TPMS系统软件设计 - 基于NPX系列芯片轮胎压力监测系统的解决方案

　　2 TPMS系统软件设计

　　TPMS的软件比较简单，轮胎监测模块主要对气压、温度及电源电压数据进行测量、处理和传输。主机显示模块接收到数据帧并经校验后显示气压、温度和电压值，并且与报警阈值进行比较以判断是否需要报警。整个系统对低功耗设计要求非常高，所以应尽可能合理安排程序流程，优化软件算法。

　　2.1 轮胎监测模块程序设计

　　轮胎监测模块的主程序在执行完初始化功能后便根据当前气压值与报警阈值的差值设置定时中断时间，然后进入低功耗模式。模块供电电压、轮胎气压和温度的监测与数据的传输都放置在中断程序，中断结束立即进入低功耗模式。NPX-C10746内置中断定时时间大约为0.5秒～4秒，轮胎气压和温度正常时，可取3秒定时中断一次，调用NPX的轮胎气压和温度检测与补偿、CRC-16校验计算执行库后，通过无线方式发送给主机显示模块。在气压及温度接近或低于报警阈值时，缩短定时中断时间，增加数据采样及发送频率。因为监测模块供电电压下降相对比较缓慢，这里采用软件计数定时中断来延长其检测周期，取20次中断（60秒）采样一次。定时中断程序流程如图3所示。

　　2.2 主机显示模块程序设计

　　主机上电后，P89LPC930初始化，配置完MC33594后，模块进入等待SPI数据工作状态。在接收到一个数据帧并经CRC校验（采用查表法实现，减小MCU占用时间）和轮胎ID判断无误后，送数码显示并点亮相应的指示灯以表示各模块工作正常。当轮胎监测模块供电电压、气压及温度接近或低于报警阈值时，主机启动LED闪烁警告或蜂鸣器报警。程序流程图如图4所示。

　　2.3 通讯及协议

　　2.3.1 数据帧格式

　　轮胎监测模块与主机接收显示模块之间的无线通讯采用固定的数据帧长度进行，具体数据帧格式如表1所示。

　　同步码的长度为16bit，设置成0xFB86。具体意义如下：

　　·0xF（1111）：MC33594至少需要4bit的同步码来唤醒它，并让它的内部电路稳定。

　　·0xB8（11001000）：MC33594的寄存器2被编程为0xB8，这样使前同步码中的0xB8数据被验证并接通数据管理器。

　　·0x6（0110）：MC33594中报头被使能，指示有实际意义的数据输出（从轮胎ID开始）。

　　MC33594接收到的同步码不会被发送到SPI总线，所以P89LPC930收到的数据帧从轮胎ID编号开始共8个字节。

　　轮胎ID编号长度为32bit，它可用于表示轮胎监测模块所属TPMS系统的标志，并表明其被安装在哪个方位的轮胎，从而方便主机显示模块辨识。P89LPC930接收到数据帧后，会对轮胎ID编号进行检测，如果ID不匹配，数据帧就会被忽略。

　　气压、温度和电压各占一个字节，代表当前测得的数值。

　　CRC校验码通过监测模块调用NPX的CRC-16校验计算执行库生成，放置在数据帧帧尾。主机接收显示模块CRC校验正确后才进行相应处理，否则忽略该数据帧。

　　2.3.2 通信设置

　　系统的无线通信载波频率选用433.92MHz，发射速率取9600bps，采用FSK调制方式。发射前先对数据帧进行曼彻斯特编码。曼彻斯特编码（如图5所示）就是用两个bit之间的电平变化来表示数字信号0或1。由高电平变为低电平表示数字0，反之则表示数字1。通过曼彻斯特编码可以减小发射信号的直流分量，降低误码率，提高通信距离。

　　可以看出，基于NPX系列传感器的轮胎压力监测系统集成度较高，稳定性好，能够同时监测轮胎气压、温度和监测模块供电电压三个关键参数，当轮胎出现漏气、温度升高等异常情况时，系统都会自动报警，从而确保我们行车的安全，延长轮胎的使用寿命，降低燃油的消耗。此外，主机接收显示模块还可以通过扩展液晶显示、语音报警及提供与汽车控制系统接口等来适应不同用户需要。该系统已成功应用在国内某一型号的TPMS产品中，且运行状况比较良好。