（通信与信息系统专业论文）汽车胎温胎压监测系统无线手持设置终端的设计与实现研究.pdf

汽车胎温胎压监测系统无线手持设置终端的设计与实现研究 摘要 随着汽车成为人们生活中不可或缺的生活工具，由汽车爆胎导致的安全事故也层出 不穷，汽车胎温胎压监测系统( t p m s ) 就应运而生。t p m s 模块一般是固定在汽车轮 胎内部，具有不易拆卸的特点，并具有唯一i d 编码。汽车出厂时会将各个轮胎内t p m s 系统唯一i d 编码预置到汽车仪表终端，从而实现点对点的监测，但是，当汽车轮胎损 坏需要更换或者t p m s 模块损坏需要更换时，如何高效稳定的实现对汽车仪表终端内i d 编码进行更新，目前尚无比较完整的方案。一般来讲，都是通过有线的方式，在汽车维 修厂通过c a n 总线及计算机终端等工具去手动更改。此有线方式操作繁琐、效率低下、 自动化程度低并且应用灵活性较差。 本文研究的汽车胎温胎压监测系统无线手持设置终端是在哈尔滨威帝电子有限公 司委托下，针对汽车轮胎内t p m s 模块不易拆卸的特点而设计的一种通过无线方式自动 获取轮胎内传感器模块i d 号并重置汽车仪表终端内可监测传感器模块i d 号的手持终 端。该终端广泛应用于汽车总装厂、汽车维修厂、轮胎生产厂等场合，可以稳定高效自 动修改汽车仪表终端内参数，具有很强的市场竞争力和良好的市场前景。 文中给出了现有t p m s 系统工作流程图及通信协议等内容。根据系统设计要求详细 介绍了无线手持设置终端的软硬件设计原理，主要包括主控制系统设计、无线通信系统 设计、显示触摸系统设计、充电系统及电源系统设计等。本文设计选用3 2 位c o r t e x m 3 内核的a r m 微控制器作为控制核心，其高效快速的数据处理能力可以承担系统数据通 信及外围模块控制任务；无线通信系统包括方案选取、射频参数设计、天线网络设计及 软件设计，并对可能引起系统误码率和稳定性的因素进行了多方面分析；采用t f t 彩色 液晶显示器作为人机交互操作终端，采用触控方式以获得良好操控体验，显示触摸系统 设计包括硬件接口设计、触摸屏校准、人机交互界面u i 设计及系统软件设计等；本文 采用镍氢充电电池组作为系统可重复利用电源，详细阐述了内置充电系统的硬件设计方 法、参数的选取，进一步对实物充电性能进行了测试并给出了具体测试结果。本文对系 统整体软件构架及底层模块驱动进行了详细阐述并给出了实现方法，首次提出采用无线 自动方式实现对汽车仪表终端内参数进行更新的方案。为配合多车型使用，终端软件设 计兼容多种车型，可任意选取合适的车型进行轮胎传感器模块i d 号配置。本文还创新 性利用s d 卡及r 盯文件系统实现图形界面数据存取与显示调用，此方法可支持对人机 操作晃面u i 灵活设计和升级。为提高触摸操作精度，本文提出了一种改进型的触摸屏 哈尔滨工程大学硕士学位论文 校准算法并具有良好应用效果。为使系统在复杂电磁环境下可以稳定工作，本文设计了 性能优良的抗尖峰浪涌系统，按照国标i s 0 7 6 7 3 对实物系统进行了性能测试并取得了较 佳的效果。本文设计研究的样机已经过实际性能检验，目前已由哈尔滨威帝电子有限公 司批量生产。 关键词：胎温胎压监测；队4 4 2 l ；无线手持设置终端；t f t 触摸屏；抗尖峰浪涌 汽车胎温胎压监测系统无线手持设置终端的设计与实现研究 a bs t r a c t a sc a r sb e c o m ea ne s s e n t i a ll i f et 0 6 li 1 1 p e o p l e s1 i v e s ，s e c u r i t ) ，i n c i d e n t s c a u s e db y p u n c t u r e5 u r ea l s oe m e 玛i n g t h et i r et e m p e r a t u r ea 1 1 dp r e s s u r em o m t o r i n gs y s t e m ( t p m s ) c o m e si n t o b e i n g t h e t p m sm o d u l ei s p l a c e d i n s i d et 1 1 em o t o rv e b j c l e t i r e s ，w i t h c h a r a c t e r i s t i c sn o t e a s i l y a c c e s s i b l ea j l dh a sau 1 1 i q u ei dc o d e i no r d e rt om o n i t o r p e e 卜t o - p e e r ，t l l ea u t o m o b i l em a n u f a c t u r e sw i l lp r e s e tm e 砌q u ei dc o d eo ft p m s 血ot h e m o t o rv e k c l ed a s h b o a r dt e m l i l l a lw h e nt 1 1 em o t o rv e l l i c l ei sp r o d u c e d b u th o wt ou p d a t et 1 1 e d a s h b o a r dt e h n i n a li dc o d ee 伍c i e n t l ya 1 1 ds t a b l e l yw 1 1 e nt h et i r eo rt p m si sd 锄a g e dn e e d t ob er e p l a c e di sn om o r ec o i n p l e t ep r o g r 锄g e n e r a l l yi tc a 工lb ec h a n g e dm a n u a l l y 恤u 啦 t h ec a nb u sa n dm ec o m p u t e rt e m i n a l i nt h em o t o rv e l l i c l er e p a i rw o r k s h o p t h eo p e r a t i o n o ft h i s 晰r e dm o d ei sc u m b e r s o m e ，i n e 伍c i e n t ，l o wd e g r e eo fa u t o m a t i o n 舡l dl a c ko f n e x i b i l 时i na p p l i c a t i o n i n 伽sp a p e r ，m e 晰r e l e s sh a 工1 d - h e l dt e m i n a t o ru s e dt oc o 蚯g u r et p m si sc o i n m i s s i o n e d b yh a r b i nv i t ie l e c t r o 工1 i c sc o ，l t d a g a i n s tt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft p m s i n s i d ec a rt i r e si sn o t e a s i l yt od e m 0 1 i s h e ，ak n do fw h e l e s sh a n d h e l dt e 皿1 i n a t o ri sd e s i g n e dt 1 1 r o u g hw i r e l e s sw a y t og e tt 王l et i r es e n s o rm o d u l ei dc o d ea n dr e s e tt h em o t o rv e h i c l ed a s h b o a r dt e m l i n a l m o l l i t o r i n gs e n s o rm o d u l ei da u t o m a t i c a l l y i t i sw i d e l yu s e di nc a ra s s e 血b l yp l a n t ，m o t o r v e h i c l er e p a i rw o r k s h o p ，v e b i c l em a 血e n a i l c ep l a l l ta i l do 也e r s t h et e m l i n a t o rh a ss t r o n g m a r k e tc o m p e t i t i v e n e s sa 1 1 dg o o dm a r k e tp r o s p e c t sa si tc a l lb eu s e ds t a b l y ，e m c i e n t l ya n d a u t o m a t i c a l l yt ou p d a t et h ed a s h b o a r dt e n 】：1 i n a t o rp a r 锄e t e r s 1 1 1 i s p a p e rp r e s e m s也ee x i s t i n g t p m ss y s t e mw o r kf l o wa n dc o 删 n u i l i c a t i o n p r o t o c o l s ，e t c h a u r d w a r ea n ds o f h 7 a r ed e s i g np r i n c i p l e so fw i r e l e s sh a n d - h e l dt e m l i n a t o ra r e d e s c r i b e di nd e t a i la c c o r d i n gt ot h es y s t e md e s i g nr e q m r e m e n t s ，i n c l u d i n gm em a j nc o n t r 0 1 s y s t e md e s i g n ，w i r e l e s sc o m 删c a t i o ns y s t e md e s i g n ，也et o u c hs y s t e md e s i g n ，t 1 1 ec h a r g i n g s y s t e m a n d p o w e rs y s t e md e s i g l l t 1 1 i s d e s i g n u s e s3 2 - b i tc o r t e x - m 3c o r ea r m m i c r o c o n t r o l l e ra sc o n 仃0 1c o r e i t sf 奴a 工l de 伍c i e n td a t ap r o c e s s i n gc 印a b i l i t yc a l lt a k eo n 也e s y s t e md a ：t ac o m m l m i c a t i o n sa n dp e r i p h e r a lm o d u l er e q u r i r e m e m w i r e l e s sc o m m u i l i c a t i o n s y s t e mi n c l u d e sp r o g r a ms e l e c t i o n ，d e s i g l lo fr fp a r 锄e t e r s ，d e s i g no fa n t e l l l l an e 铆o r k 趴d s o 胁a r e t 1 1 ep a p e ra 1 1 a l y z sav 撕e t yo ff a c t o r sw m c hm a yc a u s et 1 1 es y s t e me m rr a t ea i l d 哈尔滨工程大学硕士学位论文 r e d u c em es t a b i l i 何p e o p l ec a 芏lg e tag o o do p e r a t 迦e x p e r i e n c eb yt f tl c d d i s p l a ya l l d 也e t o u c h o p e r a t i o n t h j sp a n i n c l u d e s廿l e d e s i 盟 o fh 砌w 鹏 i n t e 血c e ，t o u c h s c r e e n c a l i b r a t i o n ，m em a i l - m a c l l i n ei n t e r f a c eu ia i l ds o f h v a r e t h en i m hr e c h 鹕e a b l eb a t t e r yp a c k c a np r 0 v i d e 也ep o w e rt om es y s t e mr e p e a t l y t h ep a p e rd e s c r i b e s 也ed e s i g no fb u i l t - i 1 1 c h a r g i l l gs y s t e mh a r d w a r ea i l dp a r 锄e t e r s as p e c i f i ct e s tr e s u l to fc h a r g 谊gp e r f o m a n c ei s g a v eb yt e s t i n g 也et e 锄i 1 1 a t o r - t h i sp 印e rd e s c d b e sm eo v e r a l ls y s t e ms o f h 砒ea r c h j t e c n l r e a r nt 1 1 eu n d e r l y i l l gm o d u l ed r i v e r si 1 1d e t a i l t h ei 1 p l e m e n t a t i o no ft h es y s t e mi so r e da tt 1 1 e s 锄et i m e 1 1 1 ep 印e ro 恐r st l l ep r o p o s a lf i r s t l yw h j c hu p d a t e st 1 1 ec a rd a s h b o a r dt e 吼i 1 1 a t o r p a r a m e t e r sb yw i r e l e s sa u t o m a t i c l y t h es o f h a r eo ft h et e r m i n a t o rp r 0 v i d e sav a r i e 够o f m o d e l st om e e tm a n ya u t o m o b i l em o d e l s m e a n w h i l e ，a ni 衄o v a t i v es c h e m ei sp r o p o s e d 也a t u s et 1 1 es dt os a v e 血e 伊a p l l i c a ld a t aa 1 1 d 汀f i l es y s t e mt od i s p l a y t k sm e 也o ds u p p o r t st h e d e s i g 工1 o fm a l l 一m a c h i l l ei n t e r f a c eu ia 1 1 d u p 铲a d ef l e x i b l y a ni r n p r o v e dt o u c h s c r e e n c a l i b r a t i o na l g o r i 也mi sp r o p o s e dt oi m p r o v et 1 1 et o u c ho p e r a t i o na c c u r a c ya n di t1 1 a sag o o d a p p l i c a t i o nr e s u l t t h et e n 】1 i n a t o rc a nb es ta _ b i l i z e di nc o m p l e xe l e c t r o m a g n e t i ce n v i r o n 工n e n t 丽t l l 也ed e s i g l lo fe x c e l l e n ta n t i - s p i k es u r g e t h ep h y s i c a ls y s t e mi st e s t e da c c o r d a n c e 谢t h g bi s 0 7 6 7 3a 1 1 dm ep a p e ro 舵r sc o n c r e t er e s m t s 1 1 1 et 锄血a t o rh a sp a s s e d 也ep e r f o n n a n c e t e s ta n di th a sb e e ni 工lm a s sp r o d u c t i o nb yh a r b i l lv i t ie l e c t r o n j c sc o ，l t d k e yw o r d s ：t p m s ；认4 4 21 ；谢r e l e s sh a j l d - h e l dt e n n i l l a t o r ；t f tt o u c h - s c r e e n ；a n t i s p i k e s 苫e 第1 章绪论 第1 章绪论 汽车胎温胎压监测系统( t p m s ) 广泛应用于对汽车轮胎温度压强进行监控，从而 避免汽车在驾驶过程中由于轮胎温度过高或者路况复杂导致的爆胎现象，t p m s 主要由 安装于轮胎内部的传感器模块以及汽车驾驶台的显示平台组成。传感器模块放置在轮胎 内部具有不易拆卸的特点，这给现场查验它的i d 号带来了不便。根据这一特点及哈尔 滨威帝电子有限公司的要求，本文开展了手持传感器模块设置终端的研究工作。 1 1 研究背景和意义 t p m s 对于汽车行驶安全至关重要，是汽车安全中的热门研究方向，对于汽车轮胎 内部气体的压力监测，目前可分为间接式测量和直接式测量两种方法【1 3 j 。问接式测量 方法是利用车辆的防锁死制动系统( a b s ) ，对车辆轮速差进行测量，并测量轮胎直径 相对于气压泄漏的变化来得出轮胎的压力【4 7 j ，直接式测量方法是利用置于轮胎内部的 传感器来对轮胎内部环境进行直接的监测，这种方法测量直观，精度较高，目前大多数 监测系统都是使用直接测量的方案。直接测量法的t p m s 一般由位于轮胎内部的无线传 感器模块及汽车仪表终端的显示平台组成，显示平台模块内部存放有汽车各个轮胎的唯 i d 号码，用于接收显示各个轮胎的温度及气压状况。当汽车轮胎损坏或者t p m s 模 块损坏需要更换时，需要对汽车仪表终端显示平台内的传感器i d 号一起进行更新，从 而实现轮胎与显示数据的匹配，而传感器i d 号为内置系统唯一编码，无法用肉眼进行 识别，因此设计一种能自动获取轮胎内传感器模块i d 号并对仪表终端显示平台内的传 感器i d 号进行重置的设备，支持t p m s 产品后续的维护与升级，实现高效快速的更新 相应参数。 本课题的研究选自哈尔滨威帝电子有限公司委托开发的科研项目，主要是针对该公 司已经推向市场的t p m s 产品【8 】，设计与研究一种配套的维修与升级设备。该公司的 t p m s 设备采用直接式测量，汽车每个轮胎内部安装有无线t p m s 测量模块，每个模块 有自带的唯一i d 号。根据委托要求，本文设计采用无线信道作为数据传输信道，按其 t p m s 通信协议及特点，设计了自动捕获识别轮胎内t p m s 监测模块的i d 号，并存储 和以无线方式对汽车仪表终端显示平台内的i d 号进行重置。考虑到本设备需要应用到 汽车工厂以及维修厂等场合，为了便携使用，本设计采用手持方案，使用t f t 彩屏显示， 并利用触摸屏实现触控操作，内置可充电镍氢电池组可重复利用。本文设计研发的手持 终端目前已经经过实际检验，并由哈尔滨威帝电子有限公司开始批量生产。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 1 2 国内外技术研究现状 t p m s 是在上个世纪9 0 年代出现的，当时的汽车无法预知轮胎的实时状况，为了 缓解轮胎爆胎等因素导致的交通事故，出现了间接式测量轮胎压力状况的设备。随着人 们对汽车驾驶的安全性要求越来越高，t p m s 也得到了长足的发展，从最初的特殊汽车 安装t p m s 模块到现在逐渐成为汽车标配的模块之一，t p m s 也由间接式测量发展为直 接式测量方式，并且技术也越来越成熟。尽管t p m s 模块具有很广的应用范围，但是与 之对应的维修及升级设备，并未随之发展到成熟的阶段。每辆汽车的t p m s 模块都需要 有一个唯一的i d 号作为标识身份，从而能够有效稳定的实现数据的收发，避免漏报、 错报的情况。当汽车需要更换t p m s 模块时，目前广泛采用c a n 总线的方式来进行数 据更新，汽车维修厂通过c a n 总线将计算机接入到汽车仪表终端，将更换后的t p m s 模块i d 号写入到汽车仪表终端中，这样的操作方式带来如下几个问题： ( 1 ) 需要使用计算机及额外开发软件平台 由于没有专门的维修设备，汽车维修厂只能使用笔记本电脑通过c a n 总线接入到 汽车仪表终端，同时需要配套专门的更新软件，维修人员通过手动操作方式进行汽车仪 表终端内的传感器i d 号更新，采取此方式大大降低了操作的简洁性，同时需要的硬件 和软件成本开销大大提升。 ( 2 ) 操作的方便性问题 由于t p m s 模块置于汽车轮胎内部，若每次更换轮胎或更换轮胎内部的传感器模 块，按现行的维护模式就不可避免地需要使用c a n 总线，因此需在汽车仪表终端预留 c a n 接口。如果没有预留，那么维修人员就需要拆开汽车仪表终端面板，把笔记本电 脑经接口电路接入到汽车c a n 总线上，因此操作极为不便和繁杂。另外，由于传感器 模块i d 号编码也会因为标签脱落无法识别进而导致无法更换。再因传感器模块是内置 式，如果是直接更换轮胎，那么轮胎外部也需要贴上内部传感器模块i d 号标签，汽车 厂或维修厂的环境相对比较复杂，非常容易因为潮湿等状况发生脱落，从而导致i d 号 无法获取，这一系列的问题就导致了现有维护模式的不足。 ( 3 ) 操作的效率问题 有线操作方式一般分为线路接入、i d 号的读取与输入及更新操作等步骤，因为需 要手动获取i d 号以及输入到计算机平台，最后才能执行更新操作，整个过程都是手动 完成，操作的实效性大大降低，如果需要更换多个轮胎或者多个传感器模块，那么需要 花较长的时间，根据哈尔滨威帝电子有限公司提供的数据，目前完成一次更新，需耗时 2 第1 章绪论 5 1 0 分钟。因此伴随t p m s 系统装车数量的增加，现有维护模式最终将难以为继。 ( 4 ) 无法提供d i y 操作的可能 目前t p m s 模块虽然应用十分广泛，但是还没有达到成为车辆的绝对标配地步，很 多用户是在使用车辆的过程中，开始意识到汽车轮胎爆胎可能带来的安全问题，因此用 户如果需要升级，给汽车配备t p m s 模块，那么必须要到维修厂进行升级，由于没有对 应的更新设备，无法实现d i y 操作，如果有更简单便携的操作设备，那么就为汽车用户 d i y 设置提供了可能，用户也可能花费更低的费用，实现对车辆的升级改造。 本文主要针对目前维修和更换汽车轮胎及t p m s 传感器模块时参数更改所采用的 有线操作方式带来的各种问题，根据哈尔滨威帝电子有限公司提出的委托要求，设计和 研发一种无线手持设置终端来提高现有维护模式的工作效率，为t p m s 系统传感器更新 和重置提供解决方案。 1 3 论文的主要工作及结构安排 本文主要根据需求提出了系统整体方案，设计了无线手持设置终端的硬件系统，研 究了软件设计原理并实现整体软件设计，提出了触控操作方式并研究了屏幕触摸校准方 法，提出基于s d 卡和f a t 文件系统的容易设计的人机交互界面实现方法并给出了具体 设计，针对手持设备特点，设计了内部充电系统、电压监测系统及电源变换系统等。文 中首次提出采用大尺寸t f t 彩屏作为显示平台，采用触控操作方式，为配合各种车型的 使用，界面引入了多种车型兼容的软件设计模式，可以任意选取合适的车型及轮胎。 论文的章节安排如下： 第1 章，通过对t p m s 的发展概述引出本文的研究背景和意义，介绍了目前业界广 泛采用的技术方案、研究现状和存在的问题，并给出了本文的主要工作和结构安排。 第2 章，首先对哈尔滨威帝电子有限公司t p m s 系统进行了介绍，着重说明了其实 现模式以及通信流程，给出了无线手持设置终端的设计要求，整体设计方案以及整体框 图等内容。 第3 章，根据整体设计方案，对系统进行了硬件设计，对各个模块的设计思想、原 理及具体实现电路图都进行了详细的说明，计算相关参数并针对可能出现的问题进行分 析，主要包括整体控制电路、无线射频模块设计、充电系统设计及d c d c 转换电路设 计。 第4 章，主要讨论了图形交互界面设计与触摸屏校准算法研究，根据设计思想给出 了系统具体的设计界面，利用提出的校准算法用于对系统触摸校准。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第5 章，对系统的软件实现进行了详细的阐述，包括顶层软件设计和系统各模块底 层驱动程序的软件设计。 第6 章，对该手持设置终端的性能和相关参数进行测试并给出结果和分析。 最后对本文研究工作作出总结并给出结论，指出了有待进一步深入研究的内容。 第2 章无线手持设置终端的系统方案设计 第2 章无线手持设置终端的系统方案设计 2 1 汽车胎温胎压监测系统无线手持设置终端设计要求 根据哈尔滨威帝电子有限公司现有t p m s 系统在维护过程中出现的问题，本文提出 了一种全新的手持设置终端解决方案，该方案对车胎内传感器模块传送的数据进行截 获，再以经过修改后的无线自动收发的方式把原始轮胎内部的t p m s 传感器模块参数传 送给终端显示接收机，同时该方案支持c a n 接口扩展，采用t f t 触摸显示屏作为操作 控制和显示器件。 2 1 1 无线手持设置终端的功能要求 1 、通过无线方式获取汽车内t p m s 传感器模块的i d 号并存储； 2 、除采用无线通信的功能外，还支持c a n 总线接口，用于在特殊情况下采用有线 方式连接其他车载设备，例如汽车记录仪等其他车载终端； 3 、支持至少3 种轮胎布局方案，并支持任意切换布局方案，以支持更多的车型； 4 、选定汽车轮胎布局后，可以任意选定指定轮胎，并给出相应指示； 5 、系统显示及人机交互界面终端要求使用3 5 时以上触摸屏，哈尔滨威帝电子有限 公司建议使用5 o 时触摸屏，以获得更好的操作体验； 6 、需要设置给汽车仪表终端的更新i d 通过自动获取或者手动输入的方式实现，可 以不使用中文输入法，但至少要方便输入及切换； 7 、手持设备终端使用可重复利用电源( 如镍氢电池组、锂电池等) ，充电系统可以使 用分离的充电器或集成在手持设备终端中，要求设备续航能力达8 小时以上； 8 、具有扩展的存储系统，用于存储相关数据或者备用； 9 、兼容哈尔滨威帝电子有限公司t p m s 模块通信协议。 1 0 、支持低功耗模式，具体为支持触摸屏背光关闭及更低功耗下的待机模式，同时 支持触摸唤醒或其他唤醒操作。 2 1 2 无线手持设置终端主要技术指标 由于无线手持设置终端主要使用在汽车维修厂、轮胎装配厂等场合，要求具有较高 的稳定性以及可以在复杂的环境下使用，其主要技术指标如下： 1 、整体设备电源输入电压为直流9 v 3 2 v ； 2 、设备工作环境温度为3 0 0 c 7 5 。c ； 哈尔滨工程大学硕士学位论文 3 、工作环境湿度范围o 9 0 ； 4 、手持设置终端在正常使用状态下不低于8 小时的续航时间； 5 、无线信道工作频段为l s m 频段。 6 、无线手持设置终端在与汽车轮胎距离5 米范围内，单次设置成功率高于9 5 。 7 、无线手持设置终端具有待机和唤醒功能，无操作状态下15 秒进入关闭背光低功 耗模式，长时间无操作进入待机或停机模式。 2 2 无线手持设置终端整体设计 2 2 1 无线手持设置终端工作方式简介 汽车胎温胎压监测系统无线手持设置终端主要通过无线通信的方式，自动接收汽车 轮胎内部t p m s 传感器模块发出的信号，根据t p m s 发出的信号协议提取出传感器唯一 的i d 号，然后将i d 号再通过无线的方式设置到汽车仪表终端的设备中。无线手持设置 终端设备的使用示例如图2 1 所示。 图2 1 无线手持设置终端使用示例图 汽车每个轮胎内部都分别装有t p m s 传感器模块，该模块采用直接测量方式监测轮 胎的温度与气压，通过特定的通信协议【8 ，9 j 将所监测的参数打包发送到位于汽车仪表终端 的接收设备中，每个t p m s 模块具有唯一的传感器i d 号，同时在汽车仪表终端设备里， 预先存储了每个传感器模块对应的i d 号，从而实现点对点的接收，t p m s 系统原理示 意框图如图2 2 所示。 无线手持设置终端需要通过无线的方式自动获取轮胎内部传感器i d 号，并显示在 设备的显示面板上，同时可以人工命令将接收到的i d 号写入到汽车仪表终端的设备中， 从而实现对汽车仪表终端设备内传感器i d 号的自动更新。当汽车轮胎需要更换或者汽 车轮胎内的传感器模块需要更换时，可以轻松的实现二次匹配，达到预置i d 的目的。 可以简化操作流程，提高操作效率。 第2 章无线手持设置终端的系统方案设计 数据采集发射模块l 1 l 数据采集发射模块3 ( 轮胎内) ( 轮胎内) 接收显示模块 w ( 汽车仪表终端) y 数据采集发射模块2 数据采集发射模块4 ( 轮胎内) 十v ( 轮胎内) l 夕 i 乡霄嘉飞w 数据采集发射模块n 1 ll数据采集发射模块n ( 轮胎内) ( 轮胎内) 图2 2 汽车t p m s 系统框图 2 2 2 无线手持设置终端的整体框图 根据设计要求，汽车胎温胎压监测系统无线手持设置终端整体框图如图2 3 所示。 图2 3 无线手持设置终端硬件整体框图 该无线手持设置终端主要是通过无线信道实现对汽车轮胎内传感器发射的数据进 行收发存储以及需要将收到的信息再发送给汽车仪表终端的设各中，故采用射频芯片作 为信道传输数据收发器件，并根据需要切换收发状态。同时为了兼顾支持有线模式下的 接口扩展，设计了c a n 接口。采用5 0 时t f t 液晶触摸显示屏作为整体设备的显示操 控部件。为了实现数据的大量存储以及图形交互界面的实现，设计了外挂s d 卡存储器， 充分利用r 虹文件系统以及s d 卡的便携特性。为准确提供系统的时间信息，设计了外 7 哈尔滨工程大学硕士学位论文 置i u c 模块，通过锂电池供电。所有的外围模块，通过主控制器来完成控制，主控制 器采用3 2 位c o r t e x m 3 内核芯片s t m 3 2 处理器，主控制器用于管理各个模块需要的数 据以及指令，是系统的核心部件，电源系统根据设计要求需要兼容较大的电压范围输入， 因此需要使用电源转换芯片及电压监测管理芯片，在保证稳定提供系统电源的同时可以 对电源电压实行监测，从而可以避免因电源不稳定因素导致的系统数据丢失或者程序紊 乱。系统供电电源采用电池组供电，并在系统内部集成了充电系统模块，同时，如果在 电池组供电不足的情况下，可以使用满足电压范围的外部供电电源如稳压电源供电。 1 、无线通信模块的设计 无线手持设置终端最主要的的功能是通过无线模式实现数据的收发，哈尔滨威帝电 子有限公司t p m s 系统采用直接式测量方式，并通过无线方式发送数据，t p m s 传感器 模块如图2 4 所示。 图2 4t p m s 传感器模块发射系统框图 汽车t p m s 系统还包括位于汽车仪表终端处的接收显示平台，用于接收t p m s 传感 器模块发送的汽车轮胎温度压力等参数，接收显示平台系统框图如图2 5 所示。 图2 5 接收显示平台系统框图 由于该手持设置终端需要进行收发双向数据传输，考虑到成本以及设计稳定性因 素，选择具有收发切换功能的射频芯片，使其工作在i s m 频段，通过主控制器对收发时 间的控制，可以完成要求，手持设置终端无线通信模块设计框图如图2 6 所示。 第2 章无线手持设置终端的系统方案设计 图2 6 无线通信模块设计框图 2 、触摸显示模块及图形化人机交互界面的设计 本系统选用5 0 时4 8 0 x 2 7 2 分辨率的彩色液晶屏作为显示面板，触摸屏覆盖在液晶 面板上，t f t 液晶触摸显示模块系统框图如图2 7 所示。图中1 6 位m c u 总线接口用于 与无线手持设置终端的主控制器进行连接，主控器控制数据的显示与界面的切换，外部 r a m 用于存储在显示时所需要的图形数据等，液晶电源系统用于提供模块驱动芯片、 外部r a m 及背光电源，模块整体电源输入接入到整个手持设置终端的供电端，液晶面 板上集成了相应的5 v 及3 3 v 电源稳压芯片。 图2 7 触摸显示模块设计框图 图形操作界面涉及到大量图形数据，因此对于图形界面的数据源的存储，是一个重 9 哈尔滨工程大学硕士学位论文 要的问题，大多数系统如手机或嵌入式终端等设备，都是由内部固化的r o m 或者 f l a s h 作为存储部件，将图形数据点阵提取后写入到r o m 或f l a s h 中，再由控制器 进行读取调用显示，此类方法的缺陷在于，需要先对图形界面进行完全设计并提取图形 点阵数据，如果需要进行更改，也需要重复此类步骤，整个过程相对繁琐，灵活性差， 并且硬件设计的复杂度及成本大大提升。本设计创新性的选用外扩s d 卡作为图形界面 数据存储介质，图形界面以图片的形式直接存储于s d 卡中，图形界面的设计直接通过 电脑图形软件完成，主控制器利用r 虹文件系统读取图片数据用于显示，此方法大大提 高了设计效率，并可以任意更改。 3 、电源系统的设计 根据设计需求，本系统需要能够具有较好的电池续航性能，因此设计电池组供电， 并集成充电功能，这样可以充分体现手持设备带来的便携性，电源系统框图如图2 8 所 示。 图2 8 电源系统设计框图 抗尖峰浪涌电路主要用于对系统输入的前端直流电压进行滤波及整形，同时避免由 于尖峰浪涌现象对系统稳定性带来的威胁，电池组充电系统用于对电池组充电，电压监 测系统用于对电池组的电压进行监测，避免由于电池电量不足时造成系统数据丢失，同 时可以控制系统开关机，d c d c 变换电路是将前端电源进行稳压处理，为后级设备提 供合适的电源电压。 2 3 系统工作通信协议介绍 系统的通信协作协议是信息数据传输的基础，在通信协议的基础上，收发双方进行 数据的交换，以保证数据的稳定有效传输。无线手持设置终端系统协议兼容哈尔滨威帝 电子有限公司t p m s 系统通信协议。 该系统协议主要有无线手持设置终端接收的t p m s 传感器模块数据协议及数据更 新重置协议。 1 0 第2 章无线手持设置终端的系统方案设计 2 3 1t p m s 传感器模块工作状态及协议 t p m s 传感器负责轮胎数据内部温度、气压等数据采集，由于t p m s 模块的特殊性， t p m s 传感器模块在多数时间内都是处于低功耗状态，这样使得即可检测轮胎内部环境， 同时又可延长电池供电时间，因此模块可以分为运行状态和休眠状态，运行状态又分为 正常运行和报警运行状态。 正常运行时t p m s 传感器模块间隔4 秒由休眠状态唤醒一次，完成测量和读取轮胎 i d 的工作，如果测量的结果偏离正常的轮胎环境数值，则进入到报警运行状态；当汽 车正常行驶时，每间隔6 分钟向汽车仪表终端的显示模块发送一次汽车各个轮胎内部的 温度压力等信息，否则就转入休眠状态 9 】o 报警运行状态时，t p m s 模块每隔4 秒会发出一次数据，数据包含轮胎的温度、气 压以及i d 号信息，除非汽车轮胎内部环境恢复为正常值，否则一直以此状态连续发送 数据。 由于无线手持设置终端使用场合为重置汽车仪表状态显示模块内部的传感器模块 i d 号，因此终端需要稳定收取轮胎内新更换的未知的传感器模块i d 号，为了稳定和快 速收取，此时应让汽车轮胎内传感器模块工作在报警运行状态。 2 3 2 数据通信协议 如前所述，t p m s 传感器模块与汽车仪表终端的显示模块都工作在业余i s m 频段， 中心频率为4 3 3 9 2 m h z ，工作带宽为3 0 0 k h z ，上下边频分别为f = 4 3 4 0 7 m h z 和 f = 4 3 3 7 7 m h z ，数据传输速率4 8 k b i t s ，数据输入输出接口采用2 3 2 串口协议，由主控 制器控制数据的收发。无线手持设置终端需要完全兼容并支持t p m s 系统的通信协议， 才能使工作频率、带宽及传输速率都与整个t p m s 系统一致，并支持操作人员对手持设 置终端的操作控制和收发相关数据。 t p m s 系统在数据传输过程中，使用的每包数据结构包括：导频码、链接标识、有 效的数据字节及相关的校验字节。t p m s 系统数据协议如图2 9 所示。 门。西、u k 。i 工删只 v 口q io 蛳o x 5 5 0 x 5 5 0 x 5 5 0 x 5 5 o x a ad ld 2d 3d 4d 5d 6 d 7 d 8 d 9 d 1 0d l l。2 l 耳蛹飙“掘王黼郴 图2 9 t p m s 系统数据协议 图中，0 x 5 5 为导频码，0 x a a 为链接标识，d 1 d 1 2 为有效数据信息，d 2 、d 4 、d 6 、 d 8 分别为d 1 、d 3 、d 5 、d 7 的8 位循环冗余校验码数据。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 无线手持没置终端既要收取t p m s 传感器模块发送的数据信息，同时需要将更新信 息发送到汽车仪表接收端，因此需要兼顾双方通信协议并制定了新的数据协议，无线手 持设置终端通信协议如图2 1 0 所示。 0 x 5 5 o x 5 50 x 5 50 x 5 5 0 x 5 5i dc r c 胎位 c r c 一夕二孑 l 导频码链接标识识别i d新i d轮胎位编码标志位 一 一 o x f o o x f f0 x 9 a 0 x a ai dc r c请求应答成功失败 图2 1 0 无线手持设置终端通信协议 上图导频码为0 x 5 5 ，与整个系统完全兼容，链接标识根据手持终端的工作状态，需 要进行接收或发送不同的数据包，此时链接标识也不一样，识别i d 为更换前轮胎内部 t p m s 传感器模块对应的i d 号，用于确定对指定轮胎进行操作，新i d 为该轮胎更换 t p m s 传感器模块后对应模块的i d 号，轮胎位编码是对指定轮胎的编码，不同的车型 及轮胎位，具有不同的编码，具体阐述在第5 章软件设计章节中说明，最后的标志位用 于在操作过程中进行状态识别及判定是否操作成功等。 2 4 本文涉及的关键技术及创新 2 4 1 增加数据可靠性 为保证无线通信可靠新，不仅需要构建稳定的通信信道，同时需要在软件上进行优 化，本文设计的手持终端加强了与t p m s 系统双方的握手与状态确定，对于有效数据同 时采用差错检测，由于一般情况下使用的奇偶校验法检错率比较低、可靠性相对比较差 0 l ，不宜采用，因此采用循环冗余校验法，该方法检错率较高，算法比较容易实现，可 以使用较少的资源实现较优的效果，本设计采用c r c 8 校验算法为数据包提供检错处理。 第5 章软件设计章节将对c r c 8 校验编解码进行介绍。 2 4 2 触摸显示驱动及校准 作为手持终端，设备的操作性能及显示性能至关重要，友好的人机交互界面是提高 操作效率的重要环节，同时考虑到系统使用场合，软硬件成本及实用性都是需要考虑的 因素。本文设计的无线手持设置终端采用5 0 时4 8 0 x 2 7 2 分辨率的彩色液晶显示屏及触 摸屏组成需要的模块，采用专业驱动芯片实现驱动，触摸屏的精准度是触摸效果的关键 因素，因此在对触摸屏使用过程中需要对触摸屏进行校准，以保证操作的准确性。 第4 章对触摸屏校准算法进行了深入研究并提出了一种适合本系统的改进校准算 法，通过测试具有良好效果。 第2 章无线手持设置终端的系统方案设计 2 4 3 基于r 盯文件系统及s d 卡的图形交互界面设计 本设计创新性的选用外扩s d 卡作为图形界面数据存储介质，图形界面以图片的形 式直接存储于s d 卡中，图形界面的设计直接通过电脑图形软件完成，主控制结合f 文件系统读取图片数据用于显示，此方法大大提高了设计效率，并可以任意更改和实现 升级操作。 第4 章图形交互界面设计部分将对此方法的实现进行详细阐述。 2 5 本章小结 本章主要介绍了汽车胎温胎压监测系统无线手持设置终端的整体设计，对相关结构 及涉及的相关关键技术点进行了阐述。首先给出了无线手持设置终端的应用场合模型， 根据设计提出了实现整个无线手持设置终端的设计框图，并对框图中几个主要的部分进 行了设计思想进行了简要阐述，然后对t p m s 系统现有的通信协议进行了介绍，在现有 协议的基础上，给出了无线手持设置终端的兼容通信协议，最后对关键技术和创新点进 行了说明。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第3 章无线手持设置终端总体硬件的设计 本文研究的无线手持设置终端，无线信道是数据传输的基础，控制系统是系统整体 运行的控制中心，选择合适的无线信道建立方案及控制系统，可以使得系统工作在良好 的状态并获得稳定的数据传输性能。 3 1 微控制器及外围电路设计 本终端微控制器主要用于对无线通信模块、显示模块、时钟系统等进行控制，本设 计选用基于c o r t e