一种基于单片机的胎压监测系统的制作方法

本发明涉及交通安全技术，特别涉及一种基于单片机的胎压监测系统。

背景技术：

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命会缩短四分之一。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。鉴于上述已有技术，本申请人作了有益的设计，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

技术实现要素：

本发明目的是：提供一种基于单片机的胎压监测系统，具有结构简单、检测全面、成本低廉、稳定度较好等优点，具有良好的应用价值。

本发明的技术方案是：

一种基于单片机的胎压监测系统，包括若干分别安装于各轮胎上的气压检测模块，和安装于驾驶台的监视器；所述气压检测模块包括微处理器和分别与微处理器连接的压力传感器、RF发射模块、LF唤醒模块；所述监视器包括主控制芯片及分别与主控制芯片连接的显示屏、RF接收模块、LF发射模块。

所述微处理器通过RF发射模块将压力传感器采集的胎压信息，发送到监视器，监视器的主控制芯片通过RF接收模块接收胎压信息，在显示屏上进行显示，并通过LF发射模块发送控制信息，唤醒气压检测模块，气压检测模块微处理器通过LF唤醒模块接收控制信息。

优选的，所述的主控制芯片采用STC80C51单片机。

优选的，所述微处理器采用PIC16F627A单片机。

优选的，所述压力传感器使用SP12压力传感器。

优选的，所述LF发射模块采用MC33690芯片。

优选的，所述RF发射模块和RF接收模块采用NRF24L01无线收发器芯片射频芯片进行传输信息。

优选的，所述气压检测模块选用ER2450锂亚电池供电。

优选的，所述压力传感器收集压力信息，转换成数字信号，并通过微处理器处理数据，并对格式转换，编码处理变成合适调制系统的数据格式，再通过RF发射模块无线传输出去。

优选的，利用频分方法结合跳频接收方式来确定车轮位置。

本发明的优点是：

本发明所提供的基于单片机的胎压监测系统，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。可以实时监测以及显示每个轮胎的压力情况，在气压过高或者欠压时能发出报警并警告驾驶员。从而达到胎压监测的效果，具有结构简单、功耗小、检测全面、成本低廉、稳定度较好等优点，具有良好的应用价值。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明所述的基于单片机的胎压监测系统整体设计模块图；

图2为本发明所述的压力传感器与微处理器连接的电原理图；

图3为本发明所述的RF发射模块的电原理图；

图4为本发明所述的LF唤醒模块的电原理图；

图5为本发明所述的主控制芯片系统的电原理图；

图6为本发明所述的LF发射模块的电原理图；

图7为本发明所述的LCD显示电路电原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所揭示的基于单片机的胎压监测系统，包括若干分别安装于各轮胎上的气压检测模块，和安装于驾驶台的监视器；所述气压检测模块包括微处理器和分别与微处理器连接的压力传感器、RF发射模块、LF唤醒模块；所述监视器包括主控制芯片及分别与主控制芯片连接的显示屏、RF接收模块、LF发射模块。所述微处理器通过RF发射模块将压力传感器采集的胎压信息，发送到监视器，监视器的主控制芯片通过RF接收模块接收胎压信息，在显示屏上进行显示，并通过LF发射模块发送控制信息，唤醒气压检测模块，气压检测模块微处理器通过LF唤醒模块接收控制信息。

本发明通过埋入轮胎的压力传感器检测压力，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。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。可以实时监测以及显示每个轮胎的压力情况，在气压过高或者欠压时能发出报警并警告驾驶员。

在具体实施过程中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时，轮胎内采样端系统应该处于睡眠待机状态。所以我们采用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。而缺点则是需要安装更多的器件增加了成本，电路也更加复杂。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。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。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。

如图2所示压力传感器与微处理器连接的电原理图，其中微处理器采用的是20引脚的PIC16F627A单片机，压力传感器采用SP12压力触感器，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。其中SP12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脚的精简封装，应用时无需其他外部器件。其精度为1.37Kpa/lsb。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器件。

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。

如图3所示为RF发射模块的电原理图，采用NRF24L01无线收发器芯片射频芯片进行传输信息。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。NRF24L01使能端CE与PIC16F627A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。nRF24L01是一种单片射频收发器件,正常工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM（工业开放频段）频段。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。

如图4所示，采用低频信号接收电路作为LF唤醒模块。为了节省空间和成本，本发明使用的是简单的LC并联电路。而发明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4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。

如图5所示，为本发明所述的主控制芯片系统的电原理图，主控制芯片采用STC80C52单片机，其上连接有晶振模块和复位模块，构成单片机最小系统。

如图6所示为本发明所述的LF发射模块，其中采用GMC33690芯片，GMC33690是飞思卡尔专门用于发射低频信号的芯片，TD1和TD2管脚接的是专门的125KHZ天线再配合电容的和电阻。AM与单片机RC1相连，为中断触发管脚。MODE2管脚为低电平时芯片会进入睡眠状态，在此状态下芯片振荡器和辅助电路是不工作的，从而进一步降低功耗。当MC33690与MCU相连时如果没有MOSFET管则可以空出不连。

如图7所示为LCD显示电路电原理图，采用LCD1602液晶屏显示，其中DB0，DB1，……分别与STC80C52单片机P0.0，P0.1……相连。VEE管脚接上一个10K电位器，RS与P2.7，R/W与P2.6，使能管脚E与P2.5相连。VEE所接的是对比度调节调整电位器，可以调节液晶屏亮度和文字之间的对比度。因为本文中使用的是LCD1602液晶屏所以会显示两行数据，在程序设计时要注意两行的切换。同时需要注意的是每行只能显示16个字符。同时与STC80C52单片机连接的还有报警模块，当胎压超过或低于限定值时，可以通过其进行报警。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。