基于STC12LE5A60S2單片機(jī)的負(fù)氣壓平衡儀系統(tǒng)設(shè)計

候昭壘　白洪彥

摘 要：為了滿足對負(fù)壓平衡性檢測的需求，文章提出了一種基于STC12LE5A60S2的負(fù)壓平衡性的檢測系統(tǒng)設(shè)計方案，并完成了該系統(tǒng)的檢測和顯示設(shè)計。該系統(tǒng)的檢測部分主要由四個定制的負(fù)氣壓傳感器采集負(fù)氣壓輸入信號，顯示部分采用了4.3英寸的TFT液晶屏，通過顯示對應(yīng)的柱狀圖來表征各路壓力的平衡性。實際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)具有操作簡便、測試準(zhǔn)確、顯示直觀的特點(diǎn)，達(dá)到了設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞：負(fù)氣壓；平衡儀；STC12LE5A60S2；壓力輸入；顯示直觀

引言

自汽車誕生以來，汽車維修業(yè)便一直伴隨著汽車工業(yè)的發(fā)展而成長。汽車維修業(yè)已成為交通運(yùn)輸業(yè)必不可少的服務(wù)性支柱與保障。近年來，汽車科技和電子技術(shù)的迅猛發(fā)展使得汽車電子化的進(jìn)程日益加快。各種高新技術(shù)的出現(xiàn)對提高汽車的安全性、平順性、可靠性和舒適性等各項技術(shù)性能起到了極大的促進(jìn)作用。與此同時，與之關(guān)系緊密的汽車維修業(yè)也受到前所未有的壓力和挑戰(zhàn)。最終，相應(yīng)的高新技術(shù)將汽車維修行業(yè)的方方面面武裝起來，從而推動汽車維修業(yè)的發(fā)展進(jìn)步[1]，這使得以高科技為核心的汽車電子行業(yè)蓬勃發(fā)展。為了快速直觀的檢測汽車氣缸負(fù)壓的平衡性，文章基于宏晶單片機(jī)科技有限公司的STC12LE5A60S2單片機(jī)[2]結(jié)合定制的壓力傳感器HM9100[3]和4.3英寸TFT彩色液晶屏提出了負(fù)氣壓平衡儀系統(tǒng)（以下簡稱“平衡儀系統(tǒng)”）設(shè)計方案。經(jīng)實際檢測與試驗，該系統(tǒng)能夠精確檢測汽車氣缸負(fù)氣壓的平衡性。

1 系統(tǒng)需求分析

為滿足采集汽車氣缸四個負(fù)氣壓檢測口同時檢測其負(fù)壓的平衡性的要求，必須采用四個定制的負(fù)氣壓傳感器同時接在汽車四個負(fù)氣壓接口位置，并保證四個傳感器與汽車氣缸的距離相等。結(jié)合STC12LE5A60S2、HM9100壓力傳感器和4.3寸TFT液晶屏的電氣特性，經(jīng)過分析得到STC12LE5A60S2的輸入/輸出信號共分為以下兩部分：4路來自HM9100的輸入模擬信號和21路的輸出顯示信號，其中包括8路液晶屏行信號，8路液晶屏列信號，1路行選信號，1路列選信號，1路復(fù)位信號，1路寫控制信號，1路讀控制信號和1路復(fù)位控制信號。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，4路模擬信號采集接口電路負(fù)責(zé)采給外部壓力傳感器提供5V工作電壓并采集外部傳感器的模擬電壓信號輸入，4路模擬信號電壓跟隨電路對采集到的模擬電壓信號進(jìn)行跟隨和放大信號電流，再經(jīng)過4路模擬信號電壓轉(zhuǎn)換電路把采集到的0V～4.9V線性地轉(zhuǎn)換到0～2.45V后輸入到STC單片機(jī)的ADC采集IO口上，STC單片機(jī)采集并計算輸入的模擬電壓信號后輸出到4.3寸TFT液晶屏上以柱狀圖的高度來顯示各路電壓信號的大小以供比較參考。對于12V到5V的電壓轉(zhuǎn)換電路，文章設(shè)計采用了CTY78L05三端穩(wěn)壓芯片；對于12V到3.3V的電壓轉(zhuǎn)換電路，文章設(shè)計采用了LM2576S-3.3電壓轉(zhuǎn)換芯片。

3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

3.1 系統(tǒng)核心部分電路設(shè)計

該系統(tǒng)的設(shè)計核心部分采用宏晶科技的STC12LE5A60S2單片機(jī)，該單片機(jī)具有但不限于以下性能及特點(diǎn)[2]：

高速：1個時鐘/機(jī)器周期，增強(qiáng)型8051內(nèi)核，速度比普通8051快6-12倍；寬電壓：2.1-3.6V；低功耗設(shè)計：空閑模式（可由任意一個中斷喚醒）；工作頻率：0～35MHz，相當(dāng)于普通8051的0-420MHz；60K字節(jié)片內(nèi)Flash程序存儲器，擦寫次數(shù)10萬次以上；1280字節(jié)片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)存儲器；大容量片內(nèi)EEPROM功能，擦寫次數(shù)10萬次以上；ISP/IAP，在系統(tǒng)可編程/在應(yīng)用可編程，無需編程器/仿真器；8通道10位高速ADC，速度可達(dá)25萬次/秒，2路PWM還可作2路D/A使用；2個16位定時器（兼容普通8051定時器T0/T1），2路PCA可再實現(xiàn)2個定時器；硬件看門狗（WDT）；雙串口，全雙工異步串行口（UART），兼容普通8051串口，分時復(fù)用可作3組使用； 先進(jìn)的指令集結(jié)構(gòu)，兼容普通8051指令集，有硬件乘法/除法指令；通用I/O口（PLCC44封裝）40個。

STC12LE5A60S2的引腳分布，文章系統(tǒng)設(shè)計使用該單片機(jī)的P1.0-P1.3口的第二功能即ADC0～ADC3做模擬電壓信號的采集和轉(zhuǎn)換，使用P0口做液晶屏列選數(shù)據(jù)線，使用P2口做液晶屏行選數(shù)據(jù)線，使用P1.4、P1.5、P1.6、P3.6及P3.7做液晶屏的時序及讀寫控制數(shù)據(jù)線，P3.0/RxD和P3.1/TxD做在線編程下載接口，采用外部高速晶體振蕩時鐘電路[4]。

3.2 系統(tǒng)電壓轉(zhuǎn)換電路設(shè)計

系統(tǒng)供電電壓為12V，需要經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換后才能供給STC單片機(jī)、TFT液晶屏和傳感器接口使用。此外，還需要把傳感器的輸入電壓經(jīng)過線性變換成0-3.3V范圍以內(nèi)的電壓后才能接入到單片機(jī)的ADC采集接口。

4 系統(tǒng)硬件編程設(shè)計

結(jié)合系統(tǒng)硬件電路設(shè)計，在Keil uVision 3開發(fā)環(huán)境下對51單片機(jī)進(jìn)行編程以實現(xiàn)所需要的采集和顯示功能。

負(fù)氣壓平衡儀系統(tǒng)中的單片機(jī)自系統(tǒng)上電初始化后檢測模擬信號輸入，等待ADC接口的中斷。如果有模擬信號輸入觸發(fā)ADC接口中斷，則系統(tǒng)采集壓力傳感器的電壓，經(jīng)過計算電壓對應(yīng)的液晶屏像素高度后在液晶屏上用柱形顯示，然后觀察比較四個柱形高度即可判斷汽車氣缸的四個氣壓檢測口是否平衡。

5 實驗應(yīng)用

該平衡系統(tǒng)用于某型汽車氣缸的負(fù)氣壓平衡性檢測。在進(jìn)行測試時，首先把四個定制的負(fù)氣壓傳感器通過同等長度的橡膠軟管連接到氣缸負(fù)壓檢測接口，把四個傳感器按照預(yù)定的順序和編號連接到系統(tǒng)電路板的信號采集接口，然后給系統(tǒng)電路板上電，液晶屏點(diǎn)亮后啟動汽車，觀察并比較液晶屏上對應(yīng)的柱形的高度，將得到的結(jié)果與汽車4S維修內(nèi)檢修系統(tǒng)的結(jié)果進(jìn)行比較。如果比較結(jié)果不正確，需要進(jìn)行ADC值轉(zhuǎn)換校準(zhǔn)后重新進(jìn)行檢測。通過實際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，該平衡系統(tǒng)測試結(jié)果準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠、顯示直觀易懂。

6 結(jié)束語

該平衡系統(tǒng)采用具有10位高速AD采集轉(zhuǎn)換的STC12LE5A60

S2單片機(jī)作處理器，并采用模塊化設(shè)計思想，提高了系統(tǒng)的可靠性和維護(hù)性。該平衡系統(tǒng)已用于某汽車4S維修店內(nèi)汽車氣缸負(fù)氣壓平衡性測試，實際應(yīng)用表明該測試系統(tǒng)具有測試準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠、結(jié)果顯示直觀易懂等特點(diǎn)，達(dá)到了設(shè)計要求。

參考文獻(xiàn)

[1]萬睿哲，莊建峰.汽車維修發(fā)展趨勢[J].汽車運(yùn)用，2012（5）：31.

[2]姚永平，等.STC12C5A60S2系列單片機(jī)指南[Z].2013.

[3]張錕，劉鐵輝.深圳恒敏傳感科技有限公司HM9100規(guī)格書[Z].