基于单片机的汽车胎压与温度监控系统_电路方案

1. 系统功能概述

本设计题目为**《基于单片机的汽车胎压与温度监控系统》**。随着汽车保有量的增加和驾驶安全性的重视，轮胎作为车辆安全行驶的重要组成部分，其胎压和温度的实时监测显得尤为关键。过高或过低的胎压不仅会影响汽车的燃油经济性，还会导致轮胎磨损加剧，甚至引发爆胎等严重事故；而轮胎温度过高也可能造成轮胎结构损伤。因此，本系统旨在设计一款能够实时检测轮胎温度与压力，并实现超限报警的智能监控系统。

本系统以STC 89C52单片机为核心控制器，采用DS18B20 数字温度传感器用于温度检测，通过压力传感器模块实现胎压测量，并配合LCD1602 液晶显示屏进行信息显示。系统设置了按键输入模块，可实现温度与压力阈值的设置与修改。当检测到的温度或压力超过设定的阈值时，蜂鸣器将发出报警信号，以提醒驾驶员及时采取措施。

该系统结构简单、可靠性高，具有良好的扩展性和实用性，适合应用于汽车电子智能检测领域，为车辆行驶安全提供技术支持。

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2. 系统电路设计

系统硬件部分主要包括以下模块：单片机最小系统、温度检测电路、压力检测电路、显示电路、按键输入电路、蜂鸣器报警电路以及电源模块。各模块之间通过信号线连接，实现数据采集、处理与输出控制。

2.1 单片机最小系统电路

系统采用STC89C52单片机作为核心控制器。该芯片基于8051内核，具有8KB Flash存储器、256字节RAM和丰富的I/O口资源，能够满足本系统的控制与数据处理需求。

晶振电路：采用11.0592MHz晶振，提供系统运行的时钟信号，保证定时与通信精度。
复位电路：通过电容、电阻与复位按键组成上电复位与手动复位电路，防止程序运行异常。
I/O分配：
- P0口连接LCD1602用于数据与命令传输；
- P1口部分连接按键输入模块；
- P2口部分连接蜂鸣器与LED报警指示；
- P3.7引脚连接DS18B20温度传感器。

该最小系统电路为整个系统提供稳定的控制基础，保证各模块间协调工作。

2.2 温度检测电路（DS18B20）

DS18B20是一款高精度数字温度传感器，采用单总线通信方式，与单片机仅需一根数据线即可实现通信。其温度测量范围为-55℃～+125℃，精度为±0.5℃。

系统中，DS18B20直接插入轮胎附近检测点，通过单片机定时读取温度值。DS18B20内部具有温度寄存器与ROM地址，可实现多点检测与防干扰能力。检测数据通过单片机内部程序计算后显示在LCD上，并与设定阈值比较。若温度超过设定阈值（例如70℃），系统立即启动蜂鸣器报警，提示驾驶员及时停车检查。

2.3 压力检测电路

压力检测模块采用模拟电压输出型压力传感器，输出与胎压成线性关系（例如0.5V对应0kPa，4.5V对应600kPa）。该模拟信号经ADC0832模数转换芯片转换为数字信号后送入单片机。

单片机定时读取压力数据，并通过程序计算出实际胎压值（单位kPa）。系统将实时胎压与用户设定的阈值进行比较，当压力超过安全阈值（如350kPa）时，蜂鸣器立即鸣响报警，提示驾驶员减压检查。

2.4 LCD1602液晶显示电路

LCD1602液晶模块用于实时显示系统数据，包括温度、温度阈值、压力、压力阈值等信息。LCD1602为16×2字符显示模块，采用HD44780控制芯片，支持命令与数据两种输入模式。

本系统采用8位数据总线方式与单片机通信，便于快速刷新显示内容。LCD显示格式如下：

TEMP:  65°C TH:70°C
PRES: 300kPa TH:350kPa

通过循环更新显示，用户可以实时查看当前温度与压力状态，确保行驶安全。

2.5 按键输入电路

系统设置了三个轻触按键，分别为：

SET键：进入设置模式；
UP键：增加阈值；
DOWN键：减少阈值。

用户可通过按键设置温度与压力的报警阈值。系统在设置完成后会自动保存参数，断电不丢失（通过EEPROM存储）。按键输入采用上拉电阻结构，并配合软件消抖程序，确保操作准确可靠。

2.6 蜂鸣器报警电路

蜂鸣器采用有源蜂鸣器，由单片机P2.0口控制。当温度或压力超限时，单片机输出高电平驱动蜂鸣器发声，同时点亮LED指示灯作为可视报警信号。蜂鸣器通过NPN三极管放大驱动，以确保电流输出足够。

2.7 电源模块

系统采用DC 12V汽车电源供电，通过稳压芯片7805将电压稳定到5V，为单片机与外围模块供电。电源电路设计中加入滤波电容与反接保护二极管，确保系统在汽车电源波动和干扰下稳定运行。

3. 程序设计

软件部分采用模块化结构设计，主要包括：主控模块、温度检测模块、压力检测模块、LCD显示模块、按键处理模块、阈值设置模块与报警控制模块。整个程序通过主循环不断采集、判断与显示，实现系统的实时监控与智能报警功能。

3.1 主程序结构设计

主程序负责系统初始化、数据采集、显示更新与报警判断，是系统运行的核心。

#include <reg52.h>
#include "lcd1602.h"
#include "ds18b20.h"
#include "adc0832.h"
#include "key.h"
#include "buzzer.h"
#include "eeprom.h"

float temp = 0;
float press = 0;
float temp_th = 70;
float press_th = 350;

void main()
{
    LCD_Init();
    DS18B20_Init();
    ADC0832_Init();
    Key_Init();
    Buzzer_Init();

    LCD_ShowString(0, 0, "Tire Monitor Sys");
    delay_ms(1000);
    LCD_Clear();

    while(1)
    {
        temp = DS18B20_ReadTemp();
        press = ADC0832_ReadPressure();

        LCD_ShowTemp(temp, temp_th);
        LCD_ShowPress(press, press_th);

        if(temp > temp_th || press > press_th)
        {
            Buzzer_On();
        }
        else
        {
            Buzzer_Off();
        }

        Key_Process(&temp_th, &press_th);
        delay_ms(500);
    }
}

该主程序结构清晰，通过模块化调用实现了温度读取、压力采集、显示刷新、按键输入与报警输出的统一管理。

3.2 温度检测模块

温度检测模块通过单总线协议读取DS18B20数据，程序流程包括启动转换、读取温度寄存器与数据换算。

float DS18B20_ReadTemp(void)
{
    unsigned int temp;
    DS18B20_Start();
    DS18B20_WriteByte(0xCC);
    DS18B20_WriteByte(0x44);
    delay_ms(750);
    DS18B20_Start();
    DS18B20_WriteByte(0xCC);
    DS18B20_WriteByte(0xBE);
    temp = DS18B20_ReadByte();
    temp |= DS18B20_ReadByte() << 8;
    return (float)temp * 0.0625;
}

程序读取的数据经过换算后得到温度值（单位：℃），并返回至主程序进行判断与显示。

3.3 压力检测模块

该模块利用ADC0832进行模拟信号转换，通过采样电压计算胎压值。

float ADC0832_ReadPressure(void)
{
    unsigned char ad_value;
    float voltage, pressure;
    ad_value = ADC0832_Read(0);
    voltage = (ad_value / 255.0) * 5.0;
    pressure = (voltage - 0.5) * 150;  // 线性换算公式
    return pressure;
}

通过该函数，单片机能够实时获取胎压数据，为后续报警判断提供依据。

3.4 LCD显示模块

LCD模块负责实时显示系统数据与设定阈值。

void LCD_ShowTemp(float temp, float th)
{
    LCD_ShowString(0, 0, "TEMP:");
    LCD_ShowNum(6, 0, (unsigned int)temp, 2);
    LCD_ShowChar(8, 0, 'C');
    LCD_ShowString(10, 0, "TH:");
    LCD_ShowNum(13, 0, (unsigned int)th, 2);
}

void LCD_ShowPress(float press, float th)
{
    LCD_ShowString(0, 1, "PRES:");
    LCD_ShowNum(6, 1, (unsigned int)press, 3);
    LCD_ShowString(9, 1, "kPa");
    LCD_ShowString(12, 1, "TH:");
    LCD_ShowNum(15, 1, (unsigned int)th, 3);
}

该显示模块能够动态更新LCD1602内容，使驾驶员实时掌握当前胎压与温度情况。

3.5 按键处理模块

按键模块通过状态检测与消抖算法实现阈值调整功能。

void Key_Process(float *temp_th, float *press_th)
{
    unsigned char key = Key_Scan();
    switch(key)
    {
        case 1: (*temp_th) += 1; break;   // 增加温度阈值
        case 2: (*temp_th) -= 1; break;   // 减少温度阈值
        case 3: (*press_th) += 5; break;  // 增加压力阈值
        case 4: (*press_th) -= 5; break;  // 减少压力阈值
        default: break;
    }
}

通过简单的按键交互，用户可以灵活设置温度与压力报警值。

3.6 蜂鸣器报警模块

蜂鸣器由单片机GPIO控制输出，当检测到超限条件时启动报警。

void Buzzer_On(void)
{
    P2 = 0x01;
}

void Buzzer_Off(void)
{
    P2 = 0x00;
}

蜂鸣器通过驱动电路放大输出声响，实现高温与高压的实时提示。

4. 系统运行与工作原理分析

系统上电后，单片机首先完成初始化并检测各传感器工作状态。LCD1602显示界面刷新后，用户可通过按键设置温度与压力阈值。主循环中，单片机不断采集DS18B20温度与ADC0832压力数据，并实时刷新显示。

若检测到温度超过设定阈值（如70℃），系统立即启动蜂鸣器报警，提示轮胎温度异常；若压力超过设定阈值（如350kPa），同样触发报警机制。用户可根据报警提示及时检查车辆状态，防止爆胎等危险情况发生。

整个系统实现了“实时检测—数据分析—报警提示—人工干预”的闭环控制，具有实时性强、稳定性高、操作简便的特点。系统结构模块化，后期可扩展无线通信模块，实现远程胎压监控与数据上传，为智能汽车系统的发展提供参考。

基于单片机的汽车胎压与温度监控系统