第２３卷第５期 四川理工学院学报（自然科学版） Ｖ０１．２３ Ｎｏ．５ ２０１０年ｌ０月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｉｃｈｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） ０ｔｃ．２０１０ 文章编号：１６７３－１５４９（２０１０）０５－０５９４－０３ 一种基于Ｍ ＰＸＹ８０２ＯＡ的智能胎压监测系统设计 蒋志平 ，戴庆光 ，艾云峰 （１．成都理工大学工程技术学院，四川乐山６１４０００；２．中科院研究生院计算与通信工程学院，北京１０００４９） 摘要：概述了当前汽车智能胎压监测系统（ＴＰＭＳ）的发展现状，并介绍了基于Ｍｏｔｏｒｏｌａ公司智能传 感器ＭＰＸＹ８０２０Ａ的智能胎压监测系统设计开发过程。该系统分为压力采集、发射和压力接收、显示两 个子系统，在介绍了整个系统的系统结构后，分别对硬件和软件的设计与实现进行了描述。 关键词：智能胎压监测系统；ＣＡＮ总线；智能控制系统 中图分类号：ＴＰ３９３．１１ 文献标识码：Ａ 大的进展 。 々Ｉ芑ｌ ÷吾 轮胎压力直接影响着稳定性、操作性和燃油消耗等 １ ＴＰＭＳ系统结构 汽车行为，轮胎气压不足时往往会导致轮胎故障，严重 直接式轮胎压力传感器主要有两个子系统组成， 情况下甚至会造成人员伤亡。据交警部门统计，我国每 它们分别是胎装子系统和车载子系统。胎装子系统安 年有２６万交通事故是由轮胎气压偏低、偏高或渗漏引 装在轮胎内部，由固定在一起的传感器、ＭＣＵ控制器 起的，占交通事故总数的７０％左右，造成巨大的经济损 和无线发射单元三部分构成。传感器采集轮胎内的压 失和生命危害。因此，为保证汽车高速行驶的安全性 力、温度数据，然后ＭＣＵ从传感器获得这些数据，并利 能，必须随时了解轮胎的气压和温度。 用无线发射单元将这些数据信息按一定格式发送给车 汽车智能胎压监测系统（ＴＰＭＳ）是一种新型的汽车 载子系统。车载子系统安装在汽车驾驶室内，主要负 安全保障系统，它能实时显示轮胎气压、温度值，对轮胎 责获取胎装子系统发送过来的无线电波信息，将它们还 气压进行自动监测，以保障行车安全。ＴＰＭＳ主要分为 原成各个轮胎的压力、温度数值，在显示设备上显示出 两种类型：一种是间接式ＴＰＭＳ，它通过汽车ＡＢＳ的轮速 来。同时它将获得的数值与预先设定的门槛值进行比 传感器来比较轮胎之间的转速差别，以达到监视胎压的 较，如果压力数值低于门槛值便发出报警信号。车载子 目的；另一种是直接式ＴＰＭＳ，它利用安装在每一个轮胎 系统由无线接收单元、ＭＣＵ控制器、ＬＣＤ显示设备、输入 里的以锂离子电池为电源的压力传感器来直接测量轮 设备以及一个可以同计算机通信的串口组成，结构如图 胎的气压。 １所示。 目前，国内对ＴＰＭＳ系统开发和改进的研究工作 非常活跃，冷毅等人…开发出了基于无线传感器和 ２子系统的设计与实现 ＣＡＮ总线的直接式轮胎压力监测系统，胡亚东等 ２．１通信协议的设计 则开发了基于ＭＳＰ４３０的直接式胎压检测系统，姚林 胎装单元向车装单元发送所测得的轮胎压力、温度 波等 开发的系统则是基于集成传感器ＳＰ３０的，针 数据时，按图２所示设计的数据帧格式发送。 对其他不同类型的ＴＰＭＳ系统的研究也得取得了较 这里用Ｆ４、Ｆ５表示数据帧的开始。因为接收单元 收稿日期：收稿日期：２０１０４３６—１８ 基金项目：成都理工大学工程技术学院科技发展基金（Ｃ１２２００９０２０） 作者简介：蒋志平（１９７９一），男，四川旺苍人，讲师，硕士，主要从事嵌入式系统、数字媒体技术方面的研究。 第２３卷第５期 蒋志平等：一种基于ＭＰＸＹ８０２０Ａ的智能胎压监测系统设计 ５ 图１车载单元结构 厂］单位长度 ｌ字节 图２数据帧格式 要接收、处理四个轮胎发送的数据，为了识别每个轮胎， 给每个轮胎规定一个固定的ＩＤ。这样接收模块收到数 据帧后，与它所保存的轮胎ＩＤ比较，便能确定接收的数 据帧是哪个轮胎的。跟随在轮胎ＩＤ后面的便是压力、 温度数据。接收模块根据这些数据便能换算出真实的 压力数值。最后是校验，本系统采用的是ＳＵＭ和校 验。需要说明的是，当两辆车距离很近时，有可能造成 干扰。比如，接收了另一辆车的某个轮胎的数据帧，而 恰好这个轮胎的ＩＤ与接收模块保存的ＩＤ相匹配，那 么就会出现误匹配的现象。要解决这个问题需要所有 的厂商和有关组织对通信协议进行讨论，制定一致的 或者相互兼容的通信协议，并且对所有的轮胎赋予不 同的ＩＤ号。 ２．２胎装子系统的设计与实现 胎装子系统的硬件设计要考虑这样几个关键的问 题：电力供给、尺寸大小和成本大小。胎装子系统主要 由三部分构成：传感器，ＭＣＵ控制器和无线发射单元。 由于轮胎内的空气温度变化范围很大，而温度的变化会 造成传感器内部电子学的偏移，从而造成压力测量的偏 差，因此大多数的轮胎压力传感器也测量轮胎内的空气 温度，以便对测得的压力值进行补偿。本系统选用Ｍｏ— ｔｏｒｏｌａ公司的ＭＰＸＹ８０２０Ａ传感器，ＭＰＸＹ８０２０Ａ智能传 感器集成了压力传感器和一个热感电阻，可以同时进行 轮胎压力和温度的检测。不仅如此，还可以方便的采用 ＭＰＸＹ８０２０Ａ传感器的内建资源配置电路，经过调理以 后可以方便的转换成为８位数字信号传送给后面的射 频单元。射频数据传输系统的设计就可已采用目前比 较成熟的数字射频方案。这样就可以保证数据传输的 可靠性与稳定性，而且可以采用数字编码技术来对四个 轮胎进行编址区分，进一步避免了轮胎传感器相互之间 的干扰。经过对电力消耗、尺寸和数字接口等方面的考 虑，选用了ＭＣ６８ＨＣ９０８ＲＦ２芯片。ＭＣ６８ＨＣ９０８ＲＦ２芯 片内部封装了一个８位微处理器和一个标准数字射频 发射器，这样可以保证整个轮胎传感器的尺寸可以得到 很好的控制，这正是选择这一款芯片的重要原因。 Ｍｃ６８Ｈｃ９０８ＲＦ１２接受Ｄａｙｔｏｎａ传感器传送过来的传感数 据，进行格式整理后就转交给射频模块向车载单元发射 ４３３Ｍ或者３１７Ｍ的射频信号（注：４３３Ｍ射频在国内某些 地区受管制）。 软件算法方面，ＭＣＵ启动后，首先将ＭＰＸＹ８０２０Ａ 设置为ｓｔａｎｄ ｂｙ／ｒｅｓｅｔ模式，然后进入睡眠状态。处于 ｓｔａｎｄ ｂｙ／ｒｅｓｅｔ模式的ＭＰＸＹ８０２０Ａ每三秒钟会从ＯＵＴ 引脚发出唤醒信号，将ＭＣＵ从睡眠中唤醒，并进入ＫＢＩ 中断服务程序。如图３所示，在中断服务程序中，ＭＣＵ 通过高速ＳＰＩ接口利用连续逼近法来获得传感器测量的 压力、温度编码数值。软件每隔三分钟将测得的压力、 温度数据的最值按通信协议通过无线发射单元发送给 接收单元。由于选用的接收单元是按异步串行通信协 议接收数据的，而ＲＦ２没有硬件ＵＡＲＴ，所以用软件模 拟了硬件ＵＡＲＴ。当轮胎压力变化异常迅速时，说明轮 胎发生了故障，这时软件会将数据帧连续发送几次，以 保证接收单元收到数据。 ２．３车载子系统的设计与实现 车载子系统的硬件实现比较简单。采用了比较成 熟的ｎＲＦ４０１作为ＵＨＦ无线接收芯片，它采用ＦＳＫ调制 解调技术，最高工作速率可以达到２０Ｋ。ＭＣＵ选用一般 的８０５１单片机即可，车载单元原理如图４所示。 接收系统中ＭＣＵ要处理两个中断：串行中断和外 部中断，外部中断优先级高于串行中断。软件共分为三 个模块，串行中断服务程序、外部中断服务程序和主程 序。串行中断服务程序负责接收ｎＲＦ４０１接收到的数据 帧，当接收到一个完整的数据帧后，中断服务程序将接 收成功标志位置１。外部中断服务程序对键盘进行扫 描，确定输入的数值。可以从键盘输入的是：四个轮胎 的ＩＤ，最低轮胎压力值。外部中断服务程序接收到这些 数据后，会将相应的标志位置１。主程序是一个无穷循 环，其流程如图５所示。 ５９６ Ｊｌ】 学院学报（自然科学版） ２０１０年１０月 图３中断服务程序流程 显示 ＼几／ ＰＯ ／Ｕ＼ Ｐ１ ＝ 键盘 设备 ／Ｕ＼ Ｐ２ ＼ｎ／ ＩＮＴ Ｏ 匡］＿＿ ＲＸＤ８０５１ ＴＸＤ 图４车载单元组成 ３结束语 本文详细描述了自行开发的轮胎压力监控系统的 设计与实现过程。经过实际测试，该系统能较好的测得 静止和运动状态下的轮胎压力数值。然而尚存在不足 图５系统主程序流程图 的是，在运动状态中系统的稳定性还需进一步改进。 另外鉴于ＣＡＮ总线在汽车计算控制系统中的应用日 益广泛，设计新的接收系统，使之能够挂接在ＣＡＮ总 线上并成为ＣＡＮ总线的节点，这将是今后进一步研究 的目标。 参考文献： ［１］冷毅，李青侠，刘胜，等．基于无线传感器和ＣＡＮ总 线的直接式轮胎压力监测系统［Ｊ］＿仪器仪表学报， ２００８，２９（４）：７１ １－７１７． ［２］胡亚东，庄厝边，谢德英，等．基于ＭＳＰ４３０的直接式胎 第２３卷第５期 蒋志平等：一种基于ＭＰＸＹ８０２０Ａ的智能胎压监测系统设计 ５９７ 压检测系统的设计［Ｊ】＿中山大学学报：自然科学版， ２００８，４７（１）：１－４． ［６］唐慧强，刘璇．基于ＺｉｇＢｅｅ的轮胎压力监测系统设 计［Ｊ］．北京交通大学学报：自然科学版，２００８，３２（６）：９０・ ９２． ［３］姚林波，程筱军，秦会斌。基于ＳＰ３０的轮胎压力监测 系统设计［Ｊ］．杭州电子科技大学学报，２００７，２７（５）：１３— １６． ［７】陶桂宝，庞丽．直接式汽车轮胎压力监测系统设计 ［Ｊ］．重庆大学学报：自然科学￣，２００８，３１（１）：８—１２． ［８】陆杰，高明煜，余厉阳．基于压电陶瓷的轮胎压力监 ［４］张俊祥，宋年秀，辛京．轮胎压力智能检测与顸警系 统的设计［Ｊ］．青岛理工大学学￣．，２０１０，３１（１）：８６—９０． ［５】徐玲艳，张茂青，孙长岭．轮胎压力监测系统（ＴＰＭＳ） 的研究［Ｊ］．苏州大学学报：工科￣２ＯｌＯ，３０（１）：５３．５５． 测系统设计［Ｊ］．杭州电子科技大学学报，２００８，２８（１）： ３１．３３ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ Ｔｉｒｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＭＰＸＹ８０２０Ａ ＪＩＡＮＧ Ｚｈｉ－ｐｉｎｇ ，ＤＡ［Ｑｉｎｇ－ｇｕａｎｇ ，ＡＩ Ｙｕｎ－ｆｅｎｇ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｅｓｈａｎ ６１４０００，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ＆Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｒａｄｕａｔｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ． ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｆｒｓｔｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｔｉｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ（ＴＰＭＳ）， ａｎｄ ｔｈｅｎ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ａ ｓｅｌｆ－ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｉｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｍｏｔｏｒｏｌａｇ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｅｎｓｏｒ ＭＰＸＹ８０２０Ａ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｄｉｖｉｄｅｄ ｉｎｔｏ ｔｗｏ ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ｌａｕｎｃｈ ａｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｃｅｉｖｅｒ，ｐｒｅｓ． ｓｕｒｅ ｓｈｏｗｉｎｇ ｓｕｂｓｙｓｔｅｍｓ．Ａｆｔｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｗｈｏｌｅ ｓｙｓｔｅｍｔｈｅ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅ— ，ｓｉｇｎ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＴＰＭＳ；ＣＡＮ ｂｕｓ；ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ
