高效TPMS傳感器模塊測試系統(tǒng)及方法

吳云鵬，金星，殷景華

（1.哈爾濱理工大學(xué)黑龍江哈爾濱150006；2.浙江中科領(lǐng)航汽車電子有限公司浙江杭州311228）

高效TPMS傳感器模塊測試系統(tǒng)及方法

吳云鵬1，2，金星1，2，殷景華1

（1.哈爾濱理工大學(xué)黑龍江哈爾濱150006；2.浙江中科領(lǐng)航汽車電子有限公司浙江杭州311228）

汽車已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚慕煌üぞ摺］喬プ鳛槠囆旭偨Y(jié)構(gòu)的重要組成部分，其不僅承載著汽車的全部質(zhì)量，還要給汽車提供推進力。因此對輪胎進行實時監(jiān)控的TPMS應(yīng)運而生。然而現(xiàn)有技術(shù)中，對TPMS傳感器模塊的性能測試多為手動進行。手動測試效率低下且精度較低。為了保證傳感器模塊的準(zhǔn)確性，現(xiàn)今行業(yè)內(nèi)需要提供一種高效TPMS傳感器模塊的測試系統(tǒng)及測試方法。所述測試系統(tǒng)至少包括：屏蔽箱、傳感器測試工裝、測試控制器、頻譜分析儀和微處理器；所述傳感器測試工裝和所述測試控制器均置于所述屏蔽箱內(nèi)；所述測試控制器與所述微處理器相連，所述頻譜分析儀與所述微處理器相連。本發(fā)明的TPMS傳感器模塊的測試系統(tǒng)及測試方法測試效率高、測試準(zhǔn)確度高，且操作簡單，易于實現(xiàn)。

TPMS；傳感器；測試系統(tǒng)；測試方法；效率；準(zhǔn)確度

汽車是現(xiàn)代化的交通工具，已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚慕煌üぞ摺ｋS著汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，人們對于安全的重視也越來越高。輪胎是汽車行駛機構(gòu)的重要組成部分，其不僅承載著汽車的全部質(zhì)量，還要給汽車前進提供推進力，并且起到緩和地面沖擊的作用［1］。因此，用于對輪胎進行實時監(jiān)控的TPMS應(yīng)運而生，TPMS正是基于對汽車輪胎氣壓狀態(tài)監(jiān)測這種需求而設(shè)計開發(fā)的一項提高汽車主動安全性的電子裝置［2］，可提醒駕駛員注意可能出現(xiàn)的安全問題，起到提前預(yù)防事故的作用。很多國家和地區(qū)已經(jīng)通過法律的手段將TPMS作為汽車的標(biāo)準(zhǔn)配件［3］。

TPMS是一種采用無線傳輸技術(shù)，利用固定于汽車輪胎內(nèi)的高靈敏度微型無線傳感裝置在行車或靜止的狀態(tài)下采集汽車輪胎壓力、溫度、加速度等數(shù)據(jù)［4］，并將數(shù)據(jù)傳送到駕駛室內(nèi)的主機中，以數(shù)字化的形式實時顯示汽車輪胎壓力、溫度、加速度等相關(guān)數(shù)據(jù)，并在輪胎出現(xiàn)異常時（預(yù)防爆胎）以蜂鳴或語音等形式提醒駕駛者進行預(yù)警的汽車主動安全系統(tǒng)，能夠確保輪胎的壓力和溫度維持在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，具有減少爆胎、毀胎的概率，降低油耗和車輛部件的損壞的作用。

TPMS通過傳感器模塊和監(jiān)測模塊實現(xiàn)對輪胎壓力的實時監(jiān)控。TPMS傳感器是一個集成了半導(dǎo)體壓力傳感器、半導(dǎo)體溫度傳感器、數(shù)字信號處理單元和電源管理器的片上系統(tǒng)模塊［5］，用于實時監(jiān)測輪胎的溫度、壓力以及加速度數(shù)據(jù)，并將監(jiān)測到數(shù)據(jù)通過無線信號發(fā)送出去。監(jiān)測模塊用于接收傳感器模塊發(fā)送過來的無線信號，通過計算分析得到當(dāng)前的輪胎壓力、溫度和故障情況，以便駕駛員了解輪胎的狀況［6］。

TPMS傳感器模塊是TPMS的核心，其性能直接關(guān)系到TPMS的準(zhǔn)確性?，F(xiàn)有技術(shù)中，對TPMS傳感器模塊的性能測試多為手動進行。手動測試TPMS傳感器模塊具有以下不足：一是效率低下；二是受到測試者的主觀因素影響，測試的準(zhǔn)確度不穩(wěn)定。因此，為了保證TPMS傳感器模塊的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，需要提供一種非手動的TPMS傳感器模塊的測試系統(tǒng)及測試方法。

1　測試系統(tǒng)

鑒于手動測試TPMS傳感器模塊的缺點，現(xiàn)今行業(yè)內(nèi)急需一種自動的TPMS傳感器模塊的測試系統(tǒng)及測試方法，用于對TPMS傳感器模塊進行測試，以保證TPMS傳感器模塊的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，故研發(fā)一套如圖1所示的TPMS傳感器模塊測試系統(tǒng)，包括：屏蔽箱、傳感器測試工裝、測試控制器、頻譜分析儀和微處理器。傳感器測試工裝和測試控制器均置于所述屏蔽箱內(nèi)；屏蔽箱用于屏蔽外界對TPMS傳感器模塊的電磁干擾；傳感器測試工裝用于固定TPMS傳感器模塊；測試控制器與所述微處理器相連，用于觸發(fā)TPMS傳感器模塊，接收TPMS傳感器模塊傳送來的包含TPMS傳感器模塊ID、屏蔽箱內(nèi)的壓力值和溫度值的射頻信號并觸發(fā)頻譜分析儀，以及解調(diào)射頻信號并將解調(diào)得到的TPMS傳感器模塊ID、屏蔽箱內(nèi)的壓力值和溫度值傳送至微處理器；頻譜分析儀與測試控制器和微處理器相連，用于接收TPMS傳感器模塊傳送來的射頻信號，獲取射頻信號的射頻性能參數(shù)并傳送至微處理器；微處理器用于將接收到的屏蔽箱內(nèi)的壓力值、溫度值和射頻性能參數(shù)與預(yù)設(shè)的壓力值、溫度值和射頻性能參數(shù)進行比較，判斷TPMS傳感器模塊是否合格，并將TPMS傳感器模塊ID、接收到的壓力值、溫度值和射頻性能參數(shù)、合格信息以及測試時間記錄于數(shù)據(jù)庫中；測試控制器通過USB/RS-232線纜與微處理器相連用于發(fā)送傳感器ID、胎壓與溫度；頻譜分析儀通過USB/GPIB/LAN線纜與微處理器相連用于發(fā)送射頻性能。射頻性能參數(shù)包括射頻信號的中心頻率、頻偏、功率。系統(tǒng)還包括打印機，打印機與所述微處理器相連，用于將TPMS傳感器模塊的合格信息以及測試時間以二維碼或文字的形式打印在TPMS傳感器模塊殼體上。

圖1TPMS傳感器模塊測試系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2　測試原理

本測試系統(tǒng)的主要目的在于實現(xiàn)一種自動測試的模式并且提高測試的精準(zhǔn)性。

對于測試系統(tǒng)的自動實現(xiàn)，我們主要通過傳感器測試工裝和測試控制器來實現(xiàn)。傳感器測試工裝用于固定TPMS傳感器模塊。測試控制器可以由按鍵控制，用于觸發(fā)TPMS傳感器模塊，接收TPMS傳感器模塊傳送來的包含TPMS傳感器模塊ID、屏蔽箱內(nèi)的壓力值和溫度值的射頻信號并觸發(fā)頻譜分析儀，解調(diào)射頻信號并將解調(diào)得到的TPMS傳感器模塊ID、屏蔽箱內(nèi)的壓力值和溫度值傳送至微處理器。

測試控制器模塊還可細(xì)化為圖2所示結(jié)構(gòu)。按鍵按下時，測試控制器中的低頻通過發(fā)送一個特定的低頻信號至TPMS傳感器模塊來觸發(fā)TPMS傳感器模塊。傳感器模塊會被該特定低頻信號出發(fā)，即感測當(dāng)前屏蔽箱內(nèi)的壓力和溫度，并將自身ID、壓力值和溫度值以射頻信號方式發(fā)射出來，然后由測試控制器的高頻接收芯片接收并解調(diào)，解調(diào)具體過程為對傳感器發(fā)送的射頻信號進行曼徹斯特解碼，而后將解調(diào)好的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給微處理器，同時也給頻譜分析儀一個電信號使其進入測試模式，具體流程如圖3所示。

圖2　測試控制器結(jié)構(gòu)圖

圖3　塊測試控制器工作流程圖

然而傳統(tǒng)手動測試方式一般需要用壓力泵加壓來觸發(fā)傳感器。壓力泵需要很長的時間來進行加壓，而且傳感器只能在有較大壓力差時才能觸發(fā)，使用壓力泵加壓一次只夠使用數(shù)次，操作十分復(fù)雜且浪費時間。這種用低頻信號觸發(fā)傳感器相比傳統(tǒng)手動的測試方式節(jié)省了大量時間。

測試系統(tǒng)的精準(zhǔn)性由屏蔽箱和微處理器模塊來實現(xiàn)。屏蔽箱用于屏蔽外界對TPMS傳感器模塊的電磁干擾。屏蔽箱利用導(dǎo)電或者導(dǎo)磁材料制成的各種形狀的屏蔽體，將電磁能力限制在一定空間范圍內(nèi)，用于抑制輻射干擾，并對傳導(dǎo)和輻射進行處理，從而給被測設(shè)備提供無干擾的測試環(huán)境。

微處理器用于將接收到的屏蔽箱內(nèi)的壓力值、溫度值和射頻性能參數(shù)與預(yù)設(shè)的壓力值、溫度值和射頻性能參數(shù)進行比較，判斷TPMS傳感器模塊是否合格，并將TPMS傳感器模塊ID、接收到的壓力值、溫度值和射頻性能參數(shù)、合格信息以及測試時間以字節(jié)碼的形式記錄于微處理器的EEPROM中（EEPROM為微處理器中的一種存儲結(jié)構(gòu)）。通過判斷接收到的屏蔽箱內(nèi)的壓力值、溫度值和射頻性能參數(shù)與預(yù)設(shè)的壓力值、溫度值和射頻性能參數(shù)的差值是否在標(biāo)準(zhǔn)閾值內(nèi)，來判斷TPMS傳感器模塊是否合格。如果在標(biāo)準(zhǔn)閾值內(nèi)，則判斷TPMS傳感器模塊合格；否則，不合格。若屏蔽箱內(nèi)的壓力值、溫度值和射頻性能參數(shù)中至少有一個參數(shù)不在預(yù)設(shè)閾值內(nèi)，則認(rèn)定TPMS傳感器模塊不合格。

微處理器的數(shù)據(jù)對比由軟件實現(xiàn)，算法的核心由串口驅(qū)動程序、數(shù)據(jù)解析和數(shù)據(jù)對比三個部分實現(xiàn)。其中，串口驅(qū)動程序用于驅(qū)動連接測試控制器和頻譜分析儀的兩個串口；數(shù)據(jù)解析算法用于正確解析兩個串口發(fā)來的數(shù)據(jù)，串口數(shù)據(jù)以高低電平形式發(fā)送至微處理器，微處理器需要將波特率設(shè)置為和連接設(shè)備相同波特率，以相應(yīng)的頻率截取高低電平并將其轉(zhuǎn)化為字節(jié)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)分析算法用于將接受的數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)在微處理器內(nèi)的數(shù)據(jù)進行對比，為胎壓、溫度等性能參數(shù)設(shè)置相應(yīng)全局標(biāo)志變量，如果數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)值之差取的絕對值超過合格閾值，則將該參數(shù)的全局標(biāo)志變量置為一，最后通過檢查標(biāo)志位狀態(tài)來決定傳感器是否合格。

3　具體測試方法

測試系統(tǒng)還需提供一種相應(yīng)的TPMS傳感器模塊的測試方法，包括以下步驟：首先將TPMS傳感器模塊置于屏蔽箱內(nèi)的傳感器測試工裝上，關(guān)閉屏蔽箱；通過按鍵啟動測試控制器，測試控制器通過發(fā)送一個特定的低頻信號至TPMS傳感器模塊來觸發(fā)TPMS傳感器模塊，TPMS傳感器模塊發(fā)射包含有TPMS傳感器模塊ID、屏蔽箱內(nèi)的壓力值和溫度值的射頻信號；待測試控制器接收TPMS傳感器模塊傳送來的射頻信號并觸發(fā)頻譜分析儀，解調(diào)所述射頻信號并將解調(diào)得到的TPMS傳感器模塊ID、屏蔽箱內(nèi)的壓力值和溫度值傳送至微處理器；隨后頻譜分析儀接收TPMS傳感器模塊傳送來的射頻信號，獲取射頻信號的射頻性能參數(shù)并傳送至微處理器；最后微處理器將接收到的屏蔽箱內(nèi)的壓力值、溫度值和射頻性能參數(shù)與預(yù)設(shè)的壓力值、溫度值和射頻性能參數(shù)進行比較，判斷TPMS傳感器模塊是否合格，并將TPMS傳感器模塊ID、接收到的壓力值、溫度值和射頻性能參數(shù)、合格信息以及測試時間記錄于微處理器中；最后打印機將TPMS傳感器模塊的ID、TPMS傳感器模塊的合格信息以及測試時間以二維碼或文字的形式打印在TPMS傳感器模塊的殼體上。參照圖2，TPMS傳感器模塊的測試方法包括以下步驟。

圖4TPMS傳感器模塊測試流程圖

4　結(jié)束語

綜上所述，本文介紹的TPMS傳感器模塊的測試系統(tǒng)及測試方法測試效率高、測試準(zhǔn)確度高，且操作簡單，易于實現(xiàn)。所以，該測試系統(tǒng)與方法有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。

［1］吳中漢.汽車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）設(shè)計［D］.杭州：浙江大學(xué)，2006.

［2］歐陽濤.汽車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）評價與測試方法研究［D］.長春：吉林大學(xué)，2010.

［3］陳瓊.胎壓監(jiān)測系統(tǒng)強制國標(biāo)即將實施利益互博幾家歡喜幾家愁［J］.汽車縱橫，2015（4）:108-111.

［3］Chen Qiong.TPMS will be implemented mandatory as national standard The interests of each stroke Who may happy and who may cry［J］.Car freely，2015（4）.

［4］任建強.汽車TPMS性能的實物聯(lián)機測試系統(tǒng)研究［J］.現(xiàn)代制造工程，2010（12）:122-124.

［5］顏重光.TPMS的設(shè)計方案思考［J］.電子質(zhì)量，2005，（7）:1-4.

［6］關(guān)士巖.基于TPMS的無線傳輸性能測試實驗系統(tǒng)的研究［D］.長春：吉林大學(xué)，2007.

An efficient test system of TPMS sensor module and it's method

WU Yun-peng1，2，JIN Xing1，2，YIN Jing-hua1
（1.Harbin Institute of Technology，Harbin 150006，China；2.Zhejiang Autorock Electronics Co.，Ltd，Hangzhou 311228，China）

Car has become an everyday essential means of transport.As an important part of car's tire structure，tire not only carries the entire mass of the car，but also provides propulsion to the vehicle.Therefore，a real-time monitoring of tire TPMS emerges as the times require.However，in existing technology，testing TPMS sensor module by manual operation is most common.Manual testing is inefficient and inaccurate.In order to ensure the accuracy of the sensor module，the current industry needs to provide an efficient test systems and an efficient test method for TPMS sensor module.The test system includes at least:a shielding box，sensor test tooling，test controller，spectrum analyzer and a microprocessor；the sensor test fixture and the test controller are placed inside the shielding box；the test control and said microprocessor is connected to the spectrum analyzer is connected to the microprocessor.The test system and test method of TPMS sensor module in the present invention tests efficiency and accurate，the operation is simple and easy to implement.

TPMS；sensor；test system；test method；efficiency；accuracy

TN99

A

1674－6236（2016）17-0188-03

2015-08-15稿件編號：201508078

吳云鵬（1991—），男，黑龍江佳木斯人，碩士。研究方向：汽車電子。