论文总字数：16341字

目 录

1 绪论 1

1.1 课题研究的背景 1

1.2 课题研究的意义 1

1.3 课题研究的主要内容 2

1.4 本论文的内容综述 2

2 系统总体方案设计 2

2.1 功能要求 2

2.2 设计思路 3

2.3 方案选择 3

2.2.1 压力传感器选择方案 3

2.3.2 单片机主芯片选择方案 3

2.3.3 显示器选择方案 4

2.4 总体设计框图 4

3 系统硬件设计 4

3.1 概述 4

3.2 主控模块设计 5

3.2.1 MSP430F149芯片的简介 5

3.2.2 MSP430F149单片机的最小系统 5

3.2.3 电源供电模块 7

3.3 测量端设计 7

3.3.1 MPX5500压力传感器 7

3.3.2 DS18B20温度传感器 9

3.3.3 ADC12模数转换模块 10

3.4 接收端设计 11

3.4.1 LCD1602液晶显示模块 11

3.4.2 蜂鸣器报警模块 13

3.4.3按键模块 13

3.5 nRF24L01无线传输模块 14

3.5.1 nRF24L01无线传输模块简介 14

3.5.2 nRF24L01无线传输模块工作原理 14

3.6 系统原理图的绘制 15

4 系统软件设计 16

4.1 程序编译软件IAR简介 16

4.2 测量端主程序设计 17

4.3 接收端主程序设计 18

4.4 其他子程序设计 18

5 系统分析与调试 21

6 总结与展望 23

参考文献 23

致　谢 25

附录A 26

附录B 27

基于MSP430单片机无线胎压监测系统

贺琪栋

, China

Abstract: The system uses MSP430 MCU as the main control chip which has high performance and low power, and the pressure measurement chip MPX5500 with anti-interference ability and wireless radio frequency transceiver chip nRF24L01 as the main chip to achieve wireless tire pressure monitoring. The system is consisted of the measuring end and the receiving end, and they communicate through the wireless transmission. The tire pressure and temperature data of automobile are collected by the measuring end, then sent to the receiving end after AD conversion through the wireless transmission. The receiving end mainly copes with the received data, and then shows the results on the LCD screen. If the tire pressure exceeds the upper and lower limit of the setting, the alarm will ring to complete the real-time monitoring of the tire pressure. The system is characterized by real time, reliability, practicability and convenient application.

Keywords: MSP430; MPX5500 sensor; Wireless transmission; Warning

1 绪论

1.1 课题研究的背景

从第一辆汽车1886年在德国诞生到现在为止，汽车工业经历了一个多世纪的风风雨雨，随着人类生活水平的不断提高以及工业化发展日新月异，汽车已经成为了如今人们最常用、最普遍的代步工具，汽车保有量飞速发展。正是因为汽车的广泛普及，目前全世界每年约有120万人在汽车交通事故中丧生，受伤者多达5000万人，汽车安全性与人们的财产和生命安全息息相关，汽车安全技术也成为了人们最关心的话题和国际机车高新技术发展的主题之一。

胎压监测系统（Tire Pressure Monitoring System，简称TPMS）在国外发达国家早已研究得比较深入，运用也相当广泛。就算是美国这样的发达国家，其TPMS的发展与运用也是在吸取了血的教训后才得到重视，同时也成就了TPMS的迅猛发展。最广为人知的是美国的凡士通（Firestone）轮胎召回事件，因为该公司的轮胎存在质量问题，间接或直接引起了上千人的伤亡，此事受到了社会各界高度关注，该公司被迫召回数百万只轮胎。经过此事之后，美国政府要求相关产业加快TPMS研究和发展，力求将轮胎事故减少至较低比例，陆续有不少相关法案和规定被提出，对汽车安装胎压监测系统提供有力的保障。

中国作为世界第一的人口大国，在经济飞速发展的同时，中国的汽车需求量和保有量呈现出飞速增长的态势，其随之而来的汽车道路交通安全问题也日趋严重。我国也因此制定了很多相关法规，汽车安全产品将成为中国生机勃勃的新兴市场热点，尤其是日渐成熟的TPMS产品，其生产正在转移到中国。我国TPMS行业从无到有，从小到大，得到了快速发展。目前，TPMS供应商正以更加积极的姿态促进更换品和新款的市场销售，推出各种解决方案，其中大多强调成本效益、可靠性和安装简易性。随着市场需求再次扩大，厂商正努力加强研发，以吸引更多客户，把竞争力提高到一个更高的水平。

1.2 课题研究的意义

调查显示，汽车在高速行驶时，轮胎问题所引起的事故最难预防。轮胎一旦出现问题导致爆胎，驾驶员将很难正常驾驶车辆，从而引起突发习性的交通问题。无论是家用的小轿车、工程上的大卡车或是赛道上的F1赛车，一旦轮胎出现问题，那后果是不敢想象的，稍有不慎就会出现车毁人亡的惨剧。汽车胎压监测系统很好的解决了这一难题，通过在轮胎内部安装压力传感器，实时监测胎压并对轮胎漏气和低气压进行报警，从而在轮胎出现问题时及时让驾驶员知晓，避免继续行驶出项突发事故，为安全行驶保驾护航。^【6】

除了道路安全，胎压监测系统可以增加轮胎的使用寿命，减少油耗。如果轮胎充气不足或过多，会造成不正常的轮胎损坏，增加燃料消耗，减少路途舒适度和轮胎使用寿命。轮毂是汽车的骨架，不当的压强会挤压轮毂，加快轮毂的磨损程度，尤其是超跑轿车一套轮毂的价格是非常昂贵的。在轮胎内加装压力传感器来监测胎压状态，不仅可以在充气时确保轮胎充气到完美状态，更可以在车辆运行时实时监测轮胎情况，及时发现轮胎问题，这就大大减少了轮胎在非正常气压下的时间，其意义不言而喻。^【14】

所以，设计一个无线胎压监测系统既可以在气压过高过低时发出报警保障行车安全，又可以增加轮胎使用寿命，减少燃料消耗。

1.3 课题研究的主要内容

本系统主要内容如下：

（1）能够实时、准确的显示轮胎气压和温度；

（2）测量端通过传感器获取轮胎气压和温度数据，使用无线传输发送给接收端显示；

（3）接收端对其收到的数据进行处理和显示，如果轮胎气压超出上下限，及时的发出报警，提醒行车人员。按键设置报警上下限。

1.4 本论文的内容综述

本论文第一章主要阐述了胎压监测系统的国内外现状和研究意义，最后对系统所需完成内容作了简要的说明。

从第二章开始，论文从系统总体方案设计、硬件设计和软件设计方面对无线胎压监测系统进行了完整而详细的分析和介绍。第二章进行系统总体设计方案的设计，从系统的功能要求出发确定设计思路，进行相关方案论证后确定最后的总体设计框图。第三章和第四章是论文的核心部分，分别从硬件设计和软件设计方面对系统进行了详细的分析与说明。硬件设计方面主要分成测量端和接收端两大部分来介绍，分别对两端所用到的主控芯片、传感器、无线传输以及其它模块进行介绍，使硬件部分让人一目了然。软件设计部分利用程序流程图的方式对测量端、接收端以及其它子程序进行了展示，并加以文字阐述说明，使得系统的运行原理浅显易懂。

第五章对整个系统完成过程中遇到的问题进行了说明，以及系统分析与调试后实物运行的展示。第六章对整个毕业设计进行了总结，提出了系统存在的不足，并展望了未来TPMS的发展。

2 系统总体方案设计

2.1 功能要求

（1）测量端实时测量轮胎气压和温度，对数据进行AD转换并将数据无线传输给接收端；

（2）接收端接收到数据并进行处理，将采集到的气压和温度实时显示在1602液晶显示屏上；

（3）可以手动设定轮胎气压上下限数值，当胎压超出上下限时发出报警，保证行车安全，延长轮胎使用寿命。

2.2 设计思路

系统总体上分为测量端和接收端，测量端对轮胎气压和温度进行测量，然后通过无线传输传送给接收端，接收端对数据进行处理后显示在液晶屏上，如果气压超出上下限就发出报警。系统以MSP430F149单片机作为核心控制芯片，控制MPX5500和DS18B20传感器采集的数据转换，nRF24L01无线传输模块，1602液晶屏的显示，按键模块以及蜂鸣器的报警等。具体显示内容及方式由软件来完成。具体步骤是：按照硬件电路图将气压传感器和温度传感器、nRF24L01无线传输芯片、液晶显示屏分别接入单片机。测量端通过MPX5500测量气压、DS18B20采集温度，再将经单片机处理后的数据通过无线传输传送接收端，接收端将数据显示在液晶屏上。设置气压的上下限，胎压超限时蜂鸣器发出警报。

2.3 方案选择

2.2.1 压力传感器选择方案

方案一：MPX5500压力传感器适用于基于微处理器或微控制器的系统，与带A/D输入的微处理器连接使用十分便利。本设计运用于普通轿车，一般轮胎气压在1.7bar-3.3bar即170-330kpa，而MPX5500的压力范围为0-500kPa， 完全符合设计要求，且具有很高的灵敏度。0°C到85°C范围内最大误差为2.5%，精确度方面也有不俗之处。

方案二：BMP180由一个压阻传感器，模拟-数字转换器，并与E2PROM和一个串行I 2 C接口的控制单元。BMP180是一款高精度、小体积、超低能耗的压力传感器，可以应用在移动设备中，但是它的压力范围是30-110kpa，完全达不到本设计的量程要求，所以选方案一。

2.3.2 单片机主芯片选择方案

方案一：选择51系列单片机。51系列单片机在大学专业课程实验设计中使用频繁，具有价格便宜，使用简单等优点，但是在使用时会遇到数字处理端口比较少，功能单一，功耗偏大等缺点。^【1】

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：16341字

相关图片展示：