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1、第25卷第2期湖北工业大学学报2010年4月Vol.25No.2JournalofHubeiUniversityofTechnologyApr.2010[文章编号]1003-4684(2010)0220076203基于AVR单片机的数字胎压计的研究与设计薛念明,熊和金(武汉理工大学自动化学院,湖北武汉430063)[摘要]提出了以ATmega16L为微控制器的数字胎压计的设计方法,并对汽车轮胎的安全等级进行了评估,介绍了整个系统的构成和设计原理.[关键词]胎压计;数字胎压计;AVR单片机[中图分类号]TP338[文献标识码]:A[1]传统的指针式胎压计正在逐步向数字式转变.系统体积,还可以
2、降低系统功耗.由微控制器、A/D转换器、LCD液晶屏构成的数字2.1系统供电电路胎压计,在轮胎胎压检测中得到广泛的应用.目前市为了降低系统的功耗,本系统电源供电电路(图场上的胎压计大多功能单一,只能检测胎压值,并没2)采用了电源自关断技术,由微控制器来自动控制有将温度这个关键因素考虑进去,也没有对汽车轮电源关断.胎胎压做出评估,更没有根据检测到的温度值和胎压值自动做出相应的判断,进行报警.本系统克服了传统胎压计的缺点,将温度因素考虑进来,并能够根据胎压值和温度值进行自动报警,实用性强.1胎压计的系统构成数字胎压计主要由传感器、微控制器、LCD液晶屏、报警电路等组成(图1).图2系统供电电路
3、2.2传感器接口设计由于本系统要对压力和温度两个参数进行检图1系统构成原理框图测,所以传感器包括压力传感器和温度传感器.压力传感器选用的是气压传感器USTP100,传感器差分2系统硬件电路设计及原理分析输出的正极与微控制器集成AD转换器的差分AD正输入端ADC1相连,传感器差分输出的负极与微由于数字胎压计是手持设备,采用电池供电,因控制器的集成AD转换器的差分AD负输入端此系统功耗是关键问题,这就决定整个系统设计都ADC0相连.温度传感器选择的是数字式温度传感要围绕低功耗来进行.因此本系统选择低功耗单片器DS18B20,DS18B20是单总线数字式温度传感机ATmega16L,其电源电压在
4、2.7~5.5V之间,器,价格低廉,接口简单,性价比较高.内部集成了10位的AD转换器和内部RC振荡电2.2.1气压传感器温度补偿气压传感器温度补路,这给系统设计带来了很大的方便,不但可以缩小[收稿日期]2009-09-05[作者简介]薛念明(1983-),男,吉林桦甸人,武汉理工大学自动化学院硕士研究生,研究方向:汽车电子及信息化技术.第25卷第2期薛念明等基于AVR单片机的数字胎压计的研究与设计77偿有很多种方法,本系统利用二极管的负温度特[2]性进行温度补偿.3系统软件设计2.2.2气压传感器线性化处理理论上,气压传感器的输入压力信号与输出电信号成线性关系,但实本系统软件主要包括微控
5、制器初始化程序,AD际上并非如此,此时要进行线性化处理.本系统采用转换及处理程序,LCD显示驱动程序,传感器线性[3]线性插值法进行线性化处理.插值法及数据处理程序等(图4).图3分段线性插值法分段示意图设传感器的输入输出特性如图3所示.将曲线图4系统软件流程图按一定的要求分成若干段,将两相邻分段点之间用直线相连,代替相应的曲线段.若在(Xi,Xi+1)之4结束语间,则其对应的线性逼近值Yi+1-YiY=Yi+(X-Xi).本系统以ATmega16L为核心,对传感器信号Xi+1-Xi进行AD转换及数据处理,然后将处理过的数据转本系统按此方法将传感器输入输出特性曲线分换成压力值送到液晶LCD
6、上进行显示(图5、图6),成4段,经实践,效果理想.并根据检测到的胎压值的大小进行报警.经实际测2.3LCD显示和驱动电路量,整个系统的工作电流为2mA,系统工作电压为本系统显示采用HT1621驱动液晶显示模块,3.3V,以2000mAh的电池容量计算,系统可以连HT1621是128点内存映象和多功能LCD驱动器,续工作1000min,胎压计是间歇工作,以每次工作工作电压2.4~5.2V,HT1621还有节电命令用于12s,每天工作100次计算,系统每天工作时间为20降低系统功耗.静态显示内存RAM以32*4位格min,则理论上系统可以连续使用8.2a.系统前8s式储存所显示的数据.RAM
7、的数据直接映射到显示压力值,后4s显示温度值.系统设计简单,成LCD驱动器,向RAM写1就点亮相应的段,操作[4]本低,仅需30元,实用性强.十分方便.2.4汽车胎压、温度安全等级及报警电路笔者对汽车(主要指轿车)轮胎胎压及温度安全等级进行了简要的评估.由克拉珀龙方程可知,胎压与温度成正比关系.温度的变化将直接影响着胎压2值.对于一般的轿车而言,轮胎胎压在2.2kg/cm2~3.0kg/cm,温度在70e以下都是安全的,
