(完整版)基于SP37汽车胎压监测传感器研究毕业设计

FOCUS 技术聚焦设计•创新曹景胜石晶段敏魏丹(辽宁工业大学）^基于S P 37和S T M 3、的汽车 无线胎压监测系统i 设计！摘要：汽车轮胎爆胎造成的行车安全越来越引起人们的重视。

设计了基于"P37和STM32的汽车无线胎压监测系统，以STM32微控制器为核心，采用SP37胎压监测传感器实时采集汽车轮胎压力和温度，并将数据无线发送到接收终端进行显示和监测。

试验表明，该系统能有效降低由于胎压造成的行驶隐患，对汽车行车安全监控有着极其重要的意义。

关键词：胎压监测;SP37; STM32;无线收发Design of Wireless Tire Pressure Monitoring System Based on SP37 and STM32<Abstract ： People pay more attention to traffic safety due to vehicle puncture caused. The wireless tire pressure monitoringsystem is designed based on SP37 and STM32, STM32 MCU is used as a core, using SP37 tire pressure monitoring sensor to collect real-time data of tire pressure and temperature, and send data to the receiving terminal wirelessly for display and monitoring. Experiments show that it can reduce the driving risk caused by tire pressure effectively, and has a very important significance to safety monitoring of vehicle.Key words ： TPMS; SP37; STM32; Wireless transceiver在导致交通事故的众多原因中，轮胎故障是主要 原因之一[1-]。

毕业设计（论文）汽车轮胎压力监测报警系统大学电子工程毕业设计论文学生姓名专业电子信息工程班级学号指导教师2 年月摘要随着汽车工业的发展和道路交通网络的扩大由此而引起的安全问题在人们的生活中也是曰益严重引发的交通事故也在不断增多其中由轮胎气压引起的事故比例非常之高使得人们对的轮胎气压的关注日益密切汽车轮胎压力监测技术是一种能切实有效的防止和减少由于轮胎引起的交通事故的方法本设计介绍轮胎压力监测系统TPMS的电路设计和相关技术问题TPMS系统由压力传感器模块和中央接收机组成压力传感器SP12微控制器和433 MHz收发一体射频IC nRF401 组成了压力传感器模块负责轮胎压力的采集和发射然后接收机接收压力信息并进行处理该系统可随时测定每个轮胎内部的实际温度压力值及时报警有效避免事故的发生关键词TPMS轮胎压力监测射频压力传感器微控制器ABSTRACTAlong with the development of the automobile industry and the extension of the road transportation network the resulting security problems in peoples lives is also became serious day by dayand the amount of traffic accidents has increasedThe accidents caused by tire pressure takes a large percent of total amount so that people have to concentrate on tire pressureTire pressure monitoring technique is a possible way to decrease the amount of traffic accidents caused by tire pressure Introduced emphatically realize tire pressure monitoring system TPMS circuit design and related technical problems TPMS system is consists of pressure sensor module and central receiver module Pressuresensor module which is used to collect tire pressure and send it out is consists of pressure sensor SP12 micro controller and 433 MHz send and receive an IC nRF401 of rf Receiver module receive pressure information and work on itThe module can catch each tires pressure and the real temperature inside the tires in any time and give out alarm in time it helps drivers avoid accidents effectivelyKeywords TPMS tire pressure monitoring RF pressure sensor MCU目录第1章绪论- 1 -11 课题研究的背景和意义 112 本课题研究的热点及发展现状 1com究和发展概况 2com究和发展的概况 2第2章系统设计 421 方案论证 4com胎压力监测报警系统的基本工作原理 4com案 4com方案比较 6com 722系统硬件电路设计 7com 单片机控制模块 7com路 10com线的结构 14com电路 15com LCD显示 17com耗 23第3章汽车轮胎压力监测系统的软件设计 243 1 采样端的软件设计 24com意的问题 24com工作流程介绍 25com的软件流程设计 26com步串行通讯 2732接收端软件设计 29com的通信流程介绍 30com的软件流程设计 3133 PROTEUS 仿真 33第四章结论 35第5章社会效益和经济效益 37 致谢 39参考文献 40附录1 系统硬件原理图 43附录2 部分程序清单 45第1章绪论11 课题研究的背景和意义随着汽车工业的不断发展交通越来越便利而随之引发的交通事故也在不断增多其中由于轮胎的气压引起的比例非常高这就使得人们需要对行驶中的轮胎气压进行关注轮胎气压影响着汽车的使用性能和轮胎的寿命当前轮胎爆胎疲劳驾驶超速行驶已经成为高速公路事故的三大杀手其中轮胎爆胎由于其不可预测性和无法控制而成为首要因素有人曾经用一句话来概括轮胎的重要性当一个人坐到汽车里面以后这个人实际上就交给了汽车一旦汽车行驶起来这个人实际上就全部交给了汽车在汽车的高速行驶过程中轮胎故障是所有驾驶者最为担心和最难预防的也是突发性交通事故发生的重要原因据统计在中国高速公路上发生的交通事故有70％是由于爆胎引起的而在美国这一比例则高达80％怎样防止爆胎已成为安全驾驶的一个重要课题据国家橡胶轮胎质量监督中心的专家分析保持标准的汽车轮胎气压正常与稳定和及时发现车胎漏气是防止爆胎的关键而汽车轮胎压力监视系统 Tire Pressure Monitoring System简称TPMS 毫无疑问将是理想的工具在客车和轻型卡车上必须安装轮胎气压监测系统 TPMS 以便在轮胎气压低于规定值时发出警报于是汽车轮胎气压监测技术应运而生在未来汽车上加装轮胎压力监测系统TPMS也必将和ABS安全气囊一样是必然的发展趋势轮胎压力监测系统全天候对轮胎里的压力进行监测对轮胎的漏气和低压高压进行报警使车辆始终处于安全运行状态12 本课题研究的热点及发展现状伴随着城市交通技术的不断发展人们在享受高速公路高效便捷方式的同时随之引发的交通事故率也在提高其中由于轮胎的气压引起的比例高达80％这种现象使得人们要对行驶中的轮胎气压进行监测一些发达国家陆续推出了相关法案美国的TREAD法规要求新车装配中必须装配能够对行驶中的轮胎气压实时监测的安全电子装置因此在未来汽车上加装轮胎压力监测系统TPMS也必将和ABS 安全气囊一样是必然的发展趋势轮胎压力监测系统全天候对轮胎里的压力进行监测对轮胎的漏气和低压高压进行报警使车辆始终处于安全运行状态com究和发展概况早在2001年美国就通过了TRAD法案法案要求到2007年所有在美国销售的新车都必须将TPMS作为标准配置美国国家公路交通安全管理局 NHTSA 2002年颁布的法规要求监控器在轮胎气压低于生产商推荐值的25％～30％时向司机报警建议从2004年开始薪车应安装轮胎气压监控系统 TPMS 继美国之后欧洲也制定相应的法规要求其国内的汽车厂商安装TPMS在2004年美国印地安纳波利斯博览会上．加拿大斯马轮胎设备公司推出了世界上第二套摩托车轮胎专用TPMS第一套是由英国Metasystem公司2002年推出的该产品能够在摩托车行驶中监测和显示每条轮胎的充气内压和温度信息如果出现偏差就会通过报警灯提醒骑乘者注意日本阿尔卑斯电气公司开发的不需电池的汽车轮胎气压监测系统最近通过有关试验验证符合欧洲及美国的电磁波相关法律规定今后将以行驶条件及轮胎种类等因素的影响为中心进行评测计划在欧美日本等地进行实地试验2004年8月开始提供样品2006年投入批量生产国外的TPMS产品已经相当成熟能够经受57万公里的使用测试现在国外的TPMS的研发重点在于开发无源的TPMS如采用SAW这类无源器件的频率变化来监测轮胎压力的变化com究和发展的概况在2003年11月24日颁布的中华人民共和国国家标准《机动车运行安全技术条件征求意见稿》中对安装轮胎压力检测装置作出了说明车长大于6米的长途客车和旅游客车最大设计总质量大于1．2吨的载货汽车和载货牵引车应安装轮胎压力报警装置有关部分机动车应安装轮胎压力报警装置的要求自本标准发布之日起第25个月开始对新注册车实施由于目前国家没有强制性规定必须安装TPMS装置而载货汽车的所有权大多属于货运公司载货汽车轮胎数量多安装TPMS 装置费用高昂一般货运公司不愿意承担如此高的费用而家用轿车轮胎使用环境远比载货汽车好且城市路面质量高轮胎可能造成的威胁比较小私家车主通常不够重视因此无论前装市场还是后装市场TPMS都处于尴尬的地位但是着眼未来国家迟早会颁布强制性TPMS安装规定尤其大型载货汽车安装TPMS是非常必要的因此市场前景广阔目前大部分厂家都处在研究开发阶段出货量不高全国开展TPMS研究的厂家接近200家专业的TPMS厂家大约为30家TPMS的研究在中国刚刚起步目前各厂家的重点并非是如何开拓市场而是如何提高产品性能和质量目前国内的TPMS系统问题不少车内需配备专用的主机显示屏需要在车内固定和接线安装繁琐影响美观整车厂难以配装不能设定标准胎压无法保障轮胎合理使用不具备抗干扰的清晰语音提示报警功能会造成驾驶员视线转移因射频效率编码纠错性能差在恶劣环境下漏报严重直接式TPMS产品无线信号传输的稳定性可靠性不足电池寿命问题传感器寿命和耐久性问题此外TPMS零组件主要靠进口缺乏自主知识产权的产品第2章系统设计21 方案论证com胎压力监测报警系统的基本工作原理本系统通过全天候对轮胎里的压力进行监测对轮胎的漏气和低压高压进行报警使车辆尽可能始终处于安全运行状态图21 系统原理方框图⑴在数据采集及发射这部分系统中数据采集模块首先将汽车轮胎内压力温度等情况通过传感器采集给MCU经MCU编码后由射频发射给驾驶室内的接收系统⑵在数据接收及处理这部分系统中数据接收模块将数据进行解调以便将模拟信号转换成数字信号然后交由MCU进行解码处理后将信息传送到显示报警模块在显示报警模块中系统将经过处理的数据显示在显示电路中并对危险情况进行报警com案方案1本方案如图22所示该方案采用MC33594作为RF接收芯片采用MC68HC908RF2作为轮胎结点主控芯片和发射芯片方案采用的传感器为MPXY8020属于硅集成式压力传感器由于生产工艺的限制硅集成电容式压力传感器往往测量精度比较低MC68HC908RF2发送部分的基本参数可工作在315434868MHz发射功率5dBm116-135mAT 85℃315MHz434MHzMC33594图22 方案一原理方框图方案2本方案采用的轮胎压力传感器选用MicrochiP公司的PICl6F628A低功耗8位MCU压力传感器选用英飞凌的SPl2射频IC选用N0rdic公司的nRF40l 图23方案二原理方框图com方案比较⑴精确度方案一中MPXY8020是硅集成电容式压力传感器测量精度比较低而方案二中英飞凌的SPl2是一种硅压阻式压力传感器测量精确度较高内部同时具有一个温度传感器一个加速度传感器和一个电量检测器此外英飞凌TPMS 传感器最大的一个优势是有SPI接口设计上将更有弹性⑵功耗MPXY8020为了实现低功耗运动开关或是内部加速度传感器必不可少所以方案一的传感器需要外扩运动开关而方案二中SPl2内建惯性传感器可侦测车轮运转多数时间汽车处于静止状态通过惯性传感器的辅助可大幅度节省电量相对于方案一中的两种芯片PICl6F628A具有更卓越的低功耗工作能力能提供ICSP编程方式能够完全满足设计要求⑶抗干扰性因为在方案一中轮胎模块的发射器与微处理器是集成在一个芯片上的所以抗干扰能力比较强在轮胎这种恶劣的工作环境中稳定性较强方案二的传感器虽然精度较高但是轮胎模块的集成度不够高抗干扰能力相对较弱com通过上述方案的比较最终确定选择方案二方案二具有更高的测量精确度低功耗性能和较高灵活度虽然集成度的提高可以缩短产品的研发周期但却会增加研究的被动性将MCU脱离出来一则增加的了选择的灵活度二则更有利于了解系统的局部构架分离器件的系统一旦设计出来再要设计集成器件系统就不存在障碍了虽然方案二的干扰性相对方案一较弱但总体来说设计方案二要优于方案一因此最终方案选择方案二22系统硬件电路设计com 单片机控制模块PIC16F628A单片机是18引脚的8位CMOS闪存单片机具有多用途低成本高性能和全静态的特点所有PICmicro单片机均采用先进的RISC架构PIC16F628A 具有增强的内核功能8级深度的堆栈以及多种内部和外部中断源哈佛架构独立的指令总线和数据总线允许同时取14位宽指令字与独令需要两个周期以外的所有指令都能在单个周期内执行总共有35条指令精简指令集可用PIC16F628A单片机与同类的其他8位单片机相比通常能实现21的代码压缩率和4倍的速度提升其引脚如图24所示图24 PIC16F628A的引脚图PIC16F628A器件集成了很多功能部件从而减少了外部元件的使用因此降低了系统成本提高了系统可靠性并降低了功耗PIC16F628A有8种振荡器配置单引脚的RC振荡器提供了低成本的解决方案LP振荡器可将功耗降至最低XT是标准晶振而INTOSC是独立的高精度双速内部振荡器HS模式是高速晶振EC模式则是采用外部时钟源休眠断电模式可以节能用户可以通过几种外部中断内部中断以及复位将芯片从休眠状态唤醒高可靠性的看门狗自带了片上RC振荡器能够避免程序锁死PIC单片机的特点如下1高性能 RISC CPU1 工作速度可从DC到20MHz2 中断能力3 8级深度硬件堆栈4 直接间接和相对寻址模式5 35条单字指令6 除了转移指令以外所有指令均为单周期指令2单片机的特殊功能1 内部和外部振荡器选择- 高精度的内部4MHz振荡器出厂时精度校准为±1 - 低功耗内部48kHz振荡器- 可使用晶振和谐振器作为外部振荡器2 节能的休眠模式3 PORTB上有可编程的弱上拉功能4 主复位输入引脚复用5 看门狗定时器带有独立的振荡器能保证可靠的运行6 低电压编程7 在线串行编程8 可编程代码保护9 欠压复位10 上电复位11 上电延时定时器和振荡器起振定时器12 宽工作电压范围com13 工业级和扩展级温度范围14 高耐用性闪存EEPROM单元- 闪存可经受10万次写操作- EEPROM可经受100万次写操作- 数据保持期为40年3低功耗功能1 待机电流- 当电压为20V时典型值为100nA2 工作电流- 当频率为32kHz电压为20V时典型值为12μA - 当频率为1MHz电压为20V时典型值为120μA 3 看门狗定时器电流- 当电压为20V时典型值为1μA4 Timer1振荡器电流- 当频率为32kHz电压为20V时典型值为12μA 5 双速内部振荡器- 有4MHz和48kHz两种频率可供选择- 从休眠状态唤醒4μs30V典型值4外设功能1 16个具有独立方向控制的IO引脚2 较高灌拉电流用于直接驱动LED3 模拟比较器模块带有- 两个模拟比较器- 可编程的片上参考电压 VREF模块- 可选择的内部或外部参考电压- 可外部访问比较器输出4 Timer0带8位可编程预分频器的8位定时器计数器5 Timer1带有外部晶振时钟源功能的16位定时器计数器6 Timer2带8位周期寄存器预分频器和后分频器的8位定时器计数器7 捕捉比较PWM模块8 可寻址的通用同步异步收发器USARTSCIcom路在图25所示的射频信号电路中采用Nordic公司的nRF401器件该器件是433MHz ISM频段的单片UHF无线收发IC它采用FSK的调制解调技术其最高工作速率可达20kb发射功率可调最大达10dBm基本技术指标如下中心载频点为4339243433MHz最大发射功率为10dBm工作电压为27525V接收时消耗电流为250μA发射时最大为28mA待机电流为8μA图25发射接收模块电路NRF401的ANT1和ANT2是天线的输入输出复用脚在输入模式时射频信号通过将该脚连接到低噪音放大器后解调同样在输出模式时调制的信号在功率放大后通过该脚输出4脚为nRF401的PLL锁相环滤波器输入该脚正常工作时的电压是11V±02V5脚和6脚为压电晶振控制的外围电路此两脚间接一个Q 45在433MHz值的22 μH电感7脚和8脚分别为数据输入脚和输出脚配合18脚PWR_UP 和19脚TXEN上的电位时序完成信息的发送和接收11脚外接射频功率控制电阻如图2中的R3该值在22～100kΩ之间一般在30kΩ左右达到7dBm重要的时序参数NRF401在不同工作模式下的时序如表21所示表21 nrf401的工作时序表模式控制名称最大延时条件TX→RX t 3 ms 连续工作RX→TX t 1 ms Stdby→TX t 2 ms Stdby→RX t 3 ms VDD 0→TX t 4 ms 上电VDD 0→RX t 5 ms TX RX 的切换当从 RXTX 模式时数据输入脚DIN必须保持为高至少1ms才能发送数据时序如图a所示当从 TXRX 模式时数据输出脚DOUT要至少3ms以后有数据输出如图所示TX RX 的切换Standby RX 的切换从待机模式到接收模式当PWR_UP输入设成1时经过时间后DOUT脚输出数据才有效请看表对nRF401来说最长的时间是3ms如图所示Standby TX 的切换从待机模式到模式请看表21图27Standby RX 和Standby TX 切换Power Up TX 的切换从加电到发射模式过程中为了避免开机时产生干扰和辐射在上电过程中TXEN的输入脚必须保持为低以便于频率合成器进入稳定工作状态当由上电进入发射模式时TXEN 必须保持1ms以后才可以往 DIN 发送数据见图a Power Up RX 的切换从上电到接收模式过程中芯片将不会接收数据DOUT也不会有有效数据输出直到电压稳定达到27V以上并且至少保持5ms如果采用外部振荡器这个时间可以缩短到3ms见图28 Power Up TX和Power Up RX的切换时序图com线的结构由于天线有不同类型应根据具体应用要求来选择本应用中天线位于汽车轮毂内紧靠气门嘴在高速行驶中天线不断变换方向为了尽可能扩大接收的角度选用螺旋天线螺旋天线的圈数N直径D和圈距S决定了天线的增益和方向性天线的总长为LN NLo Nsqrt S2C2 这里C πD是螺旋的园周Lo sqrt S2C2 是一圈导线的长度另一个重要参数是螺旋角α它是螺旋线切线和螺旋轴垂直平面的夹角螺旋角的定义为α tan-1 SC 螺旋天线有以下2种工作模式1 常态模式在常态工作模式天线辐射场在相对于螺旋轴的法线平面有极大值对于该模式NLo λ2 轴向端射模式这种工作模式只有一个主瓣它的最大辐射强度沿着螺旋轴副瓣与轴间有一个倾斜角度为激励这种模式其直径D和空间S必须是波长的一个大分数本设计采用单端天线时匹配网络的设计图的180nH电感要求自谐振频率大于433MHz根据具体应用不同在RF输入输出处可能需要 LC 匹配网络单端天线到nRF401的连接也可以采用一个81的RF线圈匹配阻抗图29 单端天线时匹配网络英飞凌公司的SP12传感器整合了硅显微机械加工的压力与加速度传感器温度传感器和一个电池电压监测器提供四合一传感功能并配有一个能完成测量信号补偿与调整及SPI串行通信接口CMOS大规模集成电路英飞凌的SP12传感器测量范围 1 压力范围100kPa到450kPa分辨率137kPalsb 2 加速度范围-12g到115g分辨率05glsb 3 温度范围-40到125分辨率1lsb 4 传感器供电电压com分辨率184mVlsb英飞凌的SP12传感器的优点1 检测精度方面硅压阻式压力传感器SP12是采用高精密半导体电阻应变片组成惠斯顿电桥作为力电变换测量电路的其测量精度能达001～003FS 2 测量可靠性方面SP12设有补偿功能可以对压力加速度温度供电电压信号进行检测和补偿准确提供不同型号轮胎在不同环境时的正确补偿值有效地保证了测量可靠性 3 低功耗方面英飞凌的SP12传感器首先是采用了唤醒瞬态工作模式当它工作在睡眠工作模式时其功耗仅06微安秒器件所有数字模拟部分全部工作时的电流消耗是6mA大大地降低系统功耗延长了电池的使用寿命图210传感器电路SP12传感器引脚NCS片选使能输入信号当NCS接收到低电平信号时SP12被选中工作否则SP12不工作SCLK串行时钟输入输出用于输出或者接收数据传输的串行时钟本例中用于接收来自单片机的串行时钟 SDI串行数据输入信号用于接收单片机的串行数据输入SDO串行数据输出信号用于向单片机串行输出SP12的测量数据对数据进行处理由于SP12测量的压力温度加速度以及电压并不能直接用来表示实际的压力温度加速度以及电压需要进行二次处理才能转化为实际检测值所以需要单片机对接收到的SP12响应数据进行处理后才能送到液晶显示器进行显示 1 压力数据处理实际压力温度字节数据×137 100kPa 2 温度数据处理温度字节中的内容T50反映了测量到的温度T单位是摄氏度其范围是10175对应于-40125的温度范围即实际温度温度字节数据–50由于温度测量存在非线性误差因此必须进行修正修正公式为－ 1－09200400022式中为修正后的温度为实际温度为非线性误差 3 加速度数据处理实际加速度加速度字节数据×05– 12g 4 电压数据处理实际电压电压字节数据×00184 173V1602LCD分为带背光和不带背光两种带背光的比不带背光的厚是否带背光在应用中并无差别如图所示图211 1602LCD11602LCD主要技术参数显示容量16×2个字符芯片工作电压4555V工作电流20mA 50V模块最佳工作电压50V字符尺寸295×435 W×H mm引脚功能说明1602LCD采用标准的14脚无背光或16脚带背光接口各引脚接口说明如表所示22 1602LCD引脚说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明 1 VSS 电源地9 D2 数据 2 VDD 电源正极10 D3 数据 3 VL 液晶显示偏压 11 D4 数据 4 RS 数据命令选择12 D5 数据 5 RW 读写选择13 D6 数据 6 E 使能信号14 D7 数据7 D0 数据15 BLA 背光源正极8 D1 数据16 BLK 背光源负极引脚接口说明第1脚VSS为地电源第2脚VDD接5V正电源第3脚VL为液晶显示器对比度调整端接正电源时对比度最弱接地时对比度最高对比度过高时会产生鬼影使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度第4脚RS为寄存器选择高电平时选择数据寄存器低电平时选择指令寄存器第5脚RW为读写信号线高电平时进行读操作低电平时进行写操作当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据第6脚E端为使能端当E端由高电平跳变成低电平时液晶模块执行命令第7～14脚D0～D7为8位双向数据线第15脚背光源正极第16脚背光源负极1602LCD的指令说明及时序1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令如表所示23 1062指令及时序表序号指令RS RW D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清显示 00 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光标返回0 0 0 0 00 0 0 1 3 置输入模式0 0 0 0 0 0 0 1 IDS 4 显示开关控制0 0 0 0 0 0 1 D C B 5光标或字符移位0 0 0 0 0 1 SC RL 6 置功能0 0 0 0 1 DL N F 7 置字符发生存贮器地址 00 0 1 字符发生存贮器地址8 置数据存贮器地址0 0 1显示数据存贮器地址9 读忙标志或地址0 1 BF 计数器地址10 写数到CGRAM或DDRAM 1 0 要写的数据内容11 从CGRAM或DDRAM读数 1 1 读出的数据内容控制命令1602液晶模块的读写操作屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的说明1为高电平0为低电平指令1清显示指令码01H光标复位到地址00H位置指令2光标复位光标返回到地址00H指令3光标和显示模式设置 ID光标移动方向高电平右移低电平左移 S屏幕上所有文字是否左移或者右移高电平表示有效低电平则无效指令4显示开关控制 D控制整体显示的开与关高电平表示开显示低电平表示关显示 C控制光标的开与关高电平表示有光标低电平表示无光标 B控制光标是否闪烁高电平闪烁低电平不闪烁指令5光标或显示移位 SC高电平时移动显示的文字低电平时移动光标指令6功能设置命令 DL高电平时为4位总线低电平时为8位总线 N低电平时为单行显示高电平时双行显示 F 低电平时显示5x7的点阵字符高电平时显示5x10的点阵字符指令7字符发生器RAM地址设置指令8DDRAM地址设置指令9读忙信号和光标地址 BF为忙标志位高电平表示忙此时模块不能接收命令或者数据如果为低电平表示不忙指令10写数据指令11读数据与HD44780相兼容的芯片时序表如下24 1602芯片时序表读状态输入RS LRW HE H 输出D0D7 状态字写指令输入RS LRW LD0D7 指令码E 高脉冲输出无读数据输入RS HRW HE H 输出D0D7 数据写数据输入RS HRW LD0D7 数据E 高脉冲输出无读写操作时序如图和所示图读操作时序图写操作时序1602LCD的RAM地址映射及标准字库表液晶显示模块是一个慢显示器件所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平表示不忙否则此指令失效要显示字符时要先输入显示字符地。

大学电子信息工程学院毕业设计论文汽车轮胎压力监测报警系统摘要随着汽车工业的发展和道路交通网络的扩大，由此而引起的安全问题在人们的生活中也是曰益严重，引发的交通事故也在不断增多。

其中由轮胎气压引起的事故比例非常之高，使得人们对的轮胎气压的关注日益密切。

汽车轮胎压力监测技术是一种能切实有效的防止和减少由于轮胎引起的交通事故的方法。

本设计介绍轮胎压力监测系统（TPMS）的电路设计和相关技术问题。

TPMS 系统由压力传感器模块和中央接收机组成。

压力传感器SP12、微控制器和433 MHz 收发一体射频IC(nRF401)组成了压力传感器模块，负责轮胎压力的采集和发射。

然后接收机接收压力信息，并进行处理。

该系统可随时测定每个轮胎内部的实际温度、压力值,及时报警,有效避免事故的发生。

关键词：TPMS；轮胎压力监测；射频；压力传感器；微控制器IABSTRACTAlong with the development of the automobile industry and the extension of the road transportation network, the resulting security problems in people's lives is also became serious day by day,and the amount of traffic accidents has increased.The accidents caused by tire pressure takes a large percent of total amount, so that people have to concentrate on tire pressure.Tire pressure monitoring technique is a possible way to decrease the amount of traffic accidents caused by tire pressure.Introduced emphatically realize tire pressure monitoring system (TPMS) circuit design and related technical problems. TPMS system is consists of pressure sensor module and central receiver module. Pressure sensor module which is used to collect tire pressure and send it out is consists of pressure sensor SP12, micro controller and 433 MHz send and receive an IC (nRF401 of rf). Receiver module receive pressure information and work on it.The module can catch each tire's pressure and the real temperature inside the tires in any time and give out alarm in time , it helps drivers avoid accidents effectively .Keywords: TPMS ; tire pressure monitoring ; RF ; pressure sensor ; MCUII目录第1章绪论- 1 -1.1 课题研究的背景和意义 .................................... - 1 -1.2 本课题研究的热点及发展现状 .............................. - 1 -1.2.1国外研究和发展概况................................. - 2 -1.2.2中国研究和发展的概况............................... - 2 -第2章系统设计 ................................................ - 5 -2.1 方案论证 ............................................... - 5 -2.1.1汽车轮胎压力监测报警系统的基本工作原理............. - 5 -2.1.2设计方案........................................... - 5 -2.1.3.方案比较 .......................................... - 7 -2.1.4结论............................................... - 8 -2.2系统硬件电路设计......................................... - 8 -2.2.1 单片机控制模块 .................................... - 8 -2.2.2射频电路.......................................... - 11 -2.2.3螺旋天线的结构.................................... - 15 -2.2.4传感器电路........................................ - 16 -2.2.5 LCD显示.......................................... - 18 -2.2.6系统功耗.......................................... - 23 -第3章汽车轮胎压力监测系统的软件设计 .......................... - 25 -3. 1 采样端的软件设计 ...................................... - 25 -3.1.1需要注意的问题.................................... - 25 -3.1.2采样端工作流程介绍................................ - 26 -3.1.3采样端的软件流程设计.............................. - 27 -III3.1.4软件异步串行通讯.................................. - 28 -3.2接收端软件设计.......................................... - 30 -3.2.1接收端的通信流程介绍.............................. - 31 -3.2.2接收端的软件流程设计.............................. - 32 -3.3 PROTEUS 仿真 ........................................... - 34 -第四章结论................................................... - 37 -第5章社会效益和经济效益 ...................................... - 39 -致谢 ........................................................... - 41 -参考文献 ....................................................... - 43 -附录1 系统硬件原理图 (1)附录2 部分程序清单 (3)IV第1章绪论1.1课题研究的背景和意义随着汽车工业的不断发展，交通越来越便利，而随之引发的交通事故也在不断增多，其中由于轮胎的气压引起的比例非常高，这就使得人们需要对行驶中的轮胎气压进行关注。

河北工业大学毕业论文作者：朱铭健学号： 113009学院：控制科学与工程学院系(专业)：自动化题目：基于SP37汽车胎压监测传感器的设计及实现指导者：梁涛教授(姓名) (专业技术职务)评阅者：(姓名) (专业技术职务)2015年 6 月 2日目录1 绪论 (1)1.1 课题研究背景 (1)1.2 国内外轮胎压力检测系统发展现状 (1)1.2.1 国外轮胎压力检测系统发展现状 (2)1.2.2 国内轮胎压力检测系统发展现状 (2)1.3 课题研究意义 (2)1.4 课题主要实施内容，总体方案 (2)2 相关理论与系统介绍 (3)2.1 汽车轮胎压力检测系统概述 (3)2.2 SP37芯片介绍 (4)2.3 相关软硬件工具介绍 (6)2.3.1 开发软件 (6)2.3.2 烧录器 (7)3 SP37传感器外围电路设计 (8)3.1 硬件系统功能概况 (8)3.2 硬件系统目标 (9)3.3 硬件系统总体分析 (9)3.3.1 低频接收电路 (12)3.3.2 高频发射电路 (12)3.3.3 系统工作电路 (13)4 软件设计 (14)4.1 软件需求 (14)4.1.1 LF低频唤醒 (14)4.1.2定时器唤醒 (16)4.1.3初次上电或系统复位 (16)4.2 程序流程图 (17)4.3 相关配置 (17)5 开发过程及测试结果 (18)5.1 开发过程 (18)5.2 测试 (18)5.3检测精度及使用年限 (20)结论 (23)参考文献 (24)致谢 (25)附录 A 部分程序 (26)1 绪论轮胎压力监测系统（Tire Pressure Monitoring System，TPMS），是一种利用安装在汽车轮胎内的胎压监测传感器采集汽车轮胎压力、温度、加速度等数据，并将数据利用无线传输技术传送到驾驶室内的显示终端中，实时地显示以上相关数据，并在轮胎出现异常时对驾驶者进行预警的汽车主动安全系统。

传感器胎压课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解传感器的基本概念，掌握胎压传感器的工作原理；2. 学生能掌握胎压与行车安全的关系，了解不同车辆对胎压的要求；3. 学生能了解传感器胎压监测系统的组成及其作用。

技能目标：1. 学生能运用所学知识，分析并解决实际生活中与胎压相关的问题；2. 学生能通过实际操作，学会使用传感器进行胎压检测；3. 学生具备查阅相关资料、进行数据分析和处理的能力。

情感态度价值观目标：1. 学生培养对汽车安全知识的关注，提高行车安全意识；2. 学生通过学习，增强对科技创新和物理学科的兴趣；3. 学生养成合作、探究的学习态度，培养勇于实践、克服困难的精神。

课程性质：本课程为高二年级物理选修课程，结合实际生活，培养学生对物理学科的兴趣和实践操作能力。

学生特点：高二学生对物理知识有一定的掌握，对科技创新和实际应用具有较强的兴趣。

教学要求：结合学生特点和课程性质，注重理论与实践相结合，提高学生的实践操作能力和解决问题的能力。

通过本课程的学习，使学生能够将物理知识应用于实际生活，提高行车安全意识。

1. 理论知识：- 传感器的基本概念及其分类；- 胎压传感器的工作原理与构造；- 胎压与行车安全的关系；- 不同车型对胎压的要求及标准；- 传感器胎压监测系统的组成及其功能。

2. 实践操作：- 胎压传感器的拆装与安装；- 使用传感器进行胎压检测的实际操作；- 胎压异常情况的分析与处理；- 传感器胎压监测系统的使用及维护。

3. 教学大纲：- 第一课时：传感器基本概念及分类，胎压传感器工作原理；- 第二课时：胎压与行车安全的关系，不同车型胎压要求；- 第三课时：传感器胎压监测系统组成与功能；- 第四课时：实践操作，拆装、安装胎压传感器；- 第五课时：实际操作，使用传感器进行胎压检测；- 第六课时：胎压异常情况分析，传感器胎压监测系统的使用与维护。

教学内容依据课程目标，结合教材相关章节进行组织，注重科学性和系统性。

一种基于SP37的新型TPMS系统设计2011-07-20来源：阿里巴巴访问量：11我要评论(0)字号：T|T今日风向标 | 五金面面观 | 热点专题今日导读本网加强与树人大学交流合【机电在线讯】3月30日，本网总经理戴海洋一行驱车去…∙新场地、新面孔、新希望，开启发展新篇章∙智利遭遇7.2级地震专家称其对铜矿生产∙五金产品朝向节能环保发展浅析摘要：简要介绍了胎压监测系统(TPMS)的组成，提出了一种基于新型传感器SP37的胎压监测系统。

该系统采用SP37和MAX1473作为无线收发芯片，详细阐述了其软件和硬件设计中的关键技术。

实际测试效果表明，该系统接收灵敏度可达到-100 dBm，高速跑车时速100 km时工作稳定。

汽车胎压监测系统(Tyre Pressure Monitoring System，TPMS)是一种能对汽车轮胎气压、温度进行自动检测，并对轮胎异常情况进行报警的预警系统。

目前直接式TPMS发射模块较多采用以下两种方案：1)电池+单片机+传感器+射频芯片，2)是电池+内部集成MCU的传感器+射频芯片。

前一种方案由于集成度低、体积和功耗大而被市场逐渐淘汰，后一种方案是当前市场上较为先进的产品设计形式。

随着半导体及硅显微机械加工技术的快速发展，一种新的设计方案即电池+内部集成MCU和RF的专用传感器正成为TPMS发射模块设计的主流。

这种方案集成度更高，体积和功耗更小，使用寿命更长，产品竞争力也更强。

本文选用Infineon新一代系统级芯片SP37作为胎压传感器和射频发射器，选用MAXIM公司的MAX1473作为接收芯片，设计完成了一种新型胎压监测系统。

1 系统描述胎压监测系统组成如图1所示，轮胎压力传感器分别安装在4个车轮轮毂上，负责测量轮胎内部的压力、温度和电池电压等物理状况，并将测量数据通过无线形式按照一定的规律发给胎压控制器。

驾驶员通过胎压控制器上的显示屏和按键可查看4个轮胎的压力值、温度值。

SP37LF-应用笔记导言1 导言SP37是一种高度集成并经优化的压力传感器，用于汽车电子胎压监测系统（TPMS)。

SP37包含了一个完整的TPMS 车轮模块所需的所有基本构件，仅仅只需少量的外部元件。

图1是SP37的简图。

器件包含一个兼容8051的单片机，可以从6 kByte 大小的片上闪存执行用户应用代码。

器件上的很多功能由特殊功能寄存器（SFR)控制，而用户代码又可操控特殊功能寄存器（SFR ）。

一旦器件复位，SFR 便赋默认值。

此文件仅仅讨论那些需要更换的寄存器和位。

然而，在讨论低频接收器时（LF receiver ），为了使其更为完整，也列举了一些不必更换的特殊功能寄存器（SFR)。

图1 SP37简图此应用笔记讲述范围是低频接收器部件，以及如何以最低功耗应用它。

低频（LF)接口的目的是为了实现与车轮模块的双向通信，具体原因如下：∙ 触发压力测量（在接到指令时上报压力） ∙ 触发特定ID 号传输（车轮定位特征）∙ 触发操作模式，如生产和维护时的诊断模式 ∙ 更新用户配置数据，如压力电报传输的频率等车轮模块的功耗对其使用寿命至关重要。

由于射频接收器（RF receiver)的功耗相对较高，因此无法通过射频实现从车辆电子器件到车轮模块的通信。

而，低频接收器（LF receiver ）却能以极低的功耗，实现上述通信。

相反，由于射频发射器（RF transmitter ）的功耗远远低于低频发射器（LF transmitter ），因此射频是实现从车轮模块返回车辆电子器件通信的最佳方式。

低频接收器(LF receiver ）有若干配置选项，由特殊功能寄存器（SFR)控制，可决定以下系统参数：LF 接收器∙平均低频电流消耗，如模块运行寿命等 ∙低频灵敏度∙低频信号类型，如未经调频的或已被调频的载波∙低频信号长度（载波脉冲宽度，电文长度以及信号重复的必要条件）2 低频接收器图 2 所示为低频接收器简图。