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目 录

第1章 绪论 4

1.1研究背景与意义与国内外研究现状 4

1.2 单片机在各领域的应用 4

1.3 本文主要工作与章节安排 6

第2章 系统总体方案设计及芯片选型 7

2.1系统总体方案 7

2.2主控制器选型 7

2.2压力传感器选型 8

2.3 AD模块选型 8

2.4温度传感器选型 9

第3章 系统硬件设计 11

3.1系统硬件总体设计 11

3.2单片机最小系统 11

3.3电源电路 13

3.4信号调理与AD采样 13

3.5按键与LED电路 14

3.6 LCD显示电路 14

3.7温度传感器电路 15

第4章 系统软件设计 17

4.1主程序设计 17

4.2 AD采样子程序设计 17

4.3 液晶显示子程序设计 19

第5章 实验结果 23

第6章 总结与展望 27

参考文献 28

基于单片机的无线胎压监测系统

吴红雷

,china

Abstract:Vehicles is the most important means of transport. In recent years, every year a large number of cars in the manufacture and put into use, and the pace of manufacturing is still accelerating. The increase of vehicles, the frequency of traffic accidents caused by more and more high, which because of vehicle tires burst caused by the largest proportion of traffic accidents, so early detection of abnormal tire pressure tires to reduce the probability of vehicle tire failure to improve the car Of the driving safety is of great significance. In recent years, with the development of microelectronics, computers, automatic control, sensors and other technologies, automation technology is more and more widely used in many traditional industries, completely changed the traditional mode of production. More and more engineers and scholars have applied the new technology in the control system,

In this paper, a variety of industries in the field of automation solutions, combined with NRF24l01 wireless transmission module, based on microprocessor-based tire pressure monitoring system design. The temperature and pressure of the tire are detected and transmitted to the host computer by the MCU and the temperature transmitter and the pressure transmitter. The host computer receives the information and displays it through the LCD, and makes judgments and warnings on whether the information is abnormal.

Key words: MCU; tire pressure; NRF24l01; temperature sensor; pressure transmitter

前 言：

车辆是国内最主要的运输交通工具。近几年，每年都有大量的汽车在制造和投入使用，并且制造步伐仍在加快。车辆的增多，引起的交通事故频率也越来越高，其中因为汽车轮胎爆裂而导致的交通事故所占比例最大，因此及早的发现汽车轮胎胎压异常，减小汽车轮胎故障的概率对提高汽车的行驶安全有着重要意义。近年来，随着微电子、计算机、自动控制、传感器等技术的发展，自动化技术被越来越广泛的应用在许多传统行业，彻底改变了传统的生产模式。越来越多的工程师和学者将新技术应用在控制系统中，并且取得了显著的控制效果。无线传输技术是一种成本低廉，实时简便的新型技术，将无线传输技术应用在胎压监测系统中能够进一步提高系统的灵活性。

本系统的设计本着实用性的原则进行设计，但是基于单片机的系统设计，实物的体积大小是一个无法忽视的重要标准，因此本设计将不把系统体积大小纳入设计考虑，而是从系统模块方面完善设计，系统的小型化将是下一段设计工作。

绪论

1.1研究背景与意义与国内外研究现状

中国拥有世界上最多的人口，可谓幅员辽阔，车辆是国内最主要的运输交通工具。近几年，每年都有大量的汽车在制造和投入使用，并且制造步伐仍在加快。车辆的增多，引起的交通事故频率也越来越高，其中因为汽车轮胎爆裂而导致的交通事故所占比例最大，因此及早的发现汽车轮胎胎压异常，减小汽车轮胎故障的概率对提高汽车的行驶安全有着重要意义。在车辆行驶过程中，依靠驾驶员感觉胎压是否异常或根据眼睛观察是完成不准确，也是不切实际的。在欧美等一些国家，很早就已经强制性要求必须在车辆轮胎内部植入胎压监测系统（TPMS），利用TPMS自动高频率的巡检车辆轮胎的胎压，可以准确的得到每个轮胎的实时胎压，使驾驶员能够迅速发现发现问题。我国的胎压监测系统在21世纪之后才开始盛行，目前胎压监测技术主要有间接式和直接式监测技术，直接监测具有准确度高，应用最为广泛。近年来，随着微电子、计算机、自动控制、传感器等技术的发展，自动化技术被越来越广泛的应用在许多传统行业，彻底改变了传统的生产模式。越来越多的工程师和学者将新技术应用在控制系统中，并且取得了显著的控制效果。无线传输技术是一种成本低廉，实时简便的新型技术，将无线传输技术应用在胎压监测系统中能够进一步提高系统的灵活性。

本文借鉴多种产业领域中的自动化方案，结合NRF24l01无线传输模块，设计基于微处理器的胎压监测系统系统。利用单片机结合温度传感器、压力变送器对轮胎的温度和气压进行检测并传至驾驶室主机，驾驶室主机接收到信息后通过LCD进行显示，对信息的是否异常做出判断和报警提示。

国外由于拥有较为发达的汽车制造工业以及先进的交通监察制度，所以对于监测汽车轮胎安全的胎压监测系统发展非常重视，国外的胎压监测系统也发展较早，特别是美国更是要求指定的部分车型必须安装胎压监测系统才能正常使用。

2006年 B.Dixon，V.Kalinin，J.Beckley，R.Lohr 在论文报告A Second Generation In-Car TPMS Based on WirelessPassive SAW sensors[C]中对于西门子公司研究机构，联合奥地利维也纳大学研究所研究开发的以声波传感器为核心，外置无线胎压监测系统进行了详解，展现了一种独特的无线TPMS系统。

2009 年 Dinh N Q， Michishita N， Yamada Y 等人在论文[10]中设计了一个微型的正常模式螺旋天线，天线专为 TPMS 设计，波长为 0.014 m，采用阻抗匹配结构开发非常前卫。在天线安装在车轮上确保-6.75 d B 的天线增益。

2010 年 Lasser G，Mecklenbrauker C F 在文献[11]中研究了TPMS无线传输信道的影响因素，研发了一个具有确定性和随机分量的TPMS信道模型。并用随意汽车模型模拟信道给出新的TPMS信道的特点。最后得出一系列静态的信道测量结果。

2012 年 Makki N， Pop-Iliev R 在文献[12]中，讨论研究了一种压电能量收集的方法来提高TPMS 的使用寿命，这种方法是在TPMS 传感器上加载压电能量收集装置，使用的压电陶瓷弯曲元件在汽车车轮组件内部发电，具有低成本和高柔韧性的特点，因为压电陶瓷仅在车轮旋转时工作，也因此可以代替电池、运动感测机构或者电路。

2012 年 Hwang S，Park C， Kim S 等在文献[9]中论证了一种基于传统的波束形成器的开关波束形成器来抑制TPMS外界的干扰信号确保得到有效数据。在无线通信中为了抑制各个轮胎的传感器之间的干扰并且节省功率的消耗，给每个轮胎分配唯一的编码。此外，还提出了一种双工无线通信的数据结构使 TPMS电池的功率效率大大提高。最后通过计算机模拟验证所提出系统的性能。

国内的胎压监测系统发展较晚，也没有相应的法规制度支持，因此国内TPMS系统的发展大都依靠汽车服务公司的支持下进行小规模研发。

2003年，安文在中国工商时报上发表文章[28]，是第一批认识TPMS并认可其重要性的学者。

2005年，在中国光学学会光电技术专业委员会成立二十周年暨第十一届全国光电技术与系统学术会议上，学者毕红年提出布拉格光纤光栅传感器(FBG)构成光纤型多参数传感器,可以同时感知汽车轮胎的胎压、纵向应力、温度和速度等汽车安全运行至关重要的参数.将光电技术应用进TPMS系统。

2013年黎步银,唐燕在论文[15]中采用无线供电技术设计了一种无电池式胎压监测系统，开创国内TPMS系统无线供电之先河。

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