基于STM32的汽车胎压控制系统设计与实现-设计说明书
电子校园网 编号：
CJ-32-2022-106-LW
设计摘要：
本论文设计了一种基于STM32的汽车胎压控制系统。该系统以STM32单片机为核心控制器，通过与其他模块的组合实现了对汽车胎压的监测和控制。系统包括中控部分、输入部分和输出部分。中控部分采用STM32单片机，负责获取输入部分的数据，并进行内部处理和控制输出部分的功能。输入部分由DS18B20温度采集模块、压力传感器、独立按键和供电电路组成，用于检测温度和胎压，并将数据传输给中控部分。输出部分包括OLED显示屏、直流电机、继电器、触发语音模块、蜂鸣器、蓝牙模块和GSM模块，用于显示数据、控制胎压和进行报警。通过独立按键设置阈值，用户可以判断胎压是否正常，并在OLED显示屏上查看检测结果。当系统检测到温度超过设定的最大值时，蜂鸣器进行报警。当检测到胎压不在设定的阈值范围内时，继电器打开升压或降压功能，并通过触发语音模块进行语音播报，同时GSM模块发送报警信息。实验结果表明，该系统能够准确监测汽车胎压和温度，并及时作出相应的控制和报警。该系统具有实用性和可靠性，可以提高汽车行驶的安全性和舒适性。
关键词：单片机；温度检测；语音模块；GSM通信模块
字数：10000+
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摘 要
ABSTRACT
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 电源方案的选择
2.4 显示方案的选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2 主控电路设计
3.3 显示模块
3.4 语音播报模块
3.5 SIM900A通信模块
4 系统程序设计
4.1 编程软件介绍
4.2 主程序流程设计
4.3 按键函数流程图
4.4 显示函数流程图
4.5 处理函数流程图
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 蓝牙连接实物测试
5.3 设置阈值模式实物测试
5.4胎压过低实物测试
5.3 胎压过高实物测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
目前汽车的保有量越来越高了不过安全事故也是频繁发生，根据数据显示：高速事故中有百分之七十的车祸都是因为爆胎引发的，从大部分车祸现场可以看到因为轮胎爆胎车辆会发生严重跑偏并且让人惊慌失措，根本无法控制好车辆在正常的轨道上行驶，但如果我们可以及时发现胎压异常就可有效避免爆胎的几率。如何做到把危险降至最低，让出行更加安全。很显然准确实时地监测以及控制车辆行驶过程中轮胎状态对行车安全至关重要。这除了让我们的行车更加安全之外，胎压监测主要的功能是监测胎压，而胎压则影响我们车辆的制动系统，转向性能，油耗表现等，例如，当轮胎气压低时，轮胎的滚动阻力加大，必然会增加油耗，甚至还会发生帘布断裂、帘布剥离、两侧磨损等事情。总的来看，无论是从轮胎以及车辆的养护还是行车安全考虑，安装胎压监测与控制都是非常必要的。
目前的胎压监测系统大多价格较高，研发较困难，且对于某些特定车辆的需要，如沙地方程式赛车等需频繁换胎的车辆不具有通用性，传感器匹配程序繁琐，使用极为不便。因此我们设计了基于STM32的汽车胎压控制系统，主要实现以下功能：我们通过按键设置胎压、胎温报警阈值，然后通过温度传感器检测胎温，用胎压传感器检测胎压(通过注射器来改变压力大小)，并通过OLED屏上和手机上（蓝牙传输数据）实时显示温度，汽车胎压和行车速度，和显示系统阈值设置，如果胎压、检测数据不在阈值内时，语音播报异常并通过GSM发送短信；如果胎温检测数据高于阈值，蜂鸣器报警。该系统能够准确监测轮胎状态信息并进行及时通知，具有很好的可靠性。
1.2 国内外研究现状
为了提高汽车行车安全,有效防止爆胎,减少交通事故的发生,陈华杰设计了一套汽车轮胎压力监测系统(TPMS).TPMS是属于汽车电子中的主动式安全技术,它能够实时监测汽车轮胎的压力和温度,利用MCU采集并处理数据后,通过无线发射模块发射出去.中央驾驶室有对应的数据接收与显示模块,MCU把接收来的数据进行处理后与设定的标准气压或温度范围进行比较,如果超出范围,则进行报警处理.从而防止汽车轮胎爆炸,保障乘车人和驾驶人的生命财产安全.本文基于STM32单片机控制设计了一套高性能,低功耗的TPMS.系统重点设计了数据采集与发射模块.系统硬件方面采用胎压监测专用传感器芯片MPXY8020A来测量温度和胎压值,使用高精度的三轴加速度传感器ADXL345测量轮胎加速度以及车轮角度变化值.最后利用高频nRF24L01收发射频芯片实现数据的无线传输.数据传输距离远,抗干扰能力强.软件方面重点设计了 MPXY8020A的底层驱动程序,采集数据时使用二分法原理,进行了逐次循环比较.这样不仅采集效率高,而且数据准确可靠.对于无线收发模块,系统进行了 CRC校验,提高了数据传输的可靠性和安全性.本文重点考虑了系统的功耗问题,当汽车处于停止状态时,系统进入低功耗模式.同时,利用MPXY8020A内置温度传感器和STM32内置温度传感器采集的数据进行对比研究.数据接收与显示模块通过USART串口与电脑连接,用串口调试助手进行数据的显示,利用蜂鸣器实现数据的报警处理.系统测试结果表明,其能准确完成系统的各项功能,安全可靠[1] 。
由于轮胎压力和温度超出安全标准范围,导致轮胎性能大大降低,最终引发交通安全事故.为预防和减少此类安全事故发生的几率,2020年武宏涛，武丹，杨洋，侯大森，余大伟采用SP37集成传感器和STM32控制器设计了轮胎胎压与温度监测系统,对汽车行驶过程中的车胎状态进行实时监测.SP37传感器集成了压力传感器,温度传感器,内部控制器兼容8051指令,同时具有RF射频发送功能,用于实现胎压数据的采集与发送,极大地简化了系统的电路设计.该系统实时显示轮胎胎压,轮胎胎温数据,当采集到数据超出安全阈值时,系统发出提示音警示驾驶员预防爆胎等危险,确保汽车行驶途中的安全,避免危险的发生.通过实验测试,该设计具有稳定性好,测量精度高,系统功耗低等优点[2]。
Kusunoki H , Takamori S研究了控制车辆每个车轮轮胎内轮胎压力的轮胎压力的轮胎压力控制系统包括：车轮侧轮胎压力传感器;传输检测到的轮胎压力的变送器;从变送器接收胎压信息的接收器;轮胎压力调节装置;以及根据胎压信息驱动胎压调节装置的控制单元。如果发生接收机无法接收胎压信息的接收无能力情况，则控制单元驱动轮胎压力调节装置，而不管是否接收到胎压信息[9]。
多用途轮式车辆的越野能力是这些技术对象最重要的操作特性之一。在许多方面，它是由它们的牵引特性决定的。有许多方法可以改善多用途轮式车辆的牵引力和耦合性能，主要有各种牵引力控制系统的使用，轴间和轮间差速器的阻塞，镇流器的使用以及其他几种方法。最近，提高车辆在承载能力较弱的土壤上的牵引性能和越野能力的方法之一是调节多用途轮式车辆驱动轮轮胎中的气压。2021年 Boikov V P , Guskov V V , Pavarekha A S描述了当轮胎中的气压发生变化时，车轮移动器与地面相互作用的过程。建立了气压对轮式车辆牵引性能的影响。提供根据路况自动控制移动车轮胎气压的系统[10]。采用拟议的监管原则将显著提高多用途轮式车辆在交通繁忙条件下的越野能力，消除车辆操作者个人的主观因素。
与上述几种设计方案相比，该设计方案更加方便易懂，便于实际操作，价格低廉，在集成电路的选择上更易于使用和精巧。
1.3 课题主要内容
本设计是基于STM32的汽车胎压控制系统。系统以STM32单片机为核心控制器，通过与其他模块的组合实现对汽车胎压的监测和控制。中控部分采用STM32单片机获取输入部分的数据，并进行处理和控制输出部分的功能。输入部分包括温度采集模块、压力传感器、独立按键和供电电路，用于检测温度和胎压。输出部分包括显示屏、电机、继电器、语音模块、蜂鸣器、蓝牙模块和GSM模块，用于显示数据、控制胎压和进行报警。通过设置阈值，用户可以判断胎压是否正常，并在显示屏上查看检测结果。系统具有实用性和可靠性，可以提高汽车行驶的安全性和舒适性。
