基于51单片机的轮胎自动加气装置

丁凡一， 孙振伟， 李智鑫， 方致远， 耿慧娟

(东北林业大学交通学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

推广应用

基于51单片机的轮胎自动加气装置

丁凡一， 孙振伟*， 李智鑫， 方致远， 耿慧娟

(东北林业大学交通学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

轮胎自动加气装置通过MCGS触摸屏可实现对汽车轮胎的胎压检测、轮胎充气、个性化胎压选择、自动停止等功能，实现了轮胎加气的半自动化，专业化轮胎充气有利于延长轮胎使用寿命，减小油耗，增加汽车行驶的操控性和安全性。

轮胎；自动加气装置；MCGS组态；51单片机

1 轮胎自动加气的实现

轮胎自动加气装置技术路线如图1所示。

图1 轮胎自动加气装置技术路线

2 MCGS组态的实现

MCGS组态由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，其分别进行组态操作，完成不同的分工，具有不同的特性。其中设备窗口组态、数据库组态和策略组态是MCGS组态的关键部分[1]。

2.1 设备窗口组态

设备窗口使用不同功能的设备构件与外部设备实现通讯，使程序能够从传感器读取数据进而控制工作状态，实现对加气装置的实时控制。MCGS 触摸屏与单片机的通讯采用ModbusRTU协议，实现上位机对外部设备的控制，进而实现加气设备对轮胎的智能化加气。设备窗口设置界面如图2所示。

图2 设备窗口设置界面

2.2 数据库组态

实时数据库MCGS是工程中各个组态的数据交换与处理中心，它将MCGS工程的各个部分连接成一个有机的整体。在数据库组态中内定义不同名称和类型的变量，作为数据采集、处理数据、控制下位机、动画连接及驱动设备的对象。数据变量是构成实时数据库的基本组成部分，建立实时数据库的过程即定义数据变量的过程[2]。系统中部分变量如图3所示。

图3 系统部分变量

2.3 运行策略组态

运行策略窗口主要完成MCGS工程运行流程的控制，包括编写控制程序(if...then...脚本程序)，选用各种功能构件，如提取数据、绘制历史曲线、设置定时器、实现配方操作、输出多媒体内容等。组态软件实时采集生产过程中下位机的运行状态及参数，并利用图形或报表显示系统的实时运行状况

2.4 用户窗口界面

在用户窗口中，可以使用组态软件提供的类型丰富的图形对象，设计出丰富的图形界面，并通过将界面中各种对象与单片机的参数进行连接，实现对单片机的监控与控制。在主界面中，通过单片机和各个传感器的信息反馈，实现对胎压、外界温度的实时监控，并依据这些信息，对汽车胎压做进一步的调整；设置车型选择选项，在此页面里可以快速选择车型，实现快捷加气，并且在此页面里用户还可以根据不同的情况进行自定义加气。车型选择界面如图4所示。

图4 车型选择界面

3 51单片机设计

下位机的作用是负责接收压力传感器的实时数据并在轮胎压力达到数据库中的目标值时控制电磁阀切断供气，其与MCGS组态进行通讯，根据用户选定的目标值进行处理。

3.1 STC89C51的特点

STC89C51采用的是8051核的ISP，即系统可编程芯片有80MHz的最高工作时钟频率，单片机内部包括大小为8K Bytes而且可反复擦写1 000次的Flash只读程序存储器，单片机同时兼容标准的MCS-51的指令系统及所有80C51引脚结构，单片机内部集成了通用的8位CPU和ISP Flash存储单元，具有isp功能(即在线系统编辑功能)，用户可在上电的情况下通过PC端的编程软件对单片机进行编程，避免了购买通用编辑器的麻烦，而且下载程序速度更快。STC89C51RC系列单片机是单时钟/机器周期(1T)的兼容8051 内核单片机，是高速且低功耗的新一代8051 单片机。

3.2 STC89C51电路分布和原理

3.2.1 单片机基本电路原理

(1)复位电路：本装置采用的是国产STC89C51型号单片机，基本电路由复位电路及时钟电路构成。复位电路由电容和电阻串联构成，单片机的RST引脚在通电后立即转为高电平。单片机基本电路如图5所示，其中电容为22 uF，电阻为10 kΩ。所以由公式计算可知复位需要的时间是10×103×22×10-6=0.22(s)。在单片机启动的0.22 s内，电容两端电压保持在0～3.5 V。同时10 kΩ电阻两端的电压从5 V减小到1.5 V(串联电路各处电压之和为总电压)，RST引脚所接收到的电压是5～1.5 V。在5 V电压下正常工作的51单片机中小于1.5 V的电压信号为低电平信号，而大于1.5 V的电压信号为高电平信号，所以在开机0.22 s内单片机系统自动复位。

(2)时钟电路：时钟电路由晶振和电容组成，晶振频率选用5 MHz，为单片机提供工作节拍。

图5 单片机基本电路图

3.2.2 驱动电磁阀电路

本装置需要驱动电磁阀来控制加气装置的启停，但由于单片机的最大电压为5 V，不能驱动继电器，故采用三极管的放大作用将电压放大至24 V。单片机驱动电磁阀电路原理如图6所示。

图6 单片机驱动电磁阀电路原理图

[1] 包建华，丁启胜，张兴奎.工控组态软件MCGS及其应用[J].工矿自动化，2007(3).

[2] 易江义，阳春华，周彩敌.基于MGS的工业锅炉恒温IPO控制系统设计[J].微计算机信息，2009，25(1).

(责任编辑 王琦)

51SCM-based Automatic Tire Inflating Devices

DING Fan-yi， SUN Zhen-wei*， LI Zhi-xin， FANG Zhi-yuan， GENG Hui-juan

(College of Transportation，Northeast Forestry University，Harbin Heilongjiang 150040，China)

Automatic tire filling devices can realize such functions through MCGS touch screen as tire pressure detection，tire inflation，individual tire pressure selection and automatic stop，realizing semi-automatic and specialized tire inflation，which is conducive to extending the service life of tires，reducing fuel consumption and increasing vehicle handling and safety while driving.

tire；self-filling device；MCGS configuration；51 SCM

2016-10-17

东北林业大学校级大学生创新项目

丁凡一(1996-)，男，辽宁人，本科生，研究方向为单片机及其控制，E-mail：1806708428@qq.com。

*通讯作者：孙振伟(1972-)，男，黑龙江人，硕士研究生，工程师，研究方向为柴油机电气控制。

U469.7；TP273

A

2095-2953(2017)02-0046-03