汽车轮胎压力检测系统
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该模块的关键技术： 1．如何不接收来至其他车辆传感器的数据。 2．切换轮胎后，如何保持传感器与方位的一致性。 3．如何节电，因为TPMS发射模块在一节锂电池下要能工作3-5年，因此只有在大多数 时间让系统进入睡眠状态，才能省电与延长电池寿命。 对于问题一，NPX-I的芯片内部有一个32位内置产品序列号，可以利用它来作为轮胎的 识别标志，这样在实际使用中，中央模块通过检测这个序列号来判断该传感器是否为已向系 统注册过的，这样可以保证绝大多数情况下不会和其他汽车的轮胎发生冲突。 对于问题二，通过32位内置产品序列号在EEPROM内的存储位置，以便于识别传感器安装 在哪个方位。 对于问题三，通过软件算法控制，减少射频发射次数，尽量让该模块处于休眠状态。 由此我们设计通讯中使用的帧格式为：
函数名 功能 输入 输出
函数名 功能 输入 输出
函数名 功能 输入 输出
函数名 功能 输入 输出
函数名 功能
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cal_par 生成校验位 R1: pointer to the first byte R7: number bytes R0: parity pattern
misc_delay 产生延时 R4 ：Value for timer/counter 0 control register TCON R5 ： Value for timer/counter 0 reload register TR0. 无
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3. 详细设计
3.1 系统结构设计
整个系统由安装在四个轮胎处的监测模块和位于驾驶台的一个接收显示、用户设置、故 障报警的中央模块构成。
图 1 系统工作原理 系统基本工作原理：如图1所示，在轮胎的轮毂或气嘴上安装一个传感器(GE的NPXI)， 传感器中包括感应气压的电桥式电子气压感应装置，它将气压信号转换为电信号，通过无线 发射装置（T5754）将信号发射出来。传感器发射出来的气压信息由接收机（T5743）接收 由MCU处理后，在安装在驾驶台上的显示器中显示出来，在行驶过程中实时地进行监视。 驾驶者从监视器上就可以清楚的知道每个轮胎的气压值以及温度值；当轮胎的气压及温度有 异于设定的标准值时，监视器将自动报警。驾驶者从而可以及时地对轮胎的异常情况进行处 理，有效避免事故发生。
P11 P14 P17
NPXI
PA_ENABLE ENABLE XTO
T5754
图3 NPXI与T5754的连线 T5754要求I/O口必须是开漏极的，通过直接控制与晶振串并联的电容的容量来控制输出 振荡频率的偏移，但是NPXI的P17口作为I/O口输出时是推挽式的。但又由于P17 管脚配置为 输入端口时不设置上拉、下拉电阻，即可呈现高阻状态，所以根据待发射数据控制P17 从输 出I/O口变为输入I/O口，就可以模拟出一个开漏极的IO 特性对该RF芯片进行控制。NPXI 传感器与射频模块（T5754）的连接图3所示。发送数据时，首先使能T5754（ENABLE拉高）,
mod_start 启动发射模块
R3 : Modulator configuration (MODCON) 无
mod_stop 关闭发射模块 无 无
mod_send_man 发送编码后的数据
R0: PoinΒιβλιοθήκη Baiduer to RAM byte address R3 : total number of bits to transmit 无
3.2 轮胎监测模块（RTPM）设计
轮胎监测模块由GE公司NPXI传感器、射频芯片（T5754）、专用晶振、螺旋天线、TPMS 专用电池等装置组成。模块示意图如图2所示。
模块实现如下功能： （1）获得压力、温度数据，并以一定格式发送给中央接收模块。 （2）采用算法控制射频模块的发射以节省能量，使得锂电池的寿命至少在5年以上。 （3）可以由加速度传开关唤醒、定时器唤醒，例如在刚刚发动汽车，时速达到20公里 /h后用户即可获得各个轮胎的压力温度数据。
到驾驶台的接收器显示。 （3） 接收器只接收本系统的轮胎数据，而不接收来至其他车辆的。 （4） 能够手工设定系统的标准气压、温度阈值等系统参数，具有友好的人机界面。 （5） 轮胎处的监测模块耗电低，电池寿命至少达 5 年以上。 （6） 可以四个轮胎交换或换新胎，准确按照各个轮胎位置显示各个轮胎数据。
为避免四个轮胎的传感器发送的数据发生碰撞。在采集完数据后，将不同的轮胎按不同 的规律进行动态时延，然后再发送。编号 00 的轮胎的延时固定为 125ms*15。编号 01 的轮 胎的延时按 125ms*n1（n1=14，13，12，11，10，。。，1，0）周期变化。编号 02 的轮胎的延 时按 125ms*n2（n2=13，11，9，7，5，3，1）周期变化。编号 03 的轮胎的延时按 125ms*n3 （n3=12，9，6，3）周期变化。数据包的发送时间是 100ms，正常情况下每 4s*50=200s 发 送一次。按这种延时设计可有效地避免数据包的碰撞。
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再保持PA_ENABLE为低1ms后，T5754的CLK才能输出稳定的频率信号去同步与NPXI的通讯。然 后拉高PA_ENABLE，T5754进入FSK发射模式。传送完毕，P11重新置低，拉低ENABLE，使 T5754进入等待模式。
3.2.2 软件设计
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汽车轮胎压力检测系统 设计说明书
(Version1.0）
CHIPTECH_TPMS_DESGIN_DOC
(Version1.0）
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2006 年 11 月
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1. 前言
1.1 编写目的
本文档为驰泰 TPMS 系统的设计说明书，给出系统的框架结构，各个成分所用到的技 术原理，并从需求规格说明书所分解的功能模块开始，导出功能的模块结构和模块逻辑。
3.3 中央模块
中央模块由P89V51、EEPROM(AT93C46)、液晶驱动器HT1621、一根鞭状天线、一个射频 接收器(T5743)、一块LCD显示板，键盘模块以及蜂鸣器、发光二极管等组成。
模块实现功能： （1）接收从轮胎监测模块通过高频传送的FSK信号，解调后交由单片机处理，单片机 通过LCD驱动器，在LCD显示板上显示轮胎信息。 （2）若从收到的数据中分析得出轮胎工作异常，将通过声音和光报警，提醒驾驶员注 意。 （3）用户可以通过键盘设置监测阈值、传感器方位等。 （4）中央接收器只处理本系统的轮胎数据，而不处理来自其他车辆的。
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R0 :Pointer to RAM-address containing the data bits to transmit. R2 :Modulator configuration (MODCON). R3 :total number of data bits (1..256) R6 :Timer/counter 0 clock cycles corresponding to time for 1/2 data bit。 R7:Timer/counter0 configuration (TCON). 无
mod_send_man_const 发送常数
R3 = total number of bits to transmit (1..256) 无
mod_transmit_bit 发送一位数据
C = Bit to transmit 无
transmit_frame 发送数据桢
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输入 输出
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3．漏气标识：如果RTPM检测出来轮胎漏气将该位置1（曼彻斯特编码），否则为0； 4．校验和：从温度字节开始的数据以8位依次进行异或的结果。
RF 信号分发射占据了整个 RTPM 模块功耗的 90％以上，因此需要控制 RF 信号的发射 次数。从节能考虑，在正常情况下系统每测量 50 次（次数可根据需要设置）发送一次数据。 但当某一次测量得的轮胎温度，气压，电池电量超过某一阈值（警戒值）时，测量数据立即 发送。程序将发送数据频率 Send_count 设置 flag_register 的 012h 中，每测量一次，Send_count 减 1，但测量结果一直不超过警戒值时，直到当 Send_count 减到 0 时，才进行一次发送。当 车辆在低速或静止状态时系统又重新进入 Power down Mode。
低压报警：系统检测到轮胎气压低于设定的标准气压值 70％时，立即报警。 高压报警：系统检测到轮胎气压高于设定的标准气压值 130％时，立即报警。 高温报警：系统检测到轮胎温度高于设定的温度报警值（80℃）时，立即报警。 泄漏报警：当轮胎内压力持续下降时，但未达低压报警值前，系统会发出轮胎泄漏报警。 弱电报警：当轮胎内传感器所用电池电压不足时，系统自动发出低压报警。 除了上述警示功能，系统还应具有以下特点： （1） 汽车高速行驶时按运动速度确定检测时间周期，汽车停止时主机自动睡眠。 （2） 安装在每个轮胎上的传感器/发射器，精确地测量本车轮胎的气压和温度，并传
1.2 定义
TPMS：Tire Pressure Monitor System,轮胎压力检测系统。 RTPM：Remote Tire Pressure Monitoring,轮胎监测模块。
1.3 参考资料
SEU-TPMS 项目实施方案。 SEU-TPMS 汽车轮胎压力检测系统报告。
2. 任务概述
系统要实现对汽车轮胎即时的气压、温度等参数自动监测，一旦轮胎出现异常，立即报 警通知驾驶员，以保障行车安全。系统的警示功能应包括：
设计的程序流程图如图5所示。Interval Timer使系统每4S唤醒一次，然后设定唤醒定时 器，当定时唤醒标识符已经置位时，进入定时唤醒IT_WUP。再判断是否是加速度开关导致的 端口唤醒，如果是端口唤醒就进入PORT_WUP。否则又进入POWER DOWN 模式。然后进 行温度、气压、电压的测量，端口唤醒时测量完立刻发送，PORT_WUP模式下还要进行阈 值的判断。当测量值超过警戒值时立即发送，否则每测量５０次（send_count由５０计到０） 才发送一次。每次测量的气压值存放在flag register中。气压值比上次降低超过一定阈值时， Leak_count增加１，但Leak_count增加到５时，判断轮胎在漏气，设置漏气标识符Leak_flag 为１，并立即发送数据桢。否则设置漏气标识符Leak_flag为０，在send_count计到０时才发 送数据桢。在每次发送数据桢前都要做一定的延时。发送完数据桢后重新设定send_count的 值，当Leak_count大于０时，表明可能在漏气，这时将send_count设为３，否则send_count 设为５０。最后系统进入POWER DOWN 模式，等待下一次定时唤醒。
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图5 RTPM流程图
开发语言采用汇编，主要是对8 位RISC 处理器（PCH7970）编程，开发的IDE环境采 用philips的RIDE。
附函数清单：
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函数名 功能 输入 输出
函数名 功能 输入 输出
函数名 功能 输入 输出
无线帧头字节1 （24比特）
帧开始符2 （8比特）
压力 （1字节）
轮胎ID号 高两个字节 （2字节）
温度
漏气标识3
（1字节） （1比特）
电池电压 （7比特）
轮胎ID号 低两个字节 （2字节）
校验和4 （1字节）
图4 UHF数据帧格式
注： 1．无线帧头字节：24×曼彻斯特编码“1”； 2．帧开始符：“0x3F”；
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图2 轮胎监测模块功能示意图
3.2.1 硬件设计
智能传感器（NPXI）采集数据，进行ADC转化，补偿后经过曼彻斯特编码，发送到射频 芯片的数据口。系统采用FSK调制，中心频率为433.92MHz，发射功率 7.5dBm/9.0mA。 TPMS发射器的天线靠近气门嘴，必须考虑金属轮毂和车轮高速行驶时天线不断变换方向、 角度的影响，因而我们采用螺旋天线，它可以扩大发射和接收的角度，有效地克服静动态盲 点。
函数名 功能 输入 输出
函数名 功能 输入 输出
函数名 功能 输入 输出
函数名 功能 输入 输出
函数名 功能
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cal_par 生成校验位 R1: pointer to the first byte R7: number bytes R0: parity pattern
misc_delay 产生延时 R4 ：Value for timer/counter 0 control register TCON R5 ： Value for timer/counter 0 reload register TR0. 无
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3. 详细设计
3.1 系统结构设计
整个系统由安装在四个轮胎处的监测模块和位于驾驶台的一个接收显示、用户设置、故 障报警的中央模块构成。
图 1 系统工作原理 系统基本工作原理：如图1所示，在轮胎的轮毂或气嘴上安装一个传感器(GE的NPXI)， 传感器中包括感应气压的电桥式电子气压感应装置，它将气压信号转换为电信号，通过无线 发射装置（T5754）将信号发射出来。传感器发射出来的气压信息由接收机（T5743）接收 由MCU处理后，在安装在驾驶台上的显示器中显示出来，在行驶过程中实时地进行监视。 驾驶者从监视器上就可以清楚的知道每个轮胎的气压值以及温度值；当轮胎的气压及温度有 异于设定的标准值时，监视器将自动报警。驾驶者从而可以及时地对轮胎的异常情况进行处 理，有效避免事故发生。
P11 P14 P17
NPXI
PA_ENABLE ENABLE XTO
T5754
图3 NPXI与T5754的连线 T5754要求I/O口必须是开漏极的，通过直接控制与晶振串并联的电容的容量来控制输出 振荡频率的偏移，但是NPXI的P17口作为I/O口输出时是推挽式的。但又由于P17 管脚配置为 输入端口时不设置上拉、下拉电阻，即可呈现高阻状态，所以根据待发射数据控制P17 从输 出I/O口变为输入I/O口，就可以模拟出一个开漏极的IO 特性对该RF芯片进行控制。NPXI 传感器与射频模块（T5754）的连接图3所示。发送数据时，首先使能T5754（ENABLE拉高）,
mod_start 启动发射模块
R3 : Modulator configuration (MODCON) 无
mod_stop 关闭发射模块 无 无
mod_send_man 发送编码后的数据
R0: PoinΒιβλιοθήκη Baiduer to RAM byte address R3 : total number of bits to transmit 无
3.2 轮胎监测模块（RTPM）设计
轮胎监测模块由GE公司NPXI传感器、射频芯片（T5754）、专用晶振、螺旋天线、TPMS 专用电池等装置组成。模块示意图如图2所示。
模块实现如下功能： （1）获得压力、温度数据，并以一定格式发送给中央接收模块。 （2）采用算法控制射频模块的发射以节省能量，使得锂电池的寿命至少在5年以上。 （3）可以由加速度传开关唤醒、定时器唤醒，例如在刚刚发动汽车，时速达到20公里 /h后用户即可获得各个轮胎的压力温度数据。
到驾驶台的接收器显示。 （3） 接收器只接收本系统的轮胎数据，而不接收来至其他车辆的。 （4） 能够手工设定系统的标准气压、温度阈值等系统参数，具有友好的人机界面。 （5） 轮胎处的监测模块耗电低，电池寿命至少达 5 年以上。 （6） 可以四个轮胎交换或换新胎，准确按照各个轮胎位置显示各个轮胎数据。
为避免四个轮胎的传感器发送的数据发生碰撞。在采集完数据后，将不同的轮胎按不同 的规律进行动态时延，然后再发送。编号 00 的轮胎的延时固定为 125ms*15。编号 01 的轮 胎的延时按 125ms*n1（n1=14，13，12，11，10，。。，1，0）周期变化。编号 02 的轮胎的延 时按 125ms*n2（n2=13，11，9，7，5，3，1）周期变化。编号 03 的轮胎的延时按 125ms*n3 （n3=12，9，6，3）周期变化。数据包的发送时间是 100ms，正常情况下每 4s*50=200s 发 送一次。按这种延时设计可有效地避免数据包的碰撞。
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再保持PA_ENABLE为低1ms后，T5754的CLK才能输出稳定的频率信号去同步与NPXI的通讯。然 后拉高PA_ENABLE，T5754进入FSK发射模式。传送完毕，P11重新置低，拉低ENABLE，使 T5754进入等待模式。
3.2.2 软件设计
东南大学无线电系信息安全研究中心
汽车轮胎压力检测系统 设计说明书
(Version1.0）
CHIPTECH_TPMS_DESGIN_DOC
(Version1.0）
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东南大学无线电系信息安全研究中心
1. 前言
1.1 编写目的
本文档为驰泰 TPMS 系统的设计说明书，给出系统的框架结构，各个成分所用到的技 术原理，并从需求规格说明书所分解的功能模块开始，导出功能的模块结构和模块逻辑。
3.3 中央模块
中央模块由P89V51、EEPROM(AT93C46)、液晶驱动器HT1621、一根鞭状天线、一个射频 接收器(T5743)、一块LCD显示板，键盘模块以及蜂鸣器、发光二极管等组成。
模块实现功能： （1）接收从轮胎监测模块通过高频传送的FSK信号，解调后交由单片机处理，单片机 通过LCD驱动器，在LCD显示板上显示轮胎信息。 （2）若从收到的数据中分析得出轮胎工作异常，将通过声音和光报警，提醒驾驶员注 意。 （3）用户可以通过键盘设置监测阈值、传感器方位等。 （4）中央接收器只处理本系统的轮胎数据，而不处理来自其他车辆的。
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R0 :Pointer to RAM-address containing the data bits to transmit. R2 :Modulator configuration (MODCON). R3 :total number of data bits (1..256) R6 :Timer/counter 0 clock cycles corresponding to time for 1/2 data bit。 R7:Timer/counter0 configuration (TCON). 无
mod_send_man_const 发送常数
R3 = total number of bits to transmit (1..256) 无
mod_transmit_bit 发送一位数据
C = Bit to transmit 无
transmit_frame 发送数据桢
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输入 输出
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3．漏气标识：如果RTPM检测出来轮胎漏气将该位置1（曼彻斯特编码），否则为0； 4．校验和：从温度字节开始的数据以8位依次进行异或的结果。
RF 信号分发射占据了整个 RTPM 模块功耗的 90％以上，因此需要控制 RF 信号的发射 次数。从节能考虑，在正常情况下系统每测量 50 次（次数可根据需要设置）发送一次数据。 但当某一次测量得的轮胎温度，气压，电池电量超过某一阈值（警戒值）时，测量数据立即 发送。程序将发送数据频率 Send_count 设置 flag_register 的 012h 中，每测量一次，Send_count 减 1，但测量结果一直不超过警戒值时，直到当 Send_count 减到 0 时，才进行一次发送。当 车辆在低速或静止状态时系统又重新进入 Power down Mode。
低压报警：系统检测到轮胎气压低于设定的标准气压值 70％时，立即报警。 高压报警：系统检测到轮胎气压高于设定的标准气压值 130％时，立即报警。 高温报警：系统检测到轮胎温度高于设定的温度报警值（80℃）时，立即报警。 泄漏报警：当轮胎内压力持续下降时，但未达低压报警值前，系统会发出轮胎泄漏报警。 弱电报警：当轮胎内传感器所用电池电压不足时，系统自动发出低压报警。 除了上述警示功能，系统还应具有以下特点： （1） 汽车高速行驶时按运动速度确定检测时间周期，汽车停止时主机自动睡眠。 （2） 安装在每个轮胎上的传感器/发射器，精确地测量本车轮胎的气压和温度，并传
1.2 定义
TPMS：Tire Pressure Monitor System,轮胎压力检测系统。 RTPM：Remote Tire Pressure Monitoring,轮胎监测模块。
1.3 参考资料
SEU-TPMS 项目实施方案。 SEU-TPMS 汽车轮胎压力检测系统报告。
2. 任务概述
系统要实现对汽车轮胎即时的气压、温度等参数自动监测，一旦轮胎出现异常，立即报 警通知驾驶员，以保障行车安全。系统的警示功能应包括：
设计的程序流程图如图5所示。Interval Timer使系统每4S唤醒一次，然后设定唤醒定时 器，当定时唤醒标识符已经置位时，进入定时唤醒IT_WUP。再判断是否是加速度开关导致的 端口唤醒，如果是端口唤醒就进入PORT_WUP。否则又进入POWER DOWN 模式。然后进 行温度、气压、电压的测量，端口唤醒时测量完立刻发送，PORT_WUP模式下还要进行阈 值的判断。当测量值超过警戒值时立即发送，否则每测量５０次（send_count由５０计到０） 才发送一次。每次测量的气压值存放在flag register中。气压值比上次降低超过一定阈值时， Leak_count增加１，但Leak_count增加到５时，判断轮胎在漏气，设置漏气标识符Leak_flag 为１，并立即发送数据桢。否则设置漏气标识符Leak_flag为０，在send_count计到０时才发 送数据桢。在每次发送数据桢前都要做一定的延时。发送完数据桢后重新设定send_count的 值，当Leak_count大于０时，表明可能在漏气，这时将send_count设为３，否则send_count 设为５０。最后系统进入POWER DOWN 模式，等待下一次定时唤醒。
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图5 RTPM流程图
开发语言采用汇编，主要是对8 位RISC 处理器（PCH7970）编程，开发的IDE环境采 用philips的RIDE。
附函数清单：
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函数名 功能 输入 输出
函数名 功能 输入 输出
函数名 功能 输入 输出
无线帧头字节1 （24比特）
帧开始符2 （8比特）
压力 （1字节）
轮胎ID号 高两个字节 （2字节）
温度
漏气标识3
（1字节） （1比特）
电池电压 （7比特）
轮胎ID号 低两个字节 （2字节）
校验和4 （1字节）
图4 UHF数据帧格式
注： 1．无线帧头字节：24×曼彻斯特编码“1”； 2．帧开始符：“0x3F”；
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图2 轮胎监测模块功能示意图
3.2.1 硬件设计
智能传感器（NPXI）采集数据，进行ADC转化，补偿后经过曼彻斯特编码，发送到射频 芯片的数据口。系统采用FSK调制，中心频率为433.92MHz，发射功率 7.5dBm/9.0mA。 TPMS发射器的天线靠近气门嘴，必须考虑金属轮毂和车轮高速行驶时天线不断变换方向、 角度的影响，因而我们采用螺旋天线，它可以扩大发射和接收的角度，有效地克服静动态盲 点。