NPXI智能传感器的TPMS系统设计

　　Silicon Labs公司的C8051F4l0单片机是真正能独立工作的片上系统。该芯片具有片内上电复位、VDD监视器、看门狗定时器和时钟振荡器，Flash存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新固件。片内Silicon Labs二线(C2)开发接口允许使用安装在最终应用系统上的产品MCU进行非侵入式(不占用片内资源)、全速的在系统调试。调试逻辑支持观察和修改存储器及寄存器，支持断点、单步、运行和停机命令。在使用C2进行调试时，所有的模拟和数字外设都可全功能运行；并且2个C2接口引脚可以与用户功能共享，使在系统调试功能不占用封装引脚。

　　使用C8051 F4lO 芯片的主控电路框图如图5所示。

　　2 软件实现与仿真实验

　　2．1 数据传输格式

　　为实现系统轮胎模块和接收模块之间可靠的无线通信，发射机和接收机之问必须以一定的协议进行通信。发射模块中的MCU发送数据时以数据帧方式进行，通过数据帧的前导位唤醒接收模块，其帧格式如下：

　　其中，前导位的作用是唤醒接收器和指示有实际的数据跟随；轮胎ID用来识别和确定轮胎位置；压力值和温度值传送实际的测量值；状态位指示当前的系统状态；校验和用来验证数据正确性；停止位指示数据帧的结束。

　　2．2 软件设计

　　因为发送模块的设计要考虑节电功能，所以模块平时处于休眠状态，当接收到加速度唤醒信号时进行测量并传输数据，其程序流程如图6所示。接收模块的程序流程如图7所示。接收模块上电后，首先配置MCU和RF接收芯片，然后开始接收数据。当收到数据后，MCU校验轮胎1D，当确认轮胎ID有效后，MCU处理该数据并显示数据。最后，MCU根据设置的阈值决定是否作出超压、欠压及漏气等报警动作。

　　2．3 仿真实验

　　由本文设计的TPMS系统在与实际工作情况相类似的情况下做了仿真实验，其中实验压力变化范围为100～250 kPa，轮胎温度变化范围为O～90℃。本文设计的TPMS系统测量数据与标准压力计与温度计的比较情况如表2所列。

　　由以上实验可以看出，本TPMS系统测量得到的压力和温度值基本正确，误差在允许范围之内。

　　3 结 论

　　轮胎压力和温度的实时监测和报警系统是汽车安全系统必备的功能之一，其中直接式TPMS系统是当前主要的实现方式。本文针对GE公司的NPX I芯片进行了汽车直接式TPMS系统设计，其中发射模块采用NPX I芯片及发射芯片PCH7900，接收模块采用MAXl473接收芯片及C8051F410单片机实现。与其他TPMS系统方案比较，本设计所采用的NPX I芯片集成了压力传感器、温度传感器及微处理器MCU，集成度高，性能稳定，可以实现传感器数据与微处理器之间高效可靠的通信。接收端采用C805lF410单片机作为主控芯片，该芯片功能强大、支持在线调试，并具有良好的性价比。