汽车轮胎压力监测报警系统.docx

*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学生姓名：竺专业：电子信息工程班级：*学号：*负责教师:2*年*月摘要随着汽车工业的开展和道路交通网络的扩大，由此而引起的平安问题在人们的生活中也是日益严重，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SPI2、微控制器和433MHZ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，有效防止事故的发生。关键词：TPMS；轮胎压力监测；射频；压力传感器；微控制器ABSTRACTAlongwiththedevelopmentoftheautomobileindustryandtheextensionoftheroadtransportationnetwork,theresultingsecurityproblemsinpeople'slivesisalsobecameseriousdaybyday,andtheamountoftrafficaccidentshasincreased.Theaccidentscausedbytirepressuretakesalargepercentoftotalamount,sothatpeoplehavetoconcentrateontirepressure.Tirepressuremonitoringtechniqueisapossiblewaytodecreasetheamountoftrafficaccidentscausedbytirepressure.Introducedemphaticallyrealizetirepressuremonitoringsystem(TPMS)circuitdesignandrelatedtechnicalproblems.TPMSsystemisconsistsofpressuresensormoduleandcentralreceivermodule.PressuresensormodulewhichisusedtocollecttirepressureandsenditoutisconsistsofpressuresensorSP12,microcontrollerand433MHzsendandreceiveanIC(nRF401ofrf).Receivermodulereceivepressureinformationandworkonit.Themodulecancatcheachtire'spressureandtherealtemperatureinsidethetiresinanytimeandgiveoutalarmintime,ithelpsdriversavoidaccidentseffectively.Keywords:TPMS;tirepressuremonitoring;RF;pressuresensor;MCU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开展现状-1-国外研究和开展概况-2-中国研究和开展的概况-2-第2章系统设计-5-2.1方案论证-5-汽车轮胎压力监测报警系统的根本工作原理-5-设计方案-5-2.1.3.方案比拟-7-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-射频电路-11-螺旋天线的结构-13-传感器电路-13-3. 2.5LCD显示-15-系统功耗-19-第3章汽车轮胎压力监测系统的软件设计-21-4. 1采样端的软件设计-21-需要注意的问题-21-采样端工作流程介绍-22-采样端的软件流程设计-22-软件异步串行通讯-24-3. 2接收端软件设计-26-接收端的通信流程介绍-27-接收端的软件流程设计-28-3. 3PROTEUS仿真-30-第四章结论-31-第5章社会效益和经济效益-33-致谢-35-参考文献-37-附录1系统硬件原理图-41-附录2局部程序清单-41-1.1 课题研究的背景和意义随着汽车工业的不断开展，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忧和最难预防的，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，而在美国这一比例那么高达80%。怎样防止爆胎己成为平安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(TirePreSSUreMOnitoringSyStern,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、平安气囊一样，是必然的开展趋势。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，使车辆始终处于平安运行状态。1.2 本课题研究的热点及开展现状伴随着城市交通技术的不断开展，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。一些兴旺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平安电子装置。因此，在未来汽车上加装轮胎压力监测系统(TPMS),也必将和ABS、平安气囊一样，是必然的开展趋势。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，使车辆始终处于平安运行状态。国外研究和开展概况早在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。美国国家公路交通平安管理局(NHTSA)2002年公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)0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TPMSo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，方案在欧美、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产品己经相当成熟，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。1.2.2中国研究和开展的概况在2003年11月24日公布的中华人民共和国国家标准一一机动车运行平安技术条件(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”，“有关局部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二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当如此高的费用。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拟小，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都处于为难的地位。但是着眼未来，国家迟早会公布强制性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，目前大局部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缺乏,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2.1方案论证汽车轮胎压力监测报警系统的根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平安运行状态。整个系统主要分为轮胎内数据采集及发射系统、数据接收及显示报警系统两个子系统，如图2.1所示。轮胎内数据采集及发射模块数据接收及显示报警模块图2.1系统原理方框图在数据采集及发射这局部系统中，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。在数据接收及处理这局部系统中，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。设计方案方案1本方案如图2.2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拟低。MC68HC908RF2发送局部的根本参数：可工作在315、434、868MHz。发射功率：5dBml1.6-13.5mAT<85,315MHz434MHzoMC33594的根本参数：可工作在315/434MHz。接收灵敏度在数据波特率4800bps时为：-105dBm°MC33594是一块比拟特别的接收芯片，它除了完成接收解调以外，还具有数字处理单元，自动进行曼彻斯特译码，存储相应的接收数据，并提供SPl接口，供微控制芯片随时读取。传感器：MPXY8020图2.2方案一原理方框图方案2本方案采用的轮胎压力传感器的芯片选用MiCroChiP公司的PIC16F628A低功耗8位MCU,压力传感器选用英飞凌的SP12,Infineon（英飞凌）推出的胎压传感器SP12整合了压力，温度，惯性传感器，以及一个电源控制监测器。SP12的压力范围从100到450kpa,SP12是英飞凌公司的轮胎压力传感器IC,如图4所示，通过MEMS技术集成了压力和温度、加速度、电压的检测电路，直接以数字形式输出各物理量的示值，与外围采用SPl协议进行交互。射频IC选用NOrdic公司的nRF4010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IOdBmo根本技术指标如下：中心载频点为433.92/434.33MHz；最大发射功率为IodBm；工作电压为2.75.25V;接收时消耗电流为250UA,发射时最大为28mA,待机电流为8HA。显示采用的是lcdl602,设计框图如图2.3所示。VY图2.3方案二原理方框图2.1 3.方案比拟精确度方案一中MPXY8020是硅集成电容式压力传感器，测量精度比拟低。而方案二中英飞凌的SPI2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SPl接口，设计上将更有弹性。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SPI2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，PIC16F628A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。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，所以抗干扰能力比拟强，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。结论通过上述方案的比拟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，一那么增加的了选择的灵活度，二那么更有利于了解系统的局部构架，别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。2.2 系统硬件电路设计单片机控制模块PIC16F628A单片机是18引脚的8位CMOS闪存单片机,具有多用途、低本钱、高性能和全静态的特点。所有PICnIiCr。单片机均采用先进的RlSC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2:1的代码压缩率和4倍的速度提升。其引脚如图2.4所示。图2.4PIC16F628A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，因此降低了系统本钱，提高了系统可靠性，并降低了功耗。PlCI6F628A有8种振荡器配置。单引脚的RC振荡器提供了低本钱的解决方案。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模式那么是采用外部时钟源。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，能够防止程序锁死。PlC单片机的特点如下：1 .高性能RISCCPU：(1)工作速度可从DC到20MHZ(2)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 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12.0V到5.5V)(13)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2.0V时，典型值为IoOnA(2)工作电流：-当频率为32kHz,电压为2.0V时，典型值为12A- 当频率为IMHz,电压为2.0V时，典型值为120A(3)看门狗定时器电流：- 当电压为2.0V时，典型值为lA4 4)Timerl振荡器电流：- 当频率为32kHz,电压为2.0V时，典型值为1.2A(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4s,3.0V,典型值4.外设功能：(1)16个具有独立方向控制的I/O引脚(2)较高灌/拉电流用于直接驱动LED(3)模拟比拟器模块带有：- 两个模拟比拟器- 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- 可外部访问比拟器输出(4)TimerO:带8位可编程预分频器的8位定时器/计数器(5)Timerl:带有外部晶振/时钟源功能的16位定时器/计数器(6)Timer2:带8位周期存放器、预分频器和后分频器的8位定时器/计数器(7)捕捉/比拟、PwM模块(8)可寻址的通用同步/异步收发器USART/SCI2.2.2射频电路在图2.5所示的射频信号电路中，采用Nordic公司的nRF401器件，该器件是433MHzISM频段的单片UHF无线收发ICo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IOdBmo根本技术指标如下：中心载频点为433.92/434.33MHz；最大发射功率为IOdBm；工作电压为2.75.25V;接收时消耗电流为250HA,发射时最大为28mA,待机电流为8UAo图2.5发射(接收)模块电路NRF401的ANTl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1.1V±O.2Vo5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22H电感。7脚和8脚分别为数据输入脚和输出脚。配合18脚PWRJP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22100kQ之间。一般在30k左右到达7dBm三重要的时序参数：NRF401在不同工作模式下的时序如表2.1所示表2lnrf401的工作时序表模式控制名称最大延时条件TXfRXtTR3ms连续工作RXfTXtRT1msStd.byTXtST2msStd.byRXISR3msVDD=OfTXtVT4ms上电VDD=OfRXtVR5msTX-RX的切换当从RXfTX模式时，数据输入脚(DlN)必须保持为高至少InlS才能发送数据,时序如图2.6(a)所示。当从TXfRX模式时，数据输出脚(DOUT)要至少3ms以后有数据输出，如图2.6(b)所示。图2.6TXRX的切换时序图StandbyeRX的切换从待机模式到接收模式，当PwR_UP输入设成1时，经过tSK时间后DoUT脚输出数据才有效。请看表2.1,对nRF401来说，t5丁最长的时间是3ms,如图2.7(a)所示。StandbyTX的切换从待机模式到发射模式，所需稳定的最大时间是ts，请看表2.1。图2.7Standby-RX和StandbyATX切换的时序图PowerUpCTX的切换从加电到发射模式过程中，为了防止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IlnS以后才可以往DIN发送数据，见图2.8(a。PowerUp<÷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，直到电压稳定到达2.7V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2.8(b)O图2.8POwerUPATX和POWerUpRX的切换时序图螺旋天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(三)决定了天线的增益和方向性。天线的总长为LN=NLo=NSqrt(S2+C2)这里C=D是螺旋的园周，Lo=Sqrt(S2+C2)是一圈导线的长度。另一个重要参数是螺旋角Q,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Q=tanl(S/C)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<<0(2)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。为鼓励这种模式，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2.9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8：1的RF线圈匹配阻抗。图2.9单端天线时匹配网络224传感器电路英飞凌公司的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1.37kPalsb;(2)加速度范围：T2g到115g,分辨率0.5glsb;(3)温度范围：-40到+125°C,分辨率l°Clsb;(4)传感器供电电压：L8V到3.6V,分辨率18.4mVlsbo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0.01%0.03%FS;(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0.6微安秒，器件所有数字模拟局部全部工作时的电流消耗是6A,大大地降低系统功耗，延长了电池的使用寿命。图2.10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，否那么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。同时内部有两个时钟信号，WAKEUP和RESET0WAKEUP每6s输出一个脉冲信号，RESET每隔约54min输出一个脉冲信号，低电平有效。采样端对数据进行的处理由于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X1.37+1OO(kPa)(2)温度数据处理：温度字节中的内容(T+50),反映了测量到的温度T,单位是摄氏度。其范围是10-175,对应于40125"C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：THght=TW2_TT=-0.92+0.04*Tp+0.002*(2)1/Sp1L式中：为修正后的温度，a2为实际温度，T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x.5)-12(g)(4)电压数据处理：实际电压=1电压字节数据x0.0184)+1.73(V)1.CD显1602LCD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异，本设计采用的是不带背光的LCD。管脚如图2.11所示:图2.111602LCD管脚图1.1602LCD主要技术参数显示容量：16X2个字符芯片工作电压：4.5-5.5V工作电流：2.OnIAOV)模块最正确工作电压:5.OV字符尺寸：2.95X4.35(WXH)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2.2所示:表2.21602LCD引脚说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7DO数据15BLA背光源正极8Dl数据16BLK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为液晶显示器比照度调整端，接正电源时比照度最弱，接地时比照度最高，比照度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个IoK的电位器调整比照度。第4脚：RS为存放器选择，高电平时选择数据存放器、低电平时选择指令存放器。第5脚：R/W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R/W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R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W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714脚：DOD7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表2.3所示:表2.31062指令及时序表序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2DlDO1清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式000000011/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/1.*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM)10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容1602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OOH位置。指令2：光标复位，光标返回到地址OOH。指令3：光标和显示模式设置I/D：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,低电平那么无效。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S/C：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8：DDRAM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IL读数据。与HD44780相兼容的芯片时序表如下：表2.41602芯片时序表读状态输入RS=L,RW=H,E=H输出D0D7=状态字写指令输入RS=L,RW=L,D0D7=指令码，E=高脉冲输出无读数据输入RS=H,RW=H,E=H输出D0-D7=数据写数据输入RS=H,RW=L,D0D7二数据，E二高脉冲输出无读写操作时序如图2.12和2.13所示:图2.12读操作时序图2.13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，否那么此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，图2.14是1602的内部显示地址。图2.141602LCD内部显示地址1602液晶模块内部的字符发生存储器(CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，如图10-58所示，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比方大写的英文字母“A”的代码是OlOOOOOIB(41H),显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”，对应关系如表2.5所示。表2.5字符码与字符字模之间的对应关系表2.2.6系统功耗由于要求TPMS系统整体静态电流小于20A,所以保证选用的器件必须是低功耗或超低功耗的芯片。PIC16F628A的静态电流为0.1A,传感器SP12的静态电流为0.6uA,射频NRF401的待机电流为8nA。经过实测，静态功耗Ist=lst_mcu+lst_sensor+lst_rf+lst_cap=15uA0Isjcap为留电容的泄露电流。动态功耗在射频处于连续发射的情况下，经实测为25rA(最大值)。第3章汽车轮胎压力监测系统的软件设计本系统软件设计采用模块化结构。整个程序分为采样端的数据采集发送程序和接收端的数据接收程序两大局部。两局部程序均采用C语言编写。3.1采样端的软件设计需要注意的问题考虑到在采样端中的传感器模块只使用一节电池供电，并且由于整个采样端是植入轮胎内部的，电池的更换非常麻烦甚至是不可能的，在这种前提下，就对传感器的能量消耗提出了严格的要求，因此采样端软件设计是否能很好的做到这一点也就成为TPMS系统成败的关键。考虑到传感器SP12和射频发射芯片nrf401睡眠时的电流消耗最低，而发射数据时的电流消耗最大。当汽车停止运行的时候可以使系统处于睡眠状态，那么电能消耗也会降低。实际上在选择传感器的时候，我们已经考虑到这一点，SPI2具有加速度检测功能，我们可以在汽车从静止到运动的过程中唤醒传感器模块.综合以上考虑，采样端软件设计需要特别注意以下三点：(1)传感器在没有安装的时候让系统处于完全的睡眠模式；(2)在汽车停止运行的时候使整个系统处于睡眠模式；(3)在汽车行驶过程中，尽量延长数据采集并发送的次数。但是从系统可靠性上考虑，应该在每次发生异常情况如低压时，就应该及时地做出反响并报警，提示司机停车处理，真正发挥TPMS系统的预警作用。一般的解决方案为系统设景定时唤醒，系统异常那么立刻发送数据，但是一段时间后会停止发送该异常数据，假设特定时间之后该异常情况还是没有解除那么继续发送，如此循环反复报警。如果系统正常，那么还是按照规定时间发送数据，更新控制器显示屏数据，降低电能消耗。在本论文的设计中，我们采用的是正常情况下定时发送与异常情况下实时发送结合的方式，减少了在正常情况下数据信号发送的次数，降低了电池的功耗，延长了其使用寿命；增加了在异常情况下数据信号的次数，极大的发挥了系统的压力监测功能。3.1.2采样端工作流程介绍采样端的功能主要有两个阶段：第一个阶段：对整个传感模块进行上电复位；第二个阶段：传感器测量温度和压力，将信号传递给单片机；单片机对信号进行处理，也就是调制，生成数据帧，交给射频发射芯片；最后由射频发射芯片将数据帧发出。下面给出了采样端工作流程图：图3.1采样端工作流程图采样端的软件流程设计采样端程序采用C语言编写：程序中通过汇编代码严格控制各组件的工作时间。子机系统中相邻两个轮胎间隔3秒发射一包数据给主机，发射该包数据所需时间约为400毫秒，含有3组地址和压力数据。每个轮胎数据的发射时间间隔为12秒。各子机每隔12秒被唤醒监视压力。各子机软件结构大致相同。主要由两大局部组成，即采样和软件异步串行通讯。1 .轮胎发射时序的设计每两个轮胎中的子机发射数据的间歇时间为3秒。各子机每休眠11.6秒将被系统唉醒一次，监视轮胎压力变化是否过大；如果过大，那么立刻向主机报警。各子机每12秒固定向主机更新一次压力数据。发射间歇休眠11.6秒发射。2 .采样端软件流程设计系统上电初始化后就开始测量数据。如果测量的数据是一个新的最大或者最小值（在传输数据之间的时间内），就把它储存在RAM。如果这次所测数据变化值超过了系统所设定的最大值那么立刻进行数据传输，否那么计数自减。正常情况下，每经过10次测量。大约30多秒时间，监视模块传送一次数据。nrf401完全由PIC控制，包括数据的发送和功耗管理。这种软件处理既可以有效地节省能源，又能实时地监控汽车轮胎压力的突变。根据以上分析，进行采样端的软件流程设计，设计结果如图3.2所示。图3.2采样端软件流程图软件异步串行通讯1 .串行通信接口(SCI)的异步通讯原理SCl异步通讯方式采用了标准的NRZ格式，即一位起始位，8或9位数据位和一位停止位。一般情况下数据为8位，第9位在必