引言

隨著經濟的發展,汽車的擁有量和公路網絡的快速發展，公路交通的平均車速也有了很大提高，這對經濟的快速發展起到了積極作用。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警系統。這對確保汽車行駛的經濟性、安全性和操縱穩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，受到沖擊會產生內裂，造成爆胎；三、在長時間行駛中，輪胎與地面的磨擦使胎內溫度急劇升高，氣壓隨著增大，造成爆胎。

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

1、系統方案設計

本系統主要包括：壓力傳感器，數據采集系統，無線發射系統，無線接受系統和上位機等五部分組成，在該設計中，數據采集部分主要以C52單片機控制壓力傳感器來完成對汽車輪胎壓力的采集。并通過無線調制發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視器相連。通過監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，系統就會記錄數據并自動報警。簡單地說，就是將所采樣的一個電信號用無線調制發的方式發射出去，在另一端采用無線技術接收信號后，再進行數據處理。上位機利用LabVIEW軟件對收到的數據進行處理。如實時顯示、壓力報警、報警處理等。此外，利用軟件本身的GUI可以設計出友好的界面，實現對測控系統的完全控制和數據分析。總體設計框圖如圖l所示。

圖1系統模塊原理圖

2、硬件設計

2.1.發射電路

發射系統的發射電路是整個輪胎壓力監視系統設計的精華所在。它集中體現了電路簡單而有效的設計思想。胎壓監視系統選用無線數字通信的方式。發射電路采用nRF905集成電路芯片來實現。選擇發射頻率34MHz。外接天線使用905的ANT1以及ANT2。設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發射芯片和單片機的連接方式

在用TXEN控制狀態的切換的時候，是用延時程序來保證狀態切換的成功以確保數據能夠按時序收發。狀態切換的時間如表2.1.2所示。

表2.1.2狀態切換時間表

2.2硬件電路連接

發射接收芯片NRF905的硬件連線如圖2所示。

圖2.NRF905完整發射電路

2.3接收解調電路和處理器

接收電路也是采用NRF905芯片外加天線來接收來自輪胎內模塊的信號。其中處理器也是采用80C52單片機。在本設計中，由于NRF905具有收發一體的特點，C52單片機在此系統的主機和下位機中都有應用，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

本設計接收系統中采用UART異步接收方式。采用計數器1來作為波特率發射器，并使它的工作在工作方式2的計數結構為8位，假設計數初值是COUNT，則定時時間為T=(256-COUNT)*機器周期，那么它的倒數就是計數溢出率，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：波特率和計數初值。只要知道其中一個，就可以求出另外一個。

本系統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裝入計數初值而引起的定時誤差，使得波特率更加穩定。接受模塊的控制器的通信頻率設定為1200bps，與輪胎模塊的發射波特率相同，52單片機的晶振頻率為11.0592MHz。

本系統設置中，令SMOD=0，也就是波特率倍增，因為通信速率不高，發送的數據也不多，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生。

3、軟件設計

該系統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故障，延時時間可以根據車胎的性能等一系列的因素確定，本設計設定的延時時間是5s，延時采用內部的定時器T0工作在方式1，定時時間設定為50ms，軟件計時100。采用兩者相結合達到定時5s的效果。

3.4界面設計

LABVIEW能提供豐富的數據圖形化顯示控件。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可以將新的數據添加到曲線尾端，從而反映數據的變化趨勢，主要用來顯示實時曲線，與傳統的模擬示波器、波形記錄儀的顯示方式相同。

本系統界面設計如圖4所示,包括壓力的實時變化曲線和當前數據,并根據它們的變化幅度分6個等級進行報警提示。控制面板部分還包括采集方式的設定、測試點數的設定和采集對象的設定，這些參數將在設定采集任務時使用。

圖4系統上位機畫面

4、結論

通過應用虛擬儀器時間控制和網絡通訊方面的優點，結合單片機的數據處理能力，可以在較短時間內開發出基于虛擬儀器和單片機技術的汽車輪胎壓力在線監測系統，節省了軟硬件開發成本，也大大提高了汽車輪胎壓力監測系統自動化程度低和操作復雜等問題。

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