼或者譯碼的二進(jìn)制序列，系統(tǒng)設(shè)有按鍵功能。 本設(shè)計(jì)按鍵有三個(gè)鍵K1、K2、和K3，分別為切換鍵，加鍵，減鍵。K1接在P1.0上面，K2接在P1.1上面，K3接在P1.2上面，按鍵另外一端接的GND。每次將按鍵按下去的時(shí)候，K1為低電平，初始化后上面默認(rèn)L口全為高電平，在檢測單片機(jī)L口時(shí)如果沒有按鍵按下去，那么肯定為高電平，為1就是+5V,如果把按鍵按下去，就相當(dāng)于和GND接在一起，也就是說電流被拉低了，由于單片機(jī)電流能力很小很小，按鍵按下去不會(huì)對單片機(jī)引腳產(chǎn)生什么損害，然后可以根據(jù)程序來判斷是哪個(gè)按鍵按下去了，然后就可以進(jìn)行相應(yīng)程序的功能。在系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中，本設(shè)計(jì)采用的按鍵電路如圖3.11所示。圖3.11按鍵電路3.7報(bào)警電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，采用的報(bào)警電路如圖3.12所示：圖3.12報(bào)警電路在氣壓每次低于下限值或高于上限值，或者溫度高于上限值時(shí)，蜂鳴器可以進(jìn)行報(bào)警提醒。PNP的9012三極管加了220歐電阻來進(jìn)行限流，三極管在這來作為開關(guān)使用，當(dāng)每次為高電平時(shí)，不導(dǎo)通，電流就不會(huì)往下流，就相當(dāng)于斷開的蜂鳴器，如果每次有報(bào)警信息時(shí)，將引腳拉低變?yōu)榱?。變?yōu)?后電流會(huì)從蜂鳴器三極管1處流入，2處流出一部分，大部分從3流出，從而流到GND處，這就是PNP三極管的特性，為低電平時(shí)就會(huì)導(dǎo)通，為高電平時(shí)的時(shí)候不導(dǎo)通。當(dāng)測試到汽車輪胎氣壓值達(dá)到閾值是，蜂鳴器會(huì)發(fā)出警報(bào)同時(shí)紅色指示LED燈亮，以提醒司機(jī)注意安全行駛。4系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1軟件設(shè)計(jì)思路4.1.1如何由頻率計(jì)算出氣壓值信號(hào)每一步的變換過程如下：第一步，被測氣壓經(jīng)過氣壓傳感器MPX4105轉(zhuǎn)換成電壓輸出，根據(jù)MPX4105的芯片資料可知，輸出電壓VOUT和大氣壓P的關(guān)系如下：（4.1）這里VCC為+5V，因此可得：（4.2）第二步，MPX4105的輸出電壓VOUT作為輸入電壓Vin，經(jīng)過V/F轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袑?yīng)頻率fo的脈沖序列FO。Vin和FO的這種對應(yīng)關(guān)系如第二章的式（2.1）所示。綜合式（3.2）和式（2.1），根據(jù)，可得：（4.3）式（4.3）中，fo的單位為Hz，P的單位為kPa，K為V/F轉(zhuǎn)換增益，設(shè)計(jì)中K值為2000。在軟件中，根據(jù)式（4.3）編程計(jì)算得到氣壓值P。4.1.2軟件設(shè)計(jì)功能及重要的說明就該設(shè)計(jì)的單片機(jī)而言，它的輸入信號(hào)是具有一定頻率的脈沖序列，通過單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)數(shù)器可以獲得此脈沖序列的頻率，此頻率對應(yīng)于某個(gè)氣壓值，如何將頻率換算成該氣壓值是軟件設(shè)計(jì)首先需要考慮的問題。C語言是一種編譯型的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言，具有簡單的語法結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的處理功能，具有運(yùn)行速度快、編譯效率高、移植性好和可讀性強(qiáng)等多種優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)便件的直接操作。用C語言來編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，可以大大縮短開發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充，從而開發(fā)出大規(guī)模、高性能的應(yīng)用系統(tǒng)[14]。其優(yōu)勢如下：可以大幅度加快開發(fā)進(jìn)度，程序量越大，用C語言就越有優(yōu)勢。無需精通單片機(jī)指令集和具體的硬件，也能夠編出符合硬件實(shí)際專業(yè)水平的程序。可以實(shí)現(xiàn)軟件的結(jié)構(gòu)化編程，使得軟件的邏輯結(jié)構(gòu)變得清晰、有條理、便于開發(fā)小組計(jì)劃任務(wù)、分工合作。源程序的可讀性和可維護(hù)性都很好。省去了人工分配單片機(jī)資源的工作，在匯編語言中要為每一個(gè)子程序分配單片機(jī)的資源。在使用C語言后，只要在代碼中申明一下變量的類型，編譯器就會(huì)自動(dòng)分配相關(guān)資源，根本不需要人工干預(yù)，從而有效地避免了人工分配單片機(jī)資源的差錯(cuò)。匯編語言的可移植性很差，而C語言只要將一些與硬件相關(guān)的代碼作適當(dāng)?shù)男薷模涂梢苑奖愕匾浦驳狡渌N類的單片機(jī)上。C語言提供auto、static、flash等存儲(chǔ)類型，針對單片機(jī)的程序存儲(chǔ)空間、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間及EEPROM空間自動(dòng)為變量合理地分配空間，而且C語言提供復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型，極大地增強(qiáng)了程序處理能力和靈活性。C編譯器能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)中斷服務(wù)程序的現(xiàn)場保護(hù)和恢復(fù)，并且提供常用的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫，供用戶使用。并且C編譯器能自動(dòng)生成一些硬件的初始化代碼。對于一些復(fù)雜系統(tǒng)的開發(fā)，可以通過移植(或C編譯器提供)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。正由于C語言在系統(tǒng)開發(fā)中的優(yōu)勢，這次設(shè)計(jì)的所有程序設(shè)計(jì)都將采用C語言編寫。4.2程序流程圖 TPMS軟件設(shè)計(jì)方面與硬件一樣分為2個(gè)模塊：壓力檢測模塊和中央監(jiān)控模塊。壓力檢測模塊負(fù)責(zé)測量壓力溫度、數(shù)據(jù)處理、發(fā)送所測胎壓、溫度數(shù)據(jù)和輪胎ID。中央監(jiān)控模塊負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理、LCD顯示輪胎狀況、輪胎異常狀況報(bào)警和設(shè)置輪胎ID。通過分析壓力檢測模塊的工作流程可得其程序設(shè)計(jì)流程圖如圖4.1所示。由于壓力檢測模塊中最消耗電能的時(shí)候?yàn)樯漕l發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)和壓力溫度數(shù)據(jù)檢測時(shí)，所以僅在輪胎狀況出現(xiàn)異?；蚶鄯e測量十次后啟動(dòng)射頻部分向中央模塊發(fā)送數(shù)據(jù)并且在一定限度內(nèi)增大兩次壓力和溫度檢測時(shí)間之間的間隔。其中，輪胎的異常情況包括壓力過高或過低，溫度高于80℃。如果出現(xiàn)這列情況則立即啟動(dòng)射頻部分向中央模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，以達(dá)到TPMS對輪胎出現(xiàn)異常狀況時(shí)的快速反應(yīng)。當(dāng)中央顯示報(bào)警模塊接收到數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行解調(diào)解碼后將數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)，單片機(jī)通過比較數(shù)據(jù)與所設(shè)定的閥值后，控制LCD顯示對應(yīng)輪胎壓力和溫度，并在所測數(shù)據(jù)超過設(shè)定閥值后報(bào)警提示駕駛員。中央監(jiān)控模塊程序流程圖如圖4.2所示。上電復(fù)位上電復(fù)位初始化初始化測量壓力溫度測量壓力溫度壓力溫度是否達(dá)到壓力溫度是否達(dá)到閾值Y測量次數(shù)測量次數(shù)i+1發(fā)送數(shù)據(jù)是否達(dá)到累積測量次數(shù)上限發(fā)送數(shù)據(jù)是否達(dá)到累積測量次數(shù)上限NN等待15秒等待15秒圖4.1壓力檢測流程圖上電復(fù)位上電復(fù)位初始化初始化STC89C52初始化初始化人機(jī)接口等待接收數(shù)據(jù)等待接收數(shù)據(jù)是否接收到有效數(shù)據(jù)是否接收到有效數(shù)據(jù)丟棄數(shù)據(jù)NN丟棄數(shù)據(jù)Y輪胎ID是否符合輪胎ID是否符合YLCD顯示數(shù)據(jù)LCD顯示數(shù)據(jù)壓力溫度是否超過閾值NYLCD顯示數(shù)據(jù)并控制蜂鳴LCD顯示數(shù)據(jù)并控制蜂鳴報(bào)警器等待接收數(shù)據(jù)等待接收數(shù)據(jù)圖4.2中央監(jiān)控流程圖4.3程序?qū)崿F(xiàn)及調(diào)試C語言是一種編譯型的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言，具有簡單的語法結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的處理功能，具有運(yùn)行速度快、編譯效率高、移植性好和可讀性強(qiáng)等多種優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)便件的直接操作。用C語言來編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，可以大大縮短開發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充，從而開發(fā)出大規(guī)模、高性能的應(yīng)用系統(tǒng)。具體優(yōu)點(diǎn)已在上一章節(jié)中有詳細(xì)敘述。本設(shè)計(jì)是使用C語言在KeilC環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的。Keil軟件簡介：KeilC51是美國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。KeilC51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。Keil可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.OBJ)。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對目標(biāo)文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存儲(chǔ)器中。KeiluVision2ADE是Keilsoftware公司的產(chǎn)品，它集項(xiàng)目管理、編譯工具、代碼編寫工具、代碼調(diào)試以及完全仿真于一體，適合個(gè)人開發(fā)或人數(shù)少、對開發(fā)過程的管理還不成熟的開發(fā)團(tuán)體。uVision2本身自帶項(xiàng)目管理器，其開發(fā)流程步驟如下：（1）開啟uVision2，建立工程文件并且從器件數(shù)據(jù)庫里挑選出項(xiàng)目實(shí)際使用的器件。（2）建立一個(gè)新的源文件，并且把這個(gè)源文件添加到工程中去。（3）為單片機(jī)添加并且設(shè)置啟動(dòng)代碼。（4）設(shè)置硬件相關(guān)的選項(xiàng)。（5）編譯整個(gè)工程并且生成下載到存儲(chǔ)器用的HEX文件。4.4系統(tǒng)仿真及調(diào)試Proteus與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī)CPU

的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序調(diào)試時(shí)，關(guān)心的不再是某些語句執(zhí)行時(shí)單片機(jī)寄存器和存儲(chǔ)器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運(yùn)行和電路工作的過程和結(jié)果。對于這樣的仿真實(shí)驗(yàn)，從某種意義上講，是彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。Proteus提供了比較豐富的測試信號(hào)用于電路的測試。這些測試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。對于單片機(jī)硬件電路和軟件的調(diào)試，Proteus提供了兩種方法：一種是系統(tǒng)總體執(zhí)行效果；一種是對軟件的分步調(diào)試以看具體的執(zhí)行情況。對于總體執(zhí)行效果的調(diào)試方法，只需要執(zhí)行debug菜單下的execute菜單項(xiàng)或F12快捷鍵啟動(dòng)執(zhí)行，用debug菜單下的pauseanimation菜單項(xiàng)或pause鍵暫停系統(tǒng)的運(yùn)行；或用debug菜單下的stopanimation菜單項(xiàng)或shift-break組合鍵停止系統(tǒng)的運(yùn)行。其運(yùn)行方式也可以選擇工具欄中的相應(yīng)工具進(jìn)行。對于軟件的分步調(diào)試，應(yīng)先執(zhí)行debug菜單下的start/restartdebugging菜單項(xiàng)命令，此時(shí)可以選擇stepover、stepinto和stepout命令執(zhí)行程序(可以用快捷鍵F10、F11和ctrl+F11)，執(zhí)行的效果是單句執(zhí)行、進(jìn)入子程序執(zhí)行和跳出子程序執(zhí)行。在執(zhí)行了start/restartdebuging命令后，在debug菜單的下面要出現(xiàn)仿真中所涉及到的軟件列表和單片機(jī)的系統(tǒng)資源等，可供調(diào)試時(shí)分析和查看。運(yùn)行proteus的ISIS程序后，進(jìn)入該仿真軟件的主界面。在工作前，要設(shè)置view菜單下的捕捉對齊和system下的顏色、圖形界面大小等項(xiàng)目。通過工具欄中的p(從庫中選擇元件命令)命令，在pickdevices窗口中選擇電路所需的元件，放置元件并調(diào)整其相對位置，元件參數(shù)設(shè)置，元器件間連線，編寫程序；在source菜單的Definecodegenerationtools菜單命令下，選擇程序編譯的工具、路徑、擴(kuò)展名等項(xiàng)目；在source菜單的Add/removesourcefiles命令下，加入單片機(jī)硬件電路的對應(yīng)程序；通過debug菜單的相應(yīng)命令仿真程序和電路的運(yùn)行情況。系統(tǒng)仿真圖如下圖4.3所示：圖4.3接收板仿真圖4.5系統(tǒng)制作及調(diào)試此次設(shè)計(jì)的數(shù)字氣壓計(jì)主要是針對汽車，通過氣壓傳感器獲得與汽車輪胎胎壓相對應(yīng)模擬電壓值，并經(jīng)過V/F變換輸入到單片機(jī)進(jìn)行處理，從而實(shí)時(shí)顯示相應(yīng)氣壓值。由于使用胎壓計(jì)有一定的參數(shù)要求，設(shè)計(jì)數(shù)字氣壓計(jì)時(shí)要仔細(xì)了解這些參數(shù)以防止使用不當(dāng)而損壞胎壓計(jì)。汽車輪胎胎壓計(jì)采用高性能絕對壓力傳感器，屏幕顯示出高準(zhǔn)確度的汽車輪胎胎壓，實(shí)現(xiàn)了對輪胎壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)測。當(dāng)汽車輪胎壓力處于非正常狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，通過報(bào)警來通知駕駛員，防止輪胎爆胎的發(fā)生，以達(dá)到安全駕駛的目的。但是，在功能測試上遇到了很多麻煩，首先沒有汽車可供測試，其次氣嘴不會(huì)設(shè)計(jì)。為了測試方便，本設(shè)計(jì)選擇用電位器直接模擬采集的氣壓值實(shí)現(xiàn)功能，電壓通過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為一定頻率的脈沖，通過對脈沖計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)化為氣壓值并通過顯示器顯示氣壓值。通過電位器的調(diào)節(jié)可改變氣壓值，達(dá)到預(yù)設(shè)閾值就會(huì)報(bào)警，黃燈亮起同時(shí)蜂鳴器發(fā)出嗡嗡響聲。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了有三種不同的度量單位，通過三個(gè)功能選擇按鍵選擇度量單位并設(shè)置閾值。4.5.1系統(tǒng)的制作在系統(tǒng)的制作中，由于本設(shè)計(jì)是無線胎壓檢測，所以采用兩個(gè)電路板，一個(gè)是胎壓采集板，另一個(gè)是胎壓接收板，其中胎壓采集板包括單片機(jī)STC89C52、無線模塊RF2401、開關(guān)、狀態(tài)燈、電源轉(zhuǎn)換電路AMS1117M.—3.3、氣壓傳感器、下載電路等。胎壓接收板包括單片機(jī)STC89C52、無線模塊RF2401、電源轉(zhuǎn)換電路AMS1117M.—3.3、液晶顯示器LCD1602、蜂鳴器、開關(guān)、下載電路、按鍵電路等硬件組成。具體如圖4..4、4.5所示：圖4.4電路板正面圖4.5電路板背面4.5.2系統(tǒng)的調(diào)試系統(tǒng)作調(diào)試時(shí)，可以按切換鍵，切換鍵可以切換溫度和氣壓，當(dāng)切換溫度時(shí)，可以按加或者減鍵來調(diào)整溫度的最大上限值，當(dāng)切換到氣壓時(shí)，可以設(shè)置最大上限值和最小下限值。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)溫度超過最大上限值值時(shí)發(fā)出報(bào)警，具體如圖4.6所示：圖4.6溫度上限調(diào)試系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)壓力超過最大上限值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警，具體如圖4.7所示：圖4.7氣壓上限調(diào)試系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)壓力低于最小下限值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警，具體如圖4.7所示：圖4.8氣壓下限調(diào)試5結(jié)論本設(shè)計(jì)硬件選擇了STC89C52單片機(jī)、MPX4105氣壓傳感器、AMS1117M-3.3電源電路以及1602字符型LCD等器件。由氣壓傳感器獲得與汽車輪胎胎壓相對應(yīng)模擬電壓值，經(jīng)過V/F變換輸入到單片機(jī)進(jìn)行處理，通過LCD顯示相應(yīng)氣壓值。測試是選擇用電位器模擬實(shí)現(xiàn)功能，通過電位器的調(diào)節(jié)可改變氣壓值，達(dá)到預(yù)設(shè)閾值就會(huì)報(bào)警，黃燈亮起同時(shí)蜂鳴器發(fā)出嗡嗡響聲，有三種不同的度量單位，可通過功能選擇按鍵選擇度量單位并設(shè)置閾值。軟件實(shí)現(xiàn)選擇C語言作為開發(fā)工具，在KeilC環(huán)境下完成程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)各功能模塊的連接與功能實(shí)現(xiàn)。汽車胎壓檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了在使用上更加方便、經(jīng)濟(jì)又實(shí)用、靈巧精致等特點(diǎn)，但也有不足之處：在汽車的行駛過程中不能實(shí)時(shí)提供安全數(shù)據(jù)。希望能在每一個(gè)輪胎上安裝高靈敏度的傳感器，在行車或靜止的狀態(tài)下，實(shí)時(shí)監(jiān)視輪胎的壓力、溫度等數(shù)據(jù)，并通過無線方式發(fā)射到接收器，在顯示器上顯示各種數(shù)據(jù)變化或以蜂鳴等形式，提醒駕車者。并在輪胎漏氣和壓力變化超過安全門限時(shí)進(jìn)行報(bào)警，以保障行車安全。參考文獻(xiàn)[1]門向生.利用FPGA實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理[J].電訊技術(shù),2000,32（6）:30-34[2]吳堅(jiān)，劉高平.基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的點(diǎn)對點(diǎn)圖像傳輸方案[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究,2004,15（5）:222-223[3]陳瑜,張青華淺議高速公路追尾事故的防控辦法[J].華東公路學(xué)報(bào),2006.04（22）:73-75[4]鄭賢忠.基于有源RFID技術(shù)的車輛識(shí)別與控制終端系統(tǒng)研究[D].武漢理工大學(xué)碩士論文2010

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電子元器件應(yīng)用.2006,08（5）:20-23[15]G．Schimetta，F(xiàn)．Dollinger，G．Scholl，R．Weigel．OptimizeddesignandfabricationofawirelesspressureandtemperaturesensorunitbasedonSAWtranspondertechnology[J]．IEEEMicrowaveSymposiumDigest，2001，3(6)：56-61．[16]王東征嵌入式語言位操作的移植與優(yōu)化[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2007.02（27）：72~74致謝當(dāng)畢業(yè)論文寫到這里的時(shí)候，為期四個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)基本要畫上句號(hào)了。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成首先要感謝我的指導(dǎo)老師，正是在我的指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)下我才能如期完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，豐富的閱歷以及對科研工作的執(zhí)著追求，都給我留下了很深的印象。在整個(gè)作課題的過程中，還有很多學(xué)長和同學(xué)也給了我很多很好的建議，還有給予轉(zhuǎn)載和引用權(quán)的資料、圖片、文獻(xiàn)、研究思想和設(shè)想的所有者等都是此次畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利完成的重要保障，在此表示感謝。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我深刻地認(rèn)識(shí)到學(xué)好專業(yè)知識(shí)的重要性，也理解了理論聯(lián)系實(shí)際的含義，并且檢驗(yàn)了大學(xué)四年的學(xué)習(xí)成果。雖然在這次設(shè)計(jì)中對于知識(shí)的運(yùn)用和銜接還不夠熟練，但是我將在以后的學(xué)習(xí)和工作中繼續(xù)努力、不斷完善。這四個(gè)月的設(shè)計(jì)是對過去所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)提高和擴(kuò)充的過程，也是對自己實(shí)踐能力的一次達(dá)考驗(yàn)，雖然困難重重，但總算是完成了，在遇到困難并解決困難的過程中我受益匪淺，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。畢業(yè)在即，回首這段時(shí)間，感慨萬千。最后衷心的感謝所有關(guān)心我，支持我的老師們、朋友們。在他們的幫助和指導(dǎo)下，我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)得以順利完成，再次的感謝各位良師益友！附錄A系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖圖A胎壓采集板圖B胎壓接收板附錄B仿真圖圖C仿真圖附錄C程序清單接收端#include<reg52.H> //頭文件#include<intrins.h>#include"LCD1602.h"#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintuintMax_Tem=300;//最大溫度,kuoda10beiuintMax_Pre=1100;//最大壓強(qiáng),110KpauintMin_Pre=900;//最小壓強(qiáng)ucharnumb=0;//用于循環(huán)顯示上下限uintTem=0;//最大溫度uintPre=0;//最大壓強(qiáng)ucharstatus=0;sbitBp=P1^3;sbitKey_1=P1^0;sbitKey_2=P1^1;sbitKey_3=P1^2;sbitMISO=P2^0;//2401控制引腳定義sbitMOSI=P2^4;//2401控制引腳定義sbitSCK=P2^1; //2401控制引腳定義sbitCE=P2^2; //2401控制引腳定義sbitCSN=P2^3; //2401控制引腳定義xdatauchartable[]={"Welcometouse!"};ucharbdatasta;//狀態(tài)標(biāo)志sbitRX_DR=sta^6;sbitTX_DS=sta^5;sbitMAX_RT=sta^4;//*********************************************NRF24L01*************************************#defineTX_ADR_WIDTH5//5uintsTXaddresswidth5字節(jié)寬度的發(fā)送/接收地址#defineRX_ADR_WIDTH5//5uintsRXaddresswidth#defineTX_PLOAD_WIDTH11//32uintsTXpayload數(shù)據(jù)通道有效數(shù)據(jù)寬度#defineRX_PLOAD_WIDTH11//32uintsTXpayloaducharconstTX_ADDRESS[TX_ADR_WIDTH]={0x34,0x43,0x10,0x10,0x01};//本地地址定義一個(gè)靜態(tài)發(fā)送地址ucharconstRX_ADDRESS[RX_ADR_WIDTH]={0x34,0x43,0x10,0x10,0x01};//接收地址ucharTx_Buf[TX_PLOAD_WIDTH];ucharRx_Buf[TX_PLOAD_WIDTH];//接收數(shù)據(jù)//***************************************NRF24L01寄存器指令*******************************************************#defineREAD_REG0x00//讀寄存器指令#defineWRITE_REG0x20//寫寄存器指令#defineRD_RX_PLOAD0x61//讀取接收數(shù)據(jù)指令#defineWR_TX_PLOAD0xA0//寫待發(fā)數(shù)據(jù)指令#defineFLUSH_TX0xE1//沖洗發(fā)送FIFO指令#defineFLUSH_RX0xE2//沖洗接收FIFO指令#defineREUSE_TX_PL0xE3//定義重復(fù)裝載數(shù)據(jù)指令#defineNOP0xFF//保留//*************************************SPI(nRF24L01)寄存器地址****************************************************#defineCONFIG0x00//配置收發(fā)狀態(tài)，CRC校驗(yàn)?zāi)Ｊ揭约笆瞻l(fā)狀態(tài)響應(yīng)方式#defineEN_AA0x01//自動(dòng)應(yīng)答功能設(shè)置#defineEN_RXADDR0x02//可用信道設(shè)置#defineSETUP_AW0x03//收發(fā)地址寬度設(shè)置#defineSETUP_RETR0x04//自動(dòng)重發(fā)功能設(shè)置#defineRF_CH0x05//工作頻率設(shè)置#defineRF_SETUP0x06//發(fā)射速率、功耗功能設(shè)置#defineSTATUS0x07//狀態(tài)寄存器#defineOBSERVE_TX0x08//發(fā)送監(jiān)測功能#defineCD0x09//地址檢測#defineRX_ADDR_P00x0A//頻道0接收數(shù)據(jù)地址#defineRX_ADDR_P10x0B//頻道1接收數(shù)據(jù)地址#defineRX_ADDR_P20x0C//頻道2接收數(shù)據(jù)地址#defineRX_ADDR_P30x0D//頻道3接收數(shù)據(jù)地址#defineRX_ADDR_P40x0E//頻道4接收數(shù)據(jù)地址#defineRX_ADDR_P50x0F//頻道5接收數(shù)據(jù)地址#defineTX_ADDR0x10//發(fā)送地址寄存器#defineRX_PW_P00x11//接收頻道0接收數(shù)據(jù)長度#defineRX_PW_P10x12//接收頻道1接收數(shù)據(jù)長度#defineRX_PW_P20x13//接收頻道2接收數(shù)據(jù)長度#defineRX_PW_P30x14//接收頻道3接收數(shù)據(jù)長度#defineRX_PW_P40x15//接收頻道4接收數(shù)據(jù)長度#defineRX_PW_P50x16//接收頻道5接收數(shù)據(jù)長度#defineFIFO_STATUS0x17//FIFO棧入棧出狀態(tài)寄存器設(shè)置//ucharSPI_RW(ucharbyte){ ucharbit_ctr; for(bit_ctr=0;bit_ctr<8;bit_ctr++)//循環(huán)8次 { if(byte&0x80)//byte最高位輸出到MOSI MOSI=1; elseMOSI=0; byte=(byte<<1);//低一位移位到最高位 SCK=1;//拉高SCK，nRF24L01從MOSI讀入1位數(shù)據(jù)，同時(shí)從MISO輸出1位數(shù)據(jù) if(MISO)//讀MISO到byte最低位 byte|=0x01; elsebyte|=0x00; SCK=0; } return(byte);}////在設(shè)置RX和TX模式時(shí)使用ucharSPI_RW_Reg(ucharreg,ucharvalue)//向寄存器REG寫一個(gè)字節(jié)，同時(shí)返回狀態(tài)字節(jié){ ucharstatus; CSN=0;//CSN置低，開始傳輸數(shù)據(jù) status=SPI_RW(reg);//選擇寄存器，同時(shí)返回狀態(tài)字 SPI_RW(value);//然后寫數(shù)據(jù)到該寄存器 CSN=1;//CSN拉高，結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸 return(status);//返回狀態(tài)寄存器}////只用于讀取模塊狀態(tài)寄存器值STATUSucharSPI_Read(ucharreg){ ucharreg_val; CSN=0;//CSN置低，開始傳輸數(shù)據(jù) SPI_RW(reg);//選擇寄存器 reg_val=SPI_RW(0);//然后從該寄存器讀數(shù)據(jù) CSN=1;//CSN拉高，結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸 return(reg_val);//返回寄存器數(shù)據(jù)}////函數(shù)中的變量依次為:寄存器名稱，要發(fā)送的數(shù)組，字節(jié)個(gè)數(shù)ucharSPI_Write_Buf(ucharreg,uchar*pBuf,ucharbytes){ ucharstatus,byte_ctr; CSN=0;//SetCSNlow,initSPItranactionCSN置低，開始傳輸數(shù)據(jù) status=SPI_RW(reg);//Selectregistertowritetoandreadstatusbyte選擇寄存器，同時(shí)返回狀態(tài)字 for(byte_ctr=0;byte_ctr<bytes;byte_ctr++)//thenwriteallbyteinbuffer(*pBuf) SPI_RW(*pBuf++);//逐個(gè)字節(jié)寫入nRF24L01 CSN=1;//SetCSNhighagainCSN拉高，結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸 return(status);//returnnRF24L01statusbyte返回狀態(tài)寄存器}////voidTX_Mode(void)//設(shè)置發(fā)送模式//{// SPI_Write_Buf(WRITE_REG+TX_ADDR,TX_ADDRESS,TX_ADR_WIDTH);//寫入發(fā)送地址NRF24L01// SPI_Write_Buf(WRITE_REG+RX_ADDR_P0,TX_ADDRESS,TX_ADR_WIDTH);//寫入接收地址為了應(yīng)答接收設(shè)備，接收通道0地址和發(fā)送地址相同// SPI_RW_Reg(WRITE_REG+EN_AA,0x01);//EnableAuto.Ack:Pipe0使能接收通道0自動(dòng)應(yīng)答// SPI_RW_Reg(WRITE_REG+EN_RXADDR,0x01);//En