在現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集層，無線傳感器節(jié)點群(胎壓監(jiān)測系統(tǒng)無線傳感器節(jié)點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ID等參數(shù)和變量，進行運算和編碼處理，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)點發(fā)送來的數(shù)據(jù)后，進行分析、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直接進行數(shù)據(jù)交互，完成匹配（匹配過程也就是獲取輪胎內無線傳感器節(jié)點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或修理中心、4S店安全性能檢測線主控機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)點群的參數(shù)進行顯示、存儲、分析、打印等。
　　無線傳感器節(jié)點完成匹配后，汽車交給駕駛員使用，車身模塊內的內置接收機直接接收本臺車的無線傳感器節(jié)點采樣的胎壓、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)點和輪胎定位匹配儀硬件設計
2.1 無線傳感器節(jié)點硬件設計
　　無線傳感器節(jié)點主要用來實時監(jiān)測輪胎內部氣壓和溫度的狀況，再通過無線調制方式將數(shù)據(jù)發(fā)送出來?？紤]到胎壓和溫度監(jiān)測的精確性，無線傳感器節(jié)點的傳感器芯片選用美國Freescale半導體公司生產的MPXY8300芯片，它是一款胎壓監(jiān)測系統(tǒng)專用的S08內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，內置具有可選的ASK和FSK調制能力的315/434 MHz RF發(fā)射機、采用差動輸入方式125 kHz的LF的檢波/解碼接收機、COP看門狗（Computer Operating Properly Watchdog）、低功耗喚醒定時器、BDC（Background Debug Controller）后臺調試控制器等多種硬件資源，無線傳感器節(jié)點硬件電路原理框圖如圖2所示。由于MPXY8300微處理器芯片外設功能全面，使得硬件電路設計非常簡單，從而提高了無線傳感器節(jié)點的穩(wěn)定性。

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2.2 輪胎定位匹配儀硬件設計
　　輪胎定位匹配儀既要實現(xiàn)與無線傳感器節(jié)點進行信息交互，又要通過CAN現(xiàn)場總線和車身模塊或者生產/檢測線主控機等完成數(shù)據(jù)上傳。為此，輪胎定位匹配儀的主控芯片選用美國Freescale半導體公司生產的新一代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的內核處理器，運算能力強，內置SRAM、Flash存儲空間、軟件看門狗定時器、2路FlexCAN控制器、2路模組輸入輸出設備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算、實時輸入和輸出的能力, 同時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計。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，幫助處理器實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集、運算和處理，這樣的芯片結構使得MPC5606S無須外擴存儲芯片，就能完全滿足輪胎定位匹配儀的設計要求。
　　MPC5606S內置模組輸入輸出設備eMIOS，設定PWM方式，向無線傳感器節(jié)點發(fā)出125 kHz的低頻喚醒指令，其方法簡單有效，功能實現(xiàn)難度低，可靠性強。
　　輪胎定位匹配儀要接收無線傳感器節(jié)點發(fā)送的信號，需要連接外圍的射頻接收芯片。本設計使用美國Freescale生產的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兩種解調方式；內置數(shù)字和模擬接收信號強度指示器，接收靈敏度高達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,功能非常強大。MPC5606S使用內置的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)點發(fā)送的輪胎壓力、溫度、加速度、電壓、節(jié)點ID等信號。
　　MPC5606S芯片的內置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。本設計中使用了Philips生產的TJA1050，該芯片完全遵循ISO11898規(guī)范，通信速率最高可達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)時自動對總線引腳進行保護，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)點對總線無影響，具有很強的保護總線能力。
　　輪胎定位匹配儀有人性化的人機界面接口。本設計使用MPC5606S片內的160 KB專用的Video SRAM和DCU圖像控制單元直接驅動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)點的狀態(tài)，并通過芯片內部的SIU系統(tǒng)綜合單元實現(xiàn)鍵盤操作，完成用戶對各個無線傳感器節(jié)點功能參數(shù)和輪胎定位匹配儀的設定(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行，MPC5606S使用芯片內部的軟件看門狗定時器SWT(Software Watchdog Timer)，如果處理器發(fā)生故障，軟件看門狗定時器將溢出，同時產生一個中斷和硬件復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)點軟件控制策略及通信協(xié)議
　　無線傳感器節(jié)點在實時監(jiān)測胎壓的同時，始終在偵聽低頻喚醒命令。一旦無線傳感器節(jié)點探測到輪胎定位匹配儀發(fā)出的喚醒命令，立即進入中斷，在中斷響應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)點芯片ID和現(xiàn)場采樣的數(shù)據(jù)信息進行曼徹斯特格式編碼，然后以FSK的無線調制方式連續(xù)發(fā)送8個數(shù)據(jù)響應幀到輪胎定位匹配儀，每個數(shù)據(jù)響應幀間隔200 ms，具體的無線傳感器節(jié)點喚醒中斷軟件流程圖如圖4所示。無線傳感器節(jié)點無線通信數(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，同時輪胎定位匹配儀開始接收無線傳感器節(jié)點響應的數(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ID等信息；依次對右前、左后、右后輪胎進行喚醒操作，最后完成存儲該車的無線傳感器節(jié)點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/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/檢測線等后，上電初始化FlexCAN模塊，設置模塊配置寄存器MCR和控制寄存器CTRL，然后清空模塊報文緩沖區(qū)，設置好Rx掩碼字節(jié)和相應寄存器的中斷屏蔽位后，將MCR.HALT置1，F(xiàn)lexCAN模塊準備發(fā)送字節(jié)，進行命令交互，將匹配過程中獲取的無線傳感器節(jié)點的信息上傳到車身模塊或生產/檢測線，使車身模塊或生產/檢測線能夠自動識別無線傳感器節(jié)點發(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 測試與結論
　　在TPMS臺架試驗設備上，對輪胎定位匹配儀進行了臺架測試，主要進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，對不同輪胎位置的無線傳感器節(jié)點進行持續(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)進行統(tǒng)計分析, 結果如表4所示。

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??? 由表4統(tǒng)計結果可見，無線傳感器節(jié)點響應輪胎定位匹配儀樣機喚醒命令的實際響應時間接近理想響應時間，響應數(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的無線傳感器節(jié)點進行數(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，輪胎定位匹配儀讀取SRAM內存儲的無線傳感器節(jié)點ID信息，然后遵照CAN2.0的協(xié)議完成編碼，并進行連續(xù)5 min的在線數(shù)據(jù)通信，表5是輪胎定位匹配儀樣機向CAN-BUS上傳數(shù)據(jù)的統(tǒng)計結果。
??? 由表5可見，輪胎定位匹配儀樣機存儲數(shù)據(jù)功能有效，CAN-BUS通信無遠程幀和錯誤幀，說明使用便攜式輪胎定位匹配儀將無線傳感器節(jié)點ID等信息上傳到車身模塊或生產/檢測線等是可行的。

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　　測試結果表明，基于Power Architecture處理器的便攜式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)輪胎定位匹配儀設計可行，輪胎定位匹配儀能夠準確地喚醒和識別不同輪胎位置的無線傳感器節(jié)點監(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。