在現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集層,，無線傳感器節(jié)點(diǎn)群(胎壓監(jiān)測系統(tǒng)無線傳感器節(jié)點(diǎn)1,、2…n)依次收到低頻喚醒命令后，現(xiàn)場采集胎壓,、溫度,、加速度、電量,、節(jié)點(diǎn)ID等參數(shù)和變量,，進(jìn)行運(yùn)算和編碼處理,，通過FSK射頻傳送方式將這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)依次發(fā)送出來；在監(jiān)控層,，輪胎定位匹配儀接收到無線傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送來的數(shù)據(jù)后,，進(jìn)行分析、處理和存儲,，然后通過CAN現(xiàn)場總線將數(shù)據(jù)上傳到上位管理層,，或者與BCM（Body Control Module）車身模塊1、2…m直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,，完成匹配（匹配過程也就是獲取輪胎內(nèi)無線傳感器節(jié)點(diǎn)ID的過程）,；在上位管理層，通過汽車廠整車綜合性能檢測線主控機(jī)或修理中心,、4S店安全性能檢測線主控機(jī)或者客戶便攜式汽車故障診斷儀,，接收CAN現(xiàn)場總線傳來的無線傳感器節(jié)點(diǎn)群的參數(shù)進(jìn)行顯示、存儲,、分析,、打印等。
　　無線傳感器節(jié)點(diǎn)完成匹配后,，汽車交給駕駛員使用,，車身模塊內(nèi)的內(nèi)置接收機(jī)直接接收本臺車的無線傳感器節(jié)點(diǎn)采樣的胎壓、溫度等現(xiàn)場信息,，再通過車身模塊中的ICM（Instrument Control Module）儀表模塊直觀地顯示出來,。
2 無線傳感器節(jié)點(diǎn)和輪胎定位匹配儀硬件設(shè)計(jì)
2.1 無線傳感器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)
　　無線傳感器節(jié)點(diǎn)主要用來實(shí)時(shí)監(jiān)測輪胎內(nèi)部氣壓和溫度的狀況,，再通過無線調(diào)制方式將數(shù)據(jù)發(fā)送出來,。考慮到胎壓和溫度監(jiān)測的精確性,，無線傳感器節(jié)點(diǎn)的傳感器芯片選用美國Freescale半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的MPXY8300芯片,，它是一款胎壓監(jiān)測系統(tǒng)專用的S08內(nèi)核的嵌入式微處理器，片上集成了10位ADC接口的壓力,、溫度,、z軸和x軸加速度、電壓測量等傳感器,，內(nèi)置具有可選的ASK和FSK調(diào)制能力的315/434 MHz RF發(fā)射機(jī),、采用差動輸入方式125 kHz的LF的檢波/解碼接收機(jī)、COP看門狗（Computer Operating Properly Watchdog）,、低功耗喚醒定時(shí)器,、BDC（Background Debug Controller）后臺調(diào)試控制器等多種硬件資源，無線傳感器節(jié)點(diǎn)硬件電路原理框圖如圖2所示,。由于MPXY8300微處理器芯片外設(shè)功能全面,，使得硬件電路設(shè)計(jì)非常簡單,，從而提高了無線傳感器節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性。

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2.2 輪胎定位匹配儀硬件設(shè)計(jì)
　　輪胎定位匹配儀既要實(shí)現(xiàn)與無線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交互,，又要通過CAN現(xiàn)場總線和車身模塊或者生產(chǎn)/檢測線主控機(jī)等完成數(shù)據(jù)上傳,。為此，輪胎定位匹配儀的主控芯片選用美國Freescale半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的新一代Power Architecture系列的汽車級32位嵌入式微控制器MPC5606S,。該控制器使用高性能e200z0h的內(nèi)核處理器,，運(yùn)算能力強(qiáng)，內(nèi)置SRAM,、Flash存儲空間,、軟件看門狗定時(shí)器、2路FlexCAN控制器,、2路模組輸入輸出設(shè)備eMIOS（enhanced Modular Input Output System）,、芯片自帶串行啟動功能的DMA支持的串行外圍設(shè)備接口DSPI（Deserial Serial Peripheral Interface）、系統(tǒng)綜合單元SIU（System Integration Unit）,、圖像控制單元DCU（Display Control Unit）,、聲音發(fā)生器等等，MPC5606S 微控制器不僅具有高速運(yùn)算,、實(shí)時(shí)輸入和輸出的能力, 同時(shí)FlexCAN 等集成模塊專門為汽車電子量身定制, 使得輪胎定位匹配儀外接芯片少,、 硬件布線少、功耗低,，適用于便攜式儀器的設(shè)計(jì),。輪胎定位匹配儀的硬件電路原理框圖如圖3所示。

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　　MPC5606S片上集成了48 KB的SRAM和1 MB的Flash存儲空間,，幫助處理器實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集,、運(yùn)算和處理，這樣的芯片結(jié)構(gòu)使得MPC5606S無須外擴(kuò)存儲芯片,，就能完全滿足輪胎定位匹配儀的設(shè)計(jì)要求,。
　　MPC5606S內(nèi)置模組輸入輸出設(shè)備eMIOS，設(shè)定PWM方式,，向無線傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)出125 kHz的低頻喚醒指令,，其方法簡單有效，功能實(shí)現(xiàn)難度低,，可靠性強(qiáng),。
　　輪胎定位匹配儀要接收無線傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信號，需要連接外圍的射頻接收芯片,。本設(shè)計(jì)使用美國Freescale生產(chǎn)的MC33696射頻芯片,，該芯片頻段為304 MHz～915 MHz ISM頻段，頻率范圍寬,；軟件可選擇OOK和FSK兩種解調(diào)方式,；內(nèi)置數(shù)字和模擬接收信號強(qiáng)度指示器,，接收靈敏度高達(dá)108 dBm；帶可編程單詞識別功能的嵌入式數(shù)據(jù)處理器,；380 kHz的IF過濾器帶寬,功能非常強(qiáng)大,。MPC5606S使用內(nèi)置的DSPI模塊和GPIO口(通用輸入輸出口)連接MC33696芯片，直接讀取無線傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的輪胎壓力,、溫度,、加速度、電壓,、節(jié)點(diǎn)ID等信號,。
　　MPC5606S芯片的內(nèi)置FlexCAN控制器的輸出信號，不能直接與CAN現(xiàn)場總線物理連接,，信號線必須連接CAN接口芯片,。本設(shè)計(jì)中使用了Philips生產(chǎn)的TJA1050，該芯片完全遵循ISO11898規(guī)范,，通信速率最高可達(dá)1 Mb/s,，輸入級與3.3 V電平兼容，功耗低,；芯片電磁輻射低,，在暫態(tài)時(shí)自動對總線引腳進(jìn)行保護(hù)，其差分接收器能抗寬范圍的共模干擾和抗電磁干擾,，沒有上電的節(jié)點(diǎn)對總線無影響,，具有很強(qiáng)的保護(hù)總線能力。
　　輪胎定位匹配儀有人性化的人機(jī)界面接口,。本設(shè)計(jì)使用MPC5606S片內(nèi)的160 KB專用的Video SRAM和DCU圖像控制單元直接驅(qū)動TFT液晶屏(Wide Quarter VGA－WQVGA,，400像素×240像素)，使用菜單式界面,，顯示現(xiàn)場無線傳感器節(jié)點(diǎn)的狀態(tài),，并通過芯片內(nèi)部的SIU系統(tǒng)綜合單元實(shí)現(xiàn)鍵盤操作，完成用戶對各個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)功能參數(shù)和輪胎定位匹配儀的設(shè)定(包括輪胎位置,、低頻喚醒命令格式、終端地址,、通信速率,、操作優(yōu)先級等)，這些參數(shù)直接保存在MPC5606S的片上SRAM里,。
　　為保證輪胎定位匹配儀的可靠運(yùn)行,，MPC5606S使用芯片內(nèi)部的軟件看門狗定時(shí)器SWT(Software Watchdog Timer)，如果處理器發(fā)生故障,，軟件看門狗定時(shí)器將溢出,，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)中斷和硬件復(fù)位信號重新啟動處理器,。
3 軟件控制策略及通信協(xié)議
3.1無線傳感器節(jié)點(diǎn)軟件控制策略及通信協(xié)議
　　無線傳感器節(jié)點(diǎn)在實(shí)時(shí)監(jiān)測胎壓的同時(shí)，始終在偵聽低頻喚醒命令,。一旦無線傳感器節(jié)點(diǎn)探測到輪胎定位匹配儀發(fā)出的喚醒命令,，立即進(jìn)入中斷，在中斷響應(yīng)中判斷喚醒命令的格式和要執(zhí)行的命令,，完成采樣胎壓,、溫度、加速度等信息,，并對無線傳感器節(jié)點(diǎn)芯片ID和現(xiàn)場采樣的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行曼徹斯特格式編碼,，然后以FSK的無線調(diào)制方式連續(xù)發(fā)送8個(gè)數(shù)據(jù)響應(yīng)幀到輪胎定位匹配儀，每個(gè)數(shù)據(jù)響應(yīng)幀間隔200 ms,，具體的無線傳感器節(jié)點(diǎn)喚醒中斷軟件流程圖如圖4所示,。無線傳感器節(jié)點(diǎn)無線通信數(shù)據(jù)幀格式如表1所示。

3.2 輪胎定位匹配儀軟件控制策略及通信協(xié)議
　　輪胎定位匹配儀軟件控制策略是：系統(tǒng)操作界面進(jìn)行初始化,，操作人員使用按鍵在菜單界面上選定左前輪胎的位置和命令,，然后啟動發(fā)送LF喚醒命令，低頻喚醒通信數(shù)據(jù)幀格式如表2所示,，同時(shí)輪胎定位匹配儀開始接收無線傳感器節(jié)點(diǎn)響應(yīng)的數(shù)據(jù)幀,，收到數(shù)據(jù)幀后，停止發(fā)送LF喚醒命令,，并在界面上顯示胎壓,、溫度、加速度和節(jié)點(diǎn)ID等信息,；依次對右前,、左后、右后輪胎進(jìn)行喚醒操作,，最后完成存儲該車的無線傳感器節(jié)點(diǎn)ID信息,，具體的輪胎定位匹配儀匹配過程軟件流程圖如圖5所示。

　　輪胎定位匹配儀與車身模塊或生產(chǎn)/檢測線等之間的CAN現(xiàn)場總線采用了基于CAN2.0及ISO11898的通信協(xié)議,，輪胎定位匹配儀CAN報(bào)文幀數(shù)據(jù)場格式如表3所示,。輪胎定位匹配儀接入車身模塊和生產(chǎn)/檢測線等后，上電初始化FlexCAN模塊,，設(shè)置模塊配置寄存器MCR和控制寄存器CTRL,，然后清空模塊報(bào)文緩沖區(qū)，設(shè)置好Rx掩碼字節(jié)和相應(yīng)寄存器的中斷屏蔽位后,，將MCR.HALT置1,，F(xiàn)lexCAN模塊準(zhǔn)備發(fā)送字節(jié)，進(jìn)行命令交互，將匹配過程中獲取的無線傳感器節(jié)點(diǎn)的信息上傳到車身模塊或生產(chǎn)/檢測線,，使車身模塊或生產(chǎn)/檢測線能夠自動識別無線傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息,，具體的輪胎定位匹配儀CAN通信協(xié)議流程圖如圖6所示。

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4 測試與結(jié)論
　　在TPMS臺架試驗(yàn)設(shè)備上,，對輪胎定位匹配儀進(jìn)行了臺架測試,，主要進(jìn)行了輪胎定位匹配測試和CAN現(xiàn)場總線通信測試。
4.1 輪胎定位匹配測試
??? 使用輪胎定位匹配儀樣機(jī),，對不同輪胎位置的無線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行持續(xù)的信息交互,，記錄連續(xù)300周期的測量數(shù)據(jù)，并將多組數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析, 結(jié)果如表4所示,。

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??? 由表4統(tǒng)計(jì)結(jié)果可見,，無線傳感器節(jié)點(diǎn)響應(yīng)輪胎定位匹配儀樣機(jī)喚醒命令的實(shí)際響應(yīng)時(shí)間接近理想響應(yīng)時(shí)間，響應(yīng)數(shù)據(jù)幀誤碼率低,，匹配過程中數(shù)據(jù)幀有效率大于97.33％,，說明使用便攜式輪胎定位匹配儀和輪胎內(nèi)的無線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互是可行的。
4.2 CAN現(xiàn)場總線通信測試
　　將CANalyst-Ⅱ接口卡連接輪胎定位匹配儀樣機(jī),，輪胎定位匹配儀讀取SRAM內(nèi)存儲的無線傳感器節(jié)點(diǎn)ID信息,，然后遵照CAN2.0的協(xié)議完成編碼，并進(jìn)行連續(xù)5 min的在線數(shù)據(jù)通信,，表5是輪胎定位匹配儀樣機(jī)向CAN-BUS上傳數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,。
??? 由表5可見，輪胎定位匹配儀樣機(jī)存儲數(shù)據(jù)功能有效,，CAN-BUS通信無遠(yuǎn)程幀和錯誤幀,，說明使用便攜式輪胎定位匹配儀將無線傳感器節(jié)點(diǎn)ID等信息上傳到車身模塊或生產(chǎn)/檢測線等是可行的。

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　　測試結(jié)果表明,，基于Power Architecture處理器的便攜式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)輪胎定位匹配儀設(shè)計(jì)可行,，輪胎定位匹配儀能夠準(zhǔn)確地喚醒和識別不同輪胎位置的無線傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測的輪胎信息，并且完成數(shù)據(jù)的分析和存儲,；在接入CAN-BUS后,，輪胎定位匹配儀讀取SRAM內(nèi)的數(shù)據(jù)正確，上傳數(shù)據(jù)沒有錯誤幀,，信息交互正常,，性能穩(wěn)定。