一拖多的TPMS主控制器下載器設(shè)計

姚 樂，管業(yè)鵬，金 星

（1.上海大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，上海200444；2.中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)所與信息技術(shù)研究所 上海200050；3.浙江中科領(lǐng)航汽車電子有限公司 浙江 杭州 311228）

一拖多的TPMS主控制器下載器設(shè)計

姚 樂1，2，3，管業(yè)鵬1，金 星2，3

（1.上海大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，上海200444；2.中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)所與信息技術(shù)研究所 上海200050；3.浙江中科領(lǐng)航汽車電子有限公司 浙江 杭州 311228）

針對市場上現(xiàn)有的TPMS主控制器下載器的不足，設(shè)計了一拖多的TPMS主控制器下載器。該下載器可以同時給一個或多個TPMS主控制器下載程序；可以選擇離線或在線下載，可以通過自身或者PC顯示下載狀態(tài)。實驗證明：該下載器下載程序的錯誤率為0%，讀出程序的成功率為100%，下載時間減少為3～4 s，比市場上現(xiàn)有的下載器提高了大約3倍時間。該下載器可以提高TPMS主控制器下載程序的效率，滿足了市場發(fā)展的需求，節(jié)省了企業(yè)的人力、物力，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。

胎壓監(jiān)測系統(tǒng)；下載器；CAN總線；I2C總線

輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)[1]（Tire Pressure Monitoring System，TPMS）是用于汽車行駛時實現(xiàn)對輪胎壓力的實時監(jiān)控的汽車安全系統(tǒng)，其主要作用是在汽車行駛過程中對輪胎氣壓進(jìn)行實時監(jiān)測，并對輪胎氣壓異常進(jìn)行報警，以確保行車安全。

每個TPMS都有一個主控制器[2-3]，主控制器是一塊用來控制測試溫度壓力的邏輯數(shù)字芯片，下載器用于給此主控制器下載程序之用[4-5]。隨著TPMS的廣泛應(yīng)用，目前市場的需求量越來越大[6-7]，而目前市場上的下載器都是一對一的在線下載，存在如下缺陷：1）效率低下，不能滿足市場的需求。2）耗費時間長，經(jīng)測試，僅僅下載時間約11 s左右，一個工人平均下載一次程序的時間為100 s（包括裝和卸TPMS主控制器的時間）。如果對于年產(chǎn)量十萬以上的情況，可能會有大部分時間耗費于下載過程。經(jīng)計算，如果企業(yè)采用輪休，即機(jī)器一年不休息，每個下載器一年最多可以下載30萬只，而此數(shù)量可能不能滿足市場的需求。針對此現(xiàn)象，現(xiàn)有技術(shù)通過以下方法進(jìn)行改進(jìn)：配置多臺電腦，相當(dāng)于并行同時下載。此方式雖然可以滿足量的要求，但是其需要增加大量人力（每一臺電腦需要配備一名工作人員）和物力，對于企業(yè)而言，成本較高。而一拖多的TPMS主控制器下載器通過重新設(shè)計下載器的結(jié)構(gòu)有效解決了這個問題，可以實現(xiàn)一臺電腦同時對多個TPMS主控制器進(jìn)行下載程序，也可以實現(xiàn)離線和在線下載，適合與企業(yè)生產(chǎn)線上的批量快速程序下載。

1 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)設(shè)計要求，實現(xiàn)一拖多的下載器，需要根據(jù)TPMS控制器的協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)，因為TPMS主控制的下載協(xié)議為I2C協(xié)議，而I2C協(xié)議支持單對多的通信方式[8]，因此可以通過改進(jìn)通信協(xié)議來實現(xiàn)同時對TPMS控制器進(jìn)行下載，系統(tǒng)總體框架圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框架圖

首先PC通過串口將編譯好的可執(zhí)行文件下載到下載器的EEPROM中，之后下載器通過I2C總線將程序下載到TPMS主控制器中。

下載器主要包含4個功能模塊：

1）上位機(jī)監(jiān)測與通信模塊。通過SCI串口完成下載器與上位機(jī)的通信，將編譯好的hex文件保存到EEPROM中；

2）程序存儲模塊。保存程序文件；

3）程序下載模塊?？刂芓PMS主控制器的狀態(tài)，檢測主控制器的狀態(tài)，并通過I2C總線將程序存儲模塊中的程序下載到主控制器中。

4）指示燈和按鍵模塊。指示燈顯示下載狀態(tài)，按鍵模塊控制下載開始和是否重新下載。

1.2 改進(jìn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由于下載器采用的是I2C總線給TPMS主控制器進(jìn)行下載程序，而 I2C的本質(zhì)上是分時下載[9-10]，并不是嚴(yán)格意義上的并行（同時）下載，考慮到下載器的成本已經(jīng)大大降低，因此可以應(yīng)用下載器的一對多的思路，并行多個下載器，但是由于PC與下載器的通信方式為SCI串口，只能實現(xiàn)一對一的通信[11]，不能實現(xiàn)一臺PC對多個下載器進(jìn)行監(jiān)控。而CAN通信是汽車電子通信中最常用的一對多的通信方式[12]，為此可以將通信方式改為CAN總線通信方式。這樣，PC既可以實時監(jiān)測各個下載器的狀態(tài)，也可以將可執(zhí)行程序發(fā)送給不同的下載器。改進(jìn)的系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2 改進(jìn)的硬件框圖

1.3 硬件框圖

硬件框圖如圖3所示。電源電路主要是給下載器以及TPMS主控制器供電。

圖3 硬件框架圖

下載器的主控制器用Freescale的16位微控制器MC9S12G48，該微控制器具有2個SCI串口、2個SPI接口、一個CAN總線控制器[13-14]，SCI用于和PC進(jìn)行通信，SPI用于和EEPROM進(jìn)行通信，CAN用來和PC進(jìn)行通信。

EEPROM電路主要用于存儲目標(biāo)板的應(yīng)用程序；由于TPMS中所使用的程序并不是很大，大約20 kb左右，為了能夠使下載器更好的兼容，所以采用Microchip公司的25AA512這款芯片，這款芯片采用的是SPI接口的通信方式[15-16]。

CAN電路主要是用于監(jiān)視多個下載器的下載狀態(tài)，由于MC9S12G48內(nèi)部已經(jīng)集成CAN控制器，因此只需要添加CAN驅(qū)動器，CAN驅(qū)動器采用的是NXP公司的TJA1040，具有抗干擾性好，低功耗等優(yōu)點。

I2C電路是通過GPIO進(jìn)行模擬的時序，用于給TPMS主控制器進(jìn)行下載程序，由于TPMS主控制器的下載協(xié)議為I2C通信。

按鍵和指示燈用于離線下載時顯示完成和下載成功。

2 軟件設(shè)計與實現(xiàn)

由于下載器的主要任務(wù)是與PC進(jìn)行通信，將PC發(fā)送的應(yīng)用程序存儲到EEPROM中，最后將程序通過I2C總線下載到TPMS主控制器的地址范圍，并通過LED顯示下載狀態(tài)。

軟件的工作流程為：啟動，檢查EEPROM是否有程序，若否，則檢查PC是否發(fā)送要下載的程序文件，直至發(fā)送完成；若是，則1）檢查是否有按鍵按下、2）檢查是否有PC發(fā)送的消息，若1），開始下載，直到下載結(jié)束；若2），是否讀取程序，若是，讀取TPMS主控制器中的程序，直到讀取完畢，若否，判斷是否為下載程序，判斷為是的情形下，給TPMS下載程序，直到下載結(jié)束，判斷為否的情形下，是否為校驗程序，檢驗程序直到結(jié)束。系統(tǒng)的軟件流程圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)軟件流程圖

3 實驗測試

為了證明本下載器確實實現(xiàn)了高效的效果，先做如下實驗，實驗測試具體指標(biāo)如下：

1）使用市場上的TPMS主控制器的下載器與本下載器下載同一程序，測試下載時間，市場上的下載器的下載時間為11 s，而本下載器的下載時間為3～4 s；

2）下載完數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗:使用本下載器下載程序，使用市場上的下載器讀出TPMS主控制器中的程序并和原程序進(jìn)行比較，錯誤率為0%；

3）讀數(shù)據(jù)校驗:使用市場上的下載器下載程序，并使用本下載器將TPMS主控制器中的程序讀出來并進(jìn)行比較，錯誤率為0%。

4 結(jié) 論

文中設(shè)計了一拖多的TPMS主控制器下載器，解決了一對一和一對多的在線或離線下載的需求，經(jīng)實驗證明該下載器的下載速度為3～4 s，大大縮短了整個下載時間，可以滿足高產(chǎn)量的需求，從而滿足市場的發(fā)展需求。該下載器具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉便于現(xiàn)場升級更新等優(yōu)點。目前已經(jīng)成功在TPMS的量產(chǎn)中得到應(yīng)用并取得了良好的效果。

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Design of one to many TPMS master controller downloads

YAO Le1，2，3，GUAN Ye-peng1，JIN Xing2，3
（1.School of Communication and Information Engineering，Shanghai University，Shanghai 200444，China；2.Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology，Shanghai 200050，China；3.Zhejiang Autorock Electronics Co.，Ltd，Hangzhou 311228，China）

Aiming at shortcomings of existing problems of the Tire Pressure monitoring system（TPMS）master controller downloads，one to many TPMS Master Controller Downloads is designed.The downloads can download the program at the same time to one or more TPMS master controller.Problem can be downloaded offline or online，and download status can be displayed by the downloads itself or the PC.Experimental results indicate that the error rate of the download program is 0%，the success rate of readout program is 100%，and the program download time reduced to 3～4 s，which improved about 3 times than the existing downloads.The system can improve the efficiency of the TPMS master controller download program，meet the need of the market development，save the human and material resources，and reduce the production costs of enterprises.The system has extremely high industrial production value.

TPMS；downloads；CAN BUS；I2C bus

TN919.5

：A

：1674－6236（2017）06-0089-03

2016-03-22稿件編號：201603290

姚 樂（1991—），男，山西運城人，碩士研究生。研究方向：嵌入式軟件。