摘 要

本设计是基于8C51单片机的车辆轮胎监测系统。核心处理器使用STC89C52，监测模块选择温度压力传感器BMP180，实现实时监测车辆轮胎的胎压和温度。将模拟量转化为数字量发送到显示模块LCD1602液晶屏，显示轮胎的胎压和温度。系统具有超限报警功能，可以通过外部按键电路预设温度胎压上下限，若超出限定值，系统会通过报警电路产生声光报警，将轮胎异常情况提示给驾驶员，提高轮胎的安全性。详细的介绍以C语言为开发语言，以单片机为控制核心的车辆轮胎监测系统。本系统的最终目标是完成基本的测量轮胎温度以及胎压，通过外部按键电路完成温度胎压上下限设定功能，监测数据超过预定值后报警。

本设计对该系统的软硬件设计、工作原理进行了详细的介绍并完成了实物制作。能够实现轮胎胎压温度监测及超限情况下的声光报警，达到了设计要求。

关键词：BMP180；单片机；C语言；声光报警

Abstract

This design is based on the 8C51 microcontroller tire monitoring system. The core processor selects the STC89C52, and the monitoring module selects the temperature and pressure sensor BMP180 to realize real-time monitoring of the tire pressure and temperature of the vehicle tires. The analog quantity is converted into a digital quantity and sent to the display module LCD1602 LCD screen to display the tire pressure and temperature of the tire. The system has an over-limit alarm function. It can preset the upper and lower limits of temperature tire pressure through an external button circuit. If the limit value is exceeded, the system will generate an audible and visual alarm through the alarm circuit, which can give the driver a warning and improve the safety of the tire. The C language is introduced in detail. As a development language, the microcontroller is used as the core of the vehicle tire condition monitoring system.The ultimate goal of the system is to end the monitoring of tire temperature and basic tire pressure. It is very stable and has a good warning limit function for the upper limit of tire pressure.The overall goal is to achieve system reliability, stability, security, and economy.

The design of the system's hardware and software design, working principle was introduced in detail and completed the physical production. It can realize the temperature monitoring of tire pressure and the sound and light alarm in the case of exceeding the limit, achieving the design requirements.

Key Words：BMP180；Single chip microcomputer；C language；Audible alarm

目录

第1章 绪论 1

1.1课题背景 1

1.2课题研究的目的和意义 1

1.3 课题实现功能 1

第2章 温度压力传感器概述 2

2.1 本系统的基本结构 2

2.2本系统方案和器件选型方案论证 2

2.2.1本系统方案论证 2

2.2.2本系统器件选型方案论证 3

2.3本章小结 4

第3章 车辆轮胎监测系统的硬件电路设计 5

3.1本系统硬件电路概述 5

3.2系统硬件各模块设计简介 6

3.3 气压传感器BMP180部分 8

3.4 LCD1602液晶部分 9

3.4.1液晶显示器各种图形的显示原理 9

3.4.2 1602字符型LCD简介 13

3.5 按键控制部分 15

3.6 蜂鸣器的选择 16

3.7 本章小结 17

第4章 数字气压计系统的软件设计 18

4.1本系统主程序设计流程 18

4.2 系统各子程序设计 19

4.2.1 BMP180 模块 19

4.2.2 LCD1602模块 24

4.2.3 按键模块 26

4.2.4 主函数 28

4.3 软件编写及烧录到单片机 29

4.4 本章小结 30

第5章 系统设计结果 31

5.1 实物图 31

5.2 实物演示 32

总结 34

参考文献 35

致谢 36

第1章 绪论

 轮胎是汽车行驶安全的重要组成部分。作为重要的支撑和移动部件，这些轮胎不仅能够支撑汽车的完整质量，还能为汽车的行驶提供动力，同时也可以减轻地面的冲击。由于其高速，高摩擦，高负荷和高温，其工作条件非常差。一旦发生故障，轻则对交通造成不便，重则导致爆胎，造成严重的交通事故。因此，轮胎状态的实时监测是避免轮胎故障和提高车辆安全性能的有效手段。

1.1课题背景

车辆轮胎监测系统（TPMS）是新兴的汽车电子系统。是继ABS、安全气囊之后的第三大汽车安全系统。目前在美、欧等国家已基本实现覆盖安装全部轻型车，发展势头迅猛。在中国只有较高端车型安装。随着人们生活水平的提高，安全行驶也提上了议程，可见汽车轮胎监测系统有良好的市场。

汽车安全受到广泛关注。在驾驶汽车的过程中，轮胎安全性是确保行车安全的重要因素。许多突发交通事故是由于轮胎故障引起的。车辆轮胎监控系统的设计尤为重要。

汽车轮胎监测系统主要分为两种类型

一种为间接式，利用汽车ABS系统的轮速传感器比较不同轮胎间的转速差别，间接的监测胎压。

另一种是直接式，在每个轮胎里都安装压力传感器直接监测胎压和温度。

1.2课题研究的目的和意义

本课题研究的目的是设计直接式TPMS 。该课题的经济意义在于提高汽车的安全性和质量。提高汽车高速行驶的安全性能，提高汽车电子产品的技术水平降低成本使国内汽车电子产品更易被普通汽车消费者接受。让消费者获得更好的服务，生产性价比更高的产品。该项目的社会意义在于有效减少轮胎故障造成的交通事故，减少事故造成的重大经济损失和人员伤亡。

1.3 课题实现功能

本文设计的车辆轮胎监测系统基于高度集成的温度和气压测量芯片，该芯片与高速处理器微控制器相结合。监测轮胎的温度和压力并显示在液晶屏上，如果超过设定值会产生声光报警。最终目的是使其具有智能性高，性能稳定，体积小的特点。

第2章 温度压力传感器概述

2.1 本系统的基本结构

本系统设计根据设计要求选用STC89C52单片机，显示模块选用LCD1602，监控模块选用BMP180传感器。汽车轮胎的胎压和温度由BMP180传感器测量，数据传输到微控制器。单片机进行数据处理后，结果显示在LCD1602液晶上。同时，温度的上限和下限以及轮胎胎压的上限和下限可以通过系统外部的按键进行设置。 MCU确定实际轮胎温度和胎压是否超过设定的上限和下限。

汽车轮胎监测系统设计结构图:

传输数据

传输设定 参 数

传输显示数据

传输命令

图2.1 系统基本结构

2.2本系统方案和器件选型方案论证

2.2.1本系统方案论证

方案设计：

核心处理器使用STC89C52，监测模块选择温度压力传感器BMP180，实现实时监测车辆轮胎的胎压和温度。将模拟量转化为数字量发送到显示模块LCD1602液晶屏，显示轮胎的胎压和温度。

方案分析：

上面的设计思路能够基本完成设计功能，传感器的选择也能满足设计要求。但是也有明显不足，本文要求设计监测系统，上述方案虽然达到了显示的要求但显然没有突出监测功能。忽略了功能的缺乏，没有很好的完成监测的要求。当然，这种设计是我们不想要的。

改进方案：

在总结原计划的不足之后，我们设计了一个改进计划。外部设置按钮添加在系统外部，可以手动设置温度的上下限和轮胎胎压的上下限，超过极限后可以报警。这种设计不仅利用了原有的解决方案，而且还使系统更加实用。

本系统最终采用了改进后的方案。

2.2.2本系统器件选型方案论证

该系统中使用的主要组件是: MCU，压力传感器，显示屏和按钮。设备模型的选择在很大程度上也影响整个系统的功能和成本。设备选择也适用于整个系统设计，因此还会为设备选择执行详细的演示过程。

以下演示了上述设备选择方案

单片机

考虑到系统本身的复杂性和系统成本，采用了STC89C52。这款单片机价格便宜，而且功能性是51系列单片机中较强的，能够满足设计要求。因此STC89C52单片机作为核心处理器进行选择。

温度胎压传感器

车辆轮胎监测系统为实现其监测功能，所选择的传感器应具备实时监测轮胎温度和胎压的功能。市场上现有的TPMS系统多采用轮胎监测模块选用NPX-C10746芯片，此芯片精度高稳定性好同时具备远程通讯功能。但其成本较高，本文设计选用了功能与其相似的BMP180传感器。BMP180不仅能测量轮胎压力，也可以测量温度，且价格较低。在实物设计中具有优势，所以考虑到系统功能的性价比，系统设计选择使用BMP180压力传感器。

显示屏

系统在显示屏选择上，常用的有数码管，尽管数码管价格便宜，但本设计中需要显示的有中文文字和英文单位，数码管不能达到设计要求。 LCD1602液晶不仅显示提示字样良好而且当设置上下限时显示效果很好，显示也相对来说比较直观。 系统设计选择最终使用LCD1602液晶。

按键

首先明确系统需要完成的功能，系统设计方案中需要外部按键电路。这部分功能是实现温度胎压的上下限预设值设定。考虑到按键电路较为简单，从软件编程的角度分析，软件越简单越好。因此选用独立按键，这种按键不同于矩阵键盘，需要的I/O口较多，接线麻烦但适用于较为简单的电路。能够满足系统的设计要求。

根据以上所述，整个系统的设备选择将首先满足系统所需要的功能，然后考虑降低系统的难度和成本。

2.3本章小结

本章着重介绍了器件选型和方案论证。在课题的准备阶段遇到了不少问题，感觉无从下手。在使用传感器选型上首先选择的是NPX-C10746芯片，这款芯片是最新型的轮胎监测芯片也是市场上轮胎监测系统的专用芯片。不但能监测温度压力而且具有无线传输模块。在实际情况中芯片的工作环境是限制选型的关键，NPX-C10746芯片抗噪性能好，工作温度也可以达到工业级。可以说是比较不错的选择，但是找到它的使用手册后发现，受限于我现在的知识水平，不能够很好的使用它完成系统设计的功能。为了完成实物设计，在查阅相关资料后，我选择了压力传感器BMP180，这款传感器也具备测量温度和压力的功能并且造价便宜，具备实物设计的条件。

第3章 车辆轮胎监测系统的硬件电路设计

3.1本系统硬件电路概述

本系统硬件电路设计包括单片机最小系统设计,及监测模块，显示模块，警模块的电路原理图。

图3.1 系统整体原理图

3.2系统硬件各模块设计简介

单片机要实现工作必须要加入如下的最小系统:

图3.2 单片机最小系统

8051单片机简介

目前,8051微控制器已被广泛用于工业测试。8051是由英特尔公司制造的微控制器,它将微型计算机的组件集成到一个小芯片中。每个单芯片包括:

8位微处理器CPU;

程序存储器ROM：主要功能是存储数据。

数据存储器RAM：临时数据存储可以与CPU直接交换数据。

并行接口： P0、 P1、P2或P3，可以传输外部数据

串行接口：用于与其它设备间的串行数据传送

中断系统：有两个定时器中断、外部中断和外部中断。

内部总线可分为数据总线、控制总线和地址总线。

以下是每个部分功能的简要说明。

CPU:CPU是单片机的命令和执行中心。主要通过软件控制执行各种操作，8051单片机中是8位数据宽度的处理器。进行 ,-, x,/运算和逻辑 OR, OR, XOR,否定,"0"等操作,具有判断跳转,传送,数据传送等功能。CPU在单片机中是核心是运行的控制执行单元。
引脚及其功能

MCS-51系列单片机采用40脚封装，包括外置石英振荡器的时钟线两根，32个I/O口，接地脚一根，接正电源线一根。
各引脚功能如下：

1、电源引脚Vcc和Vss

Vcc(40脚):接 5V电源正端

Vss(20脚):接地

2、外接晶振引脚XTAL1和XTAL2

XTAL1(19脚): 片内振荡电路的输入端

XTAL2(18脚):可以外接晶振

3、控制信号或与其他电源引脚复用

ALE/PROG（30脚）即可访问外部数据存储器也可访问内部程序存储器。监测单片机的运行状态，锁存地址。
  如果单片机是EPROM，在编程其间，PROG将用于输入编程脉冲。
  EA/Vpp（31脚）程序存储器的内外部选通线，8051单片机，内置有4kB的程序存储器，当EA为高电平并且程序地址小于4kB时，读取内部程序存储器指令数据，而超过4kB地址则读取外部指令数据。如EA为低电平，则不管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。在编程时，EA/Vpp脚还需加上21V的编程电压。

RESET/Vpd（9脚）单片机上电时，内部的时钟电路运行，此引脚置高电平时系统复位。

4、4组8位共32个I/O口

(A).P0端口(39脚到22脚): P0.0-P0.7输入输出脚

对于芯片中含有EPROM的芯片,当编程EPROM时,指令字节从P0端口输入,指令字节在程序检查时输出。

(B).P1端口(1脚〜8脚): P1.0〜P1.7输入输出脚

(C).P2端口(21脚〜28脚):P2.0〜P2.7输入输出脚

(D).P3端口(10脚〜17脚): P3.0〜P3.7输入输出脚

3.3 气压传感器BMP180部分

图3.3 气压传感器电路图

BMP180基本参数

Pressure rang:300•••1100hpa

Supply voltage:1.8•••3.6V(VDD)

1.62•••3.6V(VDDIO)

-内含温度测量

-I2C接口

-全标准(内含标准数据校准)

博世公司的压力传感器(在自动控制应用领域)是全球市场的领导者,BMP180延续了新一代微型压力传感器。

总述

BMP180能够监测温度和压力，通过I2C总线连接到设备。测量的温度和压力数据需要经过传感器内部进行补偿。

典型电路功能和应用

BMP180内部具有A/D转换模块，可以将模拟量转换为数字量，无需在外部添加专门的A/D转换模块，降低了整体电路的设计难度。BMP180传感器内部最核心的部分是一个压阻传感器。上文所提到的E2PROM和I2C接口进行压力和温度的补偿。E2PROM存储176个独立的标准数据,用于补偿,温度依赖性和传感器的其他参数。结果值： UP =压力数据(16到19位) UT =温度数据(16位)

微控制器发送启动信号以启动温度或压力测量。经过转换后,结果值（UP和UT）通过I2C接口读取。使用E2PROM中的标准数据可以通过计算直接显示温度和压力，显示更加直观。

如果要实现动态测量,采样速率可以达到每秒128次。即1秒内读取128个压力值和1个温度值。这些值在每个采样周期内都会刷新。

BMP180具有不同的工作模式可以在功耗、速度及分辨率之间协调。如果想提高运行效率，消耗更多的电流可以成比例地增加采样率

3.4 LCD1602液晶部分

LCD1602什么意思，LCD表示LiquidCrystal Display，1602表示一行可以显示16个字符，一共有两行。

3.4.1液晶显示器各种图形的显示原理 

第一点：你打算让它在哪里显示（显示位置）
第二点：你要显示什么内容  （显示内容）
很明显，这两点都是来自于单片机的控制，单片机让它显示什么它就显示什么，单片机让它在哪里显示它就在哪里显示。这一句话也可以换个说法，比如单片机'告诉'LCD1602模块：在第1行的第4个位置，显示字符‘A'. 所谓'告诉'，也即是单片机与LCD1602模块进行'沟通'。在'沟通'之前要有个'打招呼'的过程。对于单片机与LCD1602的'沟通'也一样，同样需要先'打个招呼'，只不过我们这里换了个说法叫做"初始化"。

这样整个思路就出来了：
第一步：初始化      (单片机先跟1602打个招呼)
第二步：确定显示位置  (单片机告诉1602在哪里显示)
第三部：确定显示内容  (单片机告诉1602显示什么内容)

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