基于89C51的轮胎自动充气压力控制器设计.doc

1、1单片机原理与接口技术课程设计课程设计名称基于89C51的轮胎自动充气压力控制器设计专业班级学生姓名学号指导教师课程设计地点31630课程设计时间20131216201312272目录1概述311研究背景312设计思想及基本功能32方案设计321系统框图422方案选取错误未定义书签。23总体方案设计73硬件电路设计731压力检测电路732A/D转换电路1533显示电路1534键盘电路错误未定义书签。35气泵控制电路1136电源电路1137复位电路1538时钟电路错误未定义书签。4软件设计1841压力检测与A/D转换程序设计1842数码管显示程序设计1943键盘扫描程序设计2044外部中断0服务

2、程序设计2145系统总体程序设计225总结24参考文献25附录A系统原理图25附录B源程序清单2531概述11研究背景信息化时代的到来，使得人们的生活速度和生活质量有了大幅度提高。智能化的产品设计也让人们生活更加舒适。方便、智能的产品的也得到了人们的欢迎。如今，随着人们生活水平的提高，小汽车将成为家家户户必备的交通工具。再加上生活节奏的加快，时间已是最宝贵的东西。市面的充气机不但不是自动的，而且气压也是不可调的。在人们追求方便、智能的生活体验中，市面上普通手动控制的充气机，显然已满足不了人们的需求，因此，我们就想到了设计一个智能化的充气机。在智能化产品中，单片机的应用已经越来越广泛，单片机以它

3、体积小、质量轻、耗电省、可靠性高、价格低等优点，开始不断发展，并广泛应用于仪器仪表、家用电器、医疗设备、航天航空领域、工业专用设备的管理及过程控制等领域，在很多的大中型的电气设备以及小型的电子产品中也用到了单片机进行控制。12设计思想及基本功能本设计就是根据人们对智能化，方便化的需求，而设计的基于单片机控制的智能化产品。同时在选取设计方案和采用元器件方面，该系统本着简单、经济、实用的思想，尽量简化电路设计，用最简单的电路布线和选用最经济实用的器件来达到设计要求。轮胎自动充气压力控制系统具有以下几个基本功能（1）能够利用按键设定充气值；（2）能够显示设定充气压力和充气过程中轮胎动态压力；（3）当

4、轮胎压力达到设定值时，能自动关闭气泵停止充气。2方案设计21系统框图根据设计方案要实现充气前，通过键盘上设定所要充气的气压，并能够显4示设定值数值输入完毕后,按下启动键启动充气装置开始充气，显示电路要能够显示当前轮胎内的动态气压；充气到达设定的值后，系统要能够自动切断气泵的电源，停止充气的功能。我们把本设计初步分为以下几个模块,系统框图如图21所示AT89C51显示模块压力检测键盘模块充气模块电源模块图21系统框图22方案选取有上述系统框图可知，自动充气装置由压力检测模块、核心控制模块、键盘模块、显示模块、充气模块等几部分构成。以下，我们将对各模块做具体分析、设计。221压力检测模块方案（一）

5、采用英飞凌的SPL2压力传感器。INFINEON英飞凌推出的胎压传感器SPL2整合了压力，温度，惯性传感器，以及一个电源控制监测器。SPL2的压力范围从100到450KPA，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，但是价格昂贵，应用也不是十分普遍。方案（二）采用常见的电阻应变片式的压力传感器和模数转换芯片。压力传感器其本质是利用惠斯通电桥，它具有温度特性好，温度变化带来的误差小。5利用膜片上的压力使得电桥不平衡，产生一个差动的输出信号。这种结构的基本特性之一是它的差动输出电压U与偏置电压U成正比关系，这种关系隐含压力测量精度直接决定偏置电源的

6、容限值，当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零。利用压力电桥获得的压力量模拟值通过ADC0809转换后即可供单片机分析使用。这二个方案都是基于单片机控制的，都能准确的采集获得轮胎内当前压力值。但是，前一种方案SPL2压力传感器价格昂贵，应用也不是很广；第二种方案采用压力电桥价格低、应用范围广、技术成熟，而且实验室有现成的实验器材。通过以上比较，综合个方案利弊，我们最终选用了第二种方案。222键盘模块方案（一）利用独立按键控制，设定充气预定值和气泵的启停。方案（二）利用矩阵键盘控制，设定充气预定值和气泵的启停。由于本设计需要设定充气预定值和气泵启停，所需要的按键较多，若采用方案一所占单片机

7、I/O资源较多，而矩阵键盘按键多，占用I/O口少很好的满足了设计与需求。考虑到键盘需要设置09十个数字和设置启、停按钮，所以我们最终选定使用3X4的矩阵键盘。223显示模块方案（一）利用LCD显示屏显示设定值和轮胎内的当前压力值。方案（二）利用七段数码管显示设定值和轮胎内的当前压力值。考虑到设计需要显示的信息量小，亮度要求高，而LCD虽然可显示内容信息量大，但是可视偏转角度过小、亮度和对比度低、而且容易“坏点”寿命有限等；数码管显示无闪烁，亮度高，软件控制比较容易，功耗小耐冲击，长寿命等优点。最终我们选用数码管作为显示工具。223其它模块此外，在考虑到价格低廉、使用方便、电路简单等要求，充气模

8、块我们6选用继电器驱动气泵工作；控制模块选用AT89C51作为轮胎自动充气压力控制系统的控制核心。23总体方案设计通过上述讨论我们可以看出，本设计轮胎自动充气压力控制系统是基于满足设计要求的前提并且根据理论上的可实现性和硬件上的经济实用性，综合考虑各种因素的情况下，而得来的系统方案。方案总体构架如图22所示AT89C51数码管显示A/D转换矩阵键盘继电器驱动气泵信号调理压力电桥图22轮胎自动充气压力控制系统结构框图3硬件电路设计31压力检测电路轮胎自动充气压力控制系统要根据轮胎内压力当前值的大小来确定充气是否完成，需不需要关闭气泵。因而需要使用到压力应变传感器。电阻应变式传感器按其用途不同，可

9、分为应变测力传感器、应变压力传感器、应变式加速度传感7器等。本设计中我们使用的是压力传感器，这种传感器主要用于对气体、液体的动态和静态的压力的测量。如对内燃机管道和动力设备管道进出、出气孔流液的压力、发动机喷口的压力等的测量。这种传感器主要采用膜片、薄板、筒式等组成的弹性元件。传感器所用的应变片电阻值国内标准有60、120、350、和600等各种阻值，其中以120为最常用。利用电桥测量原理，通过对电路输出电压和标准压强的线性关系，建立具体的数学模型，将电压量的变化改为压力的变化，即可以测出一定范围内的压力值。其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。设计还利用了运算放大电路的作用就是把

10、传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，以满足A/D转换器对输入信号电平的进行各种转换处理的要求。压力检测部分连接如图31所示。R41KR131KR14KR21KR122MR112MR102K4R92K4R8120R6120R3120R51KR710KC2103PF21INOUTU1传感器123411U2ACA3247165U2BCA324C1103PF15V12V12V图31压力检测电路原理图此部分压力传感器参照了LAB6000使用说明书电路原理图，传感器的工作原理，本质上是惠斯通电桥，该电桥温度特性好。当膜片上受到压力使得电桥不平衡，从而产生一个差动的输出信号，这种结构的基本特性之一

11、是它的差动输出电压U与偏置电压U成正比关系，当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零，当然它也能提供一种温度补偿最通用的方法。该电路三部分组成（1）电源电路部分；（2）电桥电路部分；（3）放大电路部分。如图所示，传感器采用815V恒压源VCC供电，经过1R与2R分压电容C1起滤波作用，U2A起到电压跟随器的作用，所以点1、2、3三点处有相同电压1U/1221RRVRUCC411根据上式，带入数据KR41，KR12，VVCC15，求得VU31经过电路分析电桥部分可等效为如图32所示R3120R6120R46KR56KR120R8120UOU1图32压力传感器电桥电路设桥臂电阻分别为4321,

12、RRRR，1184R/1R3/1/131RRR，12042RRR，则当压力传感器受力时,电阻变化对应的输出电压值为11ORRUURRRRRR，由于RDEFINEUCHARUNSIGNEDCHARDEFINEUINTUNSIGNEDINTSBITDULAP20SBITWELAP21SBITADC_OUTP22SBITENABLEP23SBITSTARTP24SBITPUMPP27UINTNUM0,TEMP0,T0,KUINTHIGH,MID,LOW/共阴极数码管编码UCHARCODETABLE0X3F,0X06,0X5B,0X4F,0X66,0X6D,0X7D,0X07,0X7F,0X6F,0X

13、77,0X7C,0X39,0X5E,0X79,0X71,0/子程序声明VOIDDELAYUINTZ/延时函数UCHARKEYSCAN/键盘扫描程序DISPLAYUCHARBAI,UCHARSHI,UCHARGE/数码管显示程序/主程序VOIDMAINUCHARA,B,C,D,E27/开始EKEYSCANWHILEE11EKEYSCAN/获取设定值TKEYSCANWHILET0TKEYSCANIFT0ATT0TKEYSCANWHILET0TKEYSCANBTT0TKEYSCANWHILET028TKEYSCANCTT0TA100B10C/设定值/显示设定值D50WHILEDDISPLAYA,B,

14、C/等待启动气泵开始工作PUMP1/启动AD转换EA1IT01EX01START0START1START0DELAY10WHILE1DISPLAYHIGH,MID,LOWDELAY1029/中断服务程序VOIDINT_0INTERRUPT0USING1EA0ENABLE1ADC_OUT1ADC_OUT0KP0IFK0XFORY110Y0Y/键盘扫描函数UCHARKEYSCAN/检测第一行是否有键按下P10XFETEMPP1TEMPTEMPWHILETEMP0XF0DELAY10TEMPP1TEMPTEMPWHILETEMP0XF0TEMPP1SWITCHTEMPCASE0XEENUM1BREA

15、KCASE0XDENUM231BREAKCASE0XBENUM3BREAKCASE0X7ENUM4BREAKWHILETEMP0XF0/松手检测TEMPP1TEMPTEMP/检测第二行是否有键按下P10XFDTEMPP1TEMPTEMPWHILETEMP0XF0DELAY10TEMPP1TEMPTEMPWHILETEMP0XF0TEMPP1SWITCHTEMPCASE0XEDNUM5BREAK32CASE0XDDNUM6BREAKCASE0XBDNUM7BREAKCASE0X7DNUM8BREAKWHILETEMP0XF0TEMPP1TEMPTEMP/检测第三行是否有键按下P10XFBTEMP

16、P1TEMPTEMPWHILETEMP0XF0DELAY10TEMPP1TEMPTEMPWHILETEMP0XF0TEMPP1SWITCHTEMP33CASE0XEBNUM9BREAKCASE0XDBNUM10BREAKCASE0XBBNUM11BREAKCASE0X7BNUM12BREAKWHILETEMP0XF0TEMPP1TEMPTEMPRETURNNUM/数码管显示函数DISPLAYUCHARBAI,UCHARSHI,UCHARGE/显示最高位P0TABLEBAI134DULA1DULA0P00XFEWELA1WELA0DELAY1/显示第二位P0TABLESHI1DULA1DULA0P00XFDWELA1WELA0DELAY1/显示第三位P0TABLEGE1DULA1DULA0P00XFBWELA1WELA0DELAY1