本發(fā)明涉及交通安全技術(shù)，特別涉及一種基于單片機(jī)的胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

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(duì)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(cè)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(guó)因?yàn)楸ヒl(fā)的事故比例達(dá)70%，在美國(guó)更是高達(dá)80%。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(guó)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(cè)系統(tǒng)（Tyre Pressure Monitoring System簡(jiǎn)稱TPMS）則變成了最理想的工具。汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

所以輪胎氣壓情況檢測(cè)是必須的，而氣壓量是無法通過肉眼觀測(cè)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(cè)氣壓量。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(zhǎng)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。

因?yàn)檫@些重要方面原因，各個(gè)國(guó)家先后將TPMS列為汽車必備系統(tǒng)之一。而其中美國(guó)作為先驅(qū)者始終保持著領(lǐng)先地位。鑒于上述已有技術(shù)，本申請(qǐng)人作了有益的設(shè)計(jì)，下面將要介紹的技術(shù)方案便是在這種背景下產(chǎn)生的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是：提供一種基于單片機(jī)的胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、檢測(cè)全面、成本低廉、穩(wěn)定度較好等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于單片機(jī)的胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括若干分別安裝于各輪胎上的氣壓檢測(cè)模塊，和安裝于駕駛臺(tái)的監(jiān)視器；所述氣壓檢測(cè)模塊包括微處理器和分別與微處理器連接的壓力傳感器、RF發(fā)射模塊、LF喚醒模塊；所述監(jiān)視器包括主控制芯片及分別與主控制芯片連接的顯示屏、RF接收模塊、LF發(fā)射模塊。

所述微處理器通過RF發(fā)射模塊將壓力傳感器采集的胎壓信息，發(fā)送到監(jiān)視器，監(jiān)視器的主控制芯片通過RF接收模塊接收胎壓信息，在顯示屏上進(jìn)行顯示，并通過LF發(fā)射模塊發(fā)送控制信息，喚醒氣壓檢測(cè)模塊，氣壓檢測(cè)模塊微處理器通過LF喚醒模塊接收控制信息。

優(yōu)選的，所述的主控制芯片采用STC80C51單片機(jī)。

優(yōu)選的，所述微處理器采用PIC16F627A單片機(jī)。

優(yōu)選的，所述壓力傳感器使用SP12壓力傳感器。

優(yōu)選的，所述LF發(fā)射模塊采用MC33690芯片。

優(yōu)選的，所述RF發(fā)射模塊和RF接收模塊采用NRF24L01無線收發(fā)器芯片射頻芯片進(jìn)行傳輸信息。

優(yōu)選的，所述氣壓檢測(cè)模塊選用ER2450鋰亞電池供電。

優(yōu)選的，所述壓力傳感器收集壓力信息，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并通過微處理器處理數(shù)據(jù)，并對(duì)格式轉(zhuǎn)換，編碼處理變成合適調(diào)制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式，再通過RF發(fā)射模塊無線傳輸出去。

優(yōu)選的，利用頻分方法結(jié)合跳頻接收方式來確定車輪位置。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

本發(fā)明所提供的基于單片機(jī)的胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過埋入輪胎的壓力傳感器檢測(cè)壓力，再通過無線調(diào)制發(fā)射到駕駛臺(tái)的監(jiān)視器上，監(jiān)視器可以監(jiān)測(cè)每個(gè)輪胎的壓力，從而司機(jī)可以及時(shí)作出調(diào)整?？梢詫?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及顯示每個(gè)輪胎的壓力情況，在氣壓過高或者欠壓時(shí)能發(fā)出報(bào)警并警告駕駛員。從而達(dá)到胎壓監(jiān)測(cè)的效果，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗小、檢測(cè)全面、成本低廉、穩(wěn)定度較好等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

附圖說明

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

圖1為本發(fā)明所述的基于單片機(jī)的胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)模塊圖；

圖2為本發(fā)明所述的壓力傳感器與微處理器連接的電原理圖；

圖3為本發(fā)明所述的RF發(fā)射模塊的電原理圖；

圖4為本發(fā)明所述的LF喚醒模塊的電原理圖；

圖5為本發(fā)明所述的主控制芯片系統(tǒng)的電原理圖；

圖6為本發(fā)明所述的LF發(fā)射模塊的電原理圖；

圖7為本發(fā)明所述的LCD顯示電路電原理圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明所揭示的基于單片機(jī)的胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括若干分別安裝于各輪胎上的氣壓檢測(cè)模塊，和安裝于駕駛臺(tái)的監(jiān)視器；所述氣壓檢測(cè)模塊包括微處理器和分別與微處理器連接的壓力傳感器、RF發(fā)射模塊、LF喚醒模塊；所述監(jiān)視器包括主控制芯片及分別與主控制芯片連接的顯示屏、RF接收模塊、LF發(fā)射模塊。所述微處理器通過RF發(fā)射模塊將壓力傳感器采集的胎壓信息，發(fā)送到監(jiān)視器，監(jiān)視器的主控制芯片通過RF接收模塊接收胎壓信息，在顯示屏上進(jìn)行顯示，并通過LF發(fā)射模塊發(fā)送控制信息，喚醒氣壓檢測(cè)模塊，氣壓檢測(cè)模塊微處理器通過LF喚醒模塊接收控制信息。

本發(fā)明通過埋入輪胎的壓力傳感器檢測(cè)壓力，收集壓力信息，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并通過處理單元處理數(shù)據(jù)，再通過射頻無線傳輸出去。由傳感器將信息傳入微處理器中，再由微處理器對(duì)格式轉(zhuǎn)換，再進(jìn)行編碼處理變成合適調(diào)制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式。再通過無線調(diào)制發(fā)射到駕駛臺(tái)的監(jiān)視器上，監(jiān)視器可以監(jiān)測(cè)每個(gè)輪胎的壓力，從而司機(jī)可以及時(shí)作出調(diào)整?？梢詫?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及顯示每個(gè)輪胎的壓力情況，在氣壓過高或者欠壓時(shí)能發(fā)出報(bào)警并警告駕駛員。

在具體實(shí)施過程中由于傳感部分深埋在輪胎內(nèi)更換極不方便，因此降低功耗延長(zhǎng)工作時(shí)間成為一個(gè)重要問題。所以在汽車停止運(yùn)行或者操縱臺(tái)未開啟時(shí)，輪胎內(nèi)采樣端系統(tǒng)應(yīng)該處于睡眠待機(jī)狀態(tài)。所以我們采用低頻喚醒方式這種方式是在車胎內(nèi)的采樣端主機(jī)復(fù)位端配合低頻信號(hào)接收裝置，在主電路上安裝低頻信號(hào)發(fā)射裝置。當(dāng)操控臺(tái)啟動(dòng)時(shí)會(huì)向接收端發(fā)射125KHZ的低頻信號(hào)，隨后采樣端低頻信號(hào)接收到信號(hào)并使其復(fù)位開始工作。這種方法好處是可以實(shí)時(shí)可控在汽車未啟動(dòng)時(shí)得知?dú)鈮憾扇〈胧?。而缺點(diǎn)則是需要安裝更多的器件增加了成本，電路也更加復(fù)雜。TPMS中另一個(gè)重要問題就是定位問題。在數(shù)據(jù)傳回主電路后需要說明的是四個(gè)輪胎中的哪個(gè)，否則司機(jī)無法對(duì)應(yīng)的采取措施。想要解決這個(gè)問題我們首先要了解NRF24L01的通道頻率。所謂的RF通道頻率指的就是nRF24L01使用的中心頻率，該頻率范圍是從2.400GHz到2.525GHz，以1MHz區(qū)分一個(gè)頻點(diǎn)，所以有125個(gè)頻點(diǎn)可使用。心頻率是主要由參數(shù)RF_CH確定，公式為：F0 = 2400 + RF_CH（MHz）。同樣的當(dāng)NRF24L01作為接收電路時(shí)其接收頻率必須與發(fā)射頻率保持一致才能接收到相應(yīng)的信息。所以我們可以在將采樣端埋入輪胎之前將四個(gè)輪胎的中心頻率設(shè)置為四個(gè)不同的頻率，而主電路在接收的時(shí)候采取巡回檢測(cè)方法，這樣既可以保證每個(gè)輪胎都被檢測(cè)到，又能保證成功定位。上面我們提到為了解決定位問題我們?cè)O(shè)置了不同頻率發(fā)射和接收的調(diào)頻技術(shù)。目前因?yàn)镮SM 2.4GHZ頻率范圍內(nèi)的沒有使用限制，所以我們可以輕易在其中選擇四個(gè)不同的頻率，為了方便統(tǒng)一管理我們可以以頻率劃分不同信道范圍。但需要注意的是ISM頻段對(duì)于功率是有著嚴(yán)格的限制的。

如圖2所示壓力傳感器與微處理器連接的電原理圖，其中微處理器采用的是20引腳的PIC16F627A單片機(jī)，壓力傳感器采用SP12壓力觸感器，將NCS連到RA2，SDO引腳與RA3相連，而RA4是漏極開路管腳，RA5是復(fù)位引腳所以與低頻信號(hào)接收電路相連。SP12的SCLK引腳與RA0相連提供時(shí)鐘信號(hào)，SDI與RA1引腳相連。使用的是4MHZ的晶振配合兩片15PF的瓷片電容。其中SP12是德國(guó)英飛凌公司面向TPMS研發(fā)的重要元件。它是一種壓電電阻式傳感器適用范圍可達(dá)100-400kpa，自帶有一個(gè)數(shù)字串行通訊口，可以方便的應(yīng)用在單片機(jī)系統(tǒng)中以適應(yīng)多種復(fù)雜的任務(wù)要求。SP12有14腳的精簡(jiǎn)封裝，應(yīng)用時(shí)無需其他外部器件。其精度為1.37Kpa/lsb。需要注意的是對(duì)于一個(gè)數(shù)字式傳感器的測(cè)量精度影響最大的是其所處環(huán)境的溫度,另外需要理解的是SP12不僅僅只是壓力測(cè)量傳感器事實(shí)上它是一個(gè)集壓力，溫度，加速度，電壓測(cè)量于一體的四合一器件。

檢測(cè)精度方面：因?yàn)镾P12采用的是精度較高的半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片構(gòu)成的惠斯通電橋作為力電變換測(cè)量電路的，所以其測(cè)量精度非常高（0.01%-0.03%FS）；

可靠性方面：SP12具有誤差補(bǔ)償功能，可對(duì)壓力電源電壓信號(hào)的檢測(cè)和補(bǔ)償。準(zhǔn)確的給出不同種類的輪胎在不同壓力情況下的正確補(bǔ)償值，從而可以有效的保證了結(jié)果的可靠性。

低功耗方面：SP12可以優(yōu)先喚醒瞬態(tài)操作模式，當(dāng)工作在此狀態(tài)時(shí)功率消耗，僅為0.6微安秒，最大所需電流為6mA,大大的降低了功耗，延長(zhǎng)了電池的使用壽命。

如圖3所示為RF發(fā)射模塊的電原理圖，采用NRF24L01無線收發(fā)器芯片射頻芯片進(jìn)行傳輸信息。首先要指出的是E1天線在實(shí)際中是特殊的氣門芯，專門設(shè)計(jì)用來當(dāng)做發(fā)射天線。NRF24L01使能端CE與PIC16F627A單片機(jī)的RB0相連，CSN引腳與RB1連接，SCK與RB2，MOSI與RB3相連，IRQ與RB4，MISO與RB5相連。其中ANT1和ANT2連接的是天線電路，XC1和XC2連接的是外接晶振電路。nRF24L01是一種單片射頻收發(fā)器件,正常工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM（工業(yè)開放頻段）頻段。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器等功能模塊,并采用了增強(qiáng)型Shock Burst技術(shù)，輸出功率和通信頻道是可通過程序進(jìn)行配置。另外nRF24L01功耗低可以適用于輪胎內(nèi)部對(duì)于功耗的要求。

如圖4所示，采用低頻信號(hào)接收電路作為L(zhǎng)F喚醒模塊。為了節(jié)省空間和成本，本發(fā)明使用的是簡(jiǎn)單的LC并聯(lián)電路。而發(fā)明低頻信號(hào)只需用來作為開關(guān)信號(hào)所以無需太過精確所以采用這種方法非常合適。圖4中LC并聯(lián)電路，當(dāng)接收到125KHZ的信號(hào)時(shí)會(huì)發(fā)生諧振從而使MCLR端口由低電平上升到高電平喚醒電路。

如圖5所示，為本發(fā)明所述的主控制芯片系統(tǒng)的電原理圖，主控制芯片采用STC80C52單片機(jī)，其上連接有晶振模塊和復(fù)位模塊，構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)。

如圖6所示為本發(fā)明所述的LF發(fā)射模塊，其中采用GMC33690芯片，GMC33690是飛思卡爾專門用于發(fā)射低頻信號(hào)的芯片，TD1和TD2管腳接的是專門的125KHZ天線再配合電容的和電阻。AM與單片機(jī)RC1相連，為中斷觸發(fā)管腳。MODE2管腳為低電平時(shí)芯片會(huì)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，在此狀態(tài)下芯片振蕩器和輔助電路是不工作的，從而進(jìn)一步降低功耗。當(dāng)MC33690與MCU相連時(shí)如果沒有MOSFET管則可以空出不連。

如圖7所示為L(zhǎng)CD顯示電路電原理圖，采用LCD1602液晶屏顯示，其中DB0，DB1，……分別與STC80C52單片機(jī)P0.0，P0.1……相連。VEE管腳接上一個(gè)10K電位器，RS與P2.7，R/W與P2.6，使能管腳E與P2.5相連。VEE所接的是對(duì)比度調(diào)節(jié)調(diào)整電位器，可以調(diào)節(jié)液晶屏亮度和文字之間的對(duì)比度。因?yàn)楸疚闹惺褂玫氖荓CD1602液晶屏所以會(huì)顯示兩行數(shù)據(jù)，在程序設(shè)計(jì)時(shí)要注意兩行的切換。同時(shí)需要注意的是每行只能顯示16個(gè)字符。同時(shí)與STC80C52單片機(jī)連接的還有報(bào)警模塊，當(dāng)胎壓超過或低于限定值時(shí)，可以通過其進(jìn)行報(bào)警。

上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明主要技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)所做的修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。