摘要：简述轮胎压力监测系统（TPMS ）的胎压传感模块的软硬件设计，详细阐述基于无线通信技术和IS014229标准一车辆通用诊断服务协议（UDS ）实现无线Bootload功能的设计过程，为胎压传感模块在生产、测试和售后维护中的程序刷写给出全新而有效的应用方案。

    轮胎压力监测系统（Tire Pressure Monitor System，简称TPMS ）在国内经过了近十多年的技术发展和市场应用，目前已经在许多车上装配，例如上海通用凯越、通用五菱宝骏、长城腾翼、吉利帝豪等车型，相信随着TPMS国家标准的建立和推进，TPMS必定成为车辆的标准配件。然而作为轮胎内安装的胎压传感电子模块，其本体经过了壳体焊接或者灌胶等全密封处理后，由于无任何外接端口可以通信，将无法对该模块进行程序更新或参数设置。本文设计一种基于IS014229标准一车辆通用诊断服务协议（Unified Diagnostic Services，简称UDS）进行无线刷写程序的胎压传感模块，从而为TPMS生产和应用中的程序更新和售后替换提出新的思路和有效的解决方案。

    1 基于M PXY8500传感器的TPMS胎压传感模块的设计
    1.1胎压传感模块硬件设计
    MPXY8500是针对TPMS应用的高度集成专用芯片，其内置了压力传感器、温度传感器、加速度传感器、低电压检测、低频（Low Frequency，简称LF）接收、射频（Radio Frequency，简称RF）发射电路及S08 MCU处理核等，使TPMS胎压传感模块的设计更加小型化和智能化。图1为胎压传感模块的硬件电路。

    由于MPXY8500芯片集成度高，所以外围电路简单。整个胎压传感模块由一个专用电池供电，可以满足模块功耗的设计要求；26 MHz的晶振提供时钟源，可以通过软件配置PLL9-过倍频后输出315 MHz或者434 MHz的射频信号；经过压力传感器、温度传感器、加速度传感器等采样后，数据经过曼彻斯特编码（Manchester）和FSK或者ASK调制后发射出去；网络匹配电路用以满足芯片的RF输出与射频天线之间的阻抗匹配；LF低频电路用于接收低频信号，可以软件配置载波检测模式或调制波检测模式，且低频灵敏度可以根据需求软件配置为极高、高、低、极低4个级别；RESET、BKGD用于配置该芯片工作于正常模式或调试模式，为了避免正常工作中对调试模式的误触发，这两个引脚需要外接上拉电阻。

    1.2胎压传感模块软件设计
    作为TPMS应用，低功耗是系统设计的关键。图2为胎压传感模块的简易工作流程图，该模块大部分时间处于休眠状态，其工作状态主要由中断产生。MPXY8500内置多种中断源，在本设计中采用了4s定时中断和低频唤醒中断。4s中断用于采样和处理压力、温度、加速度等数据，并发送必要的射频信号给TPMS接收机；低频中断用于接收低频命令并执行相应的任务。

    MPXY8500芯片已经内置了完整的底层驱动函数库，设计人员只需要调用对应的函数，就可以实现对压力温度等采样、低频数据接收、射频信号发送等功能，这就极大地提高了程序设计的效率，使设计人员更多地关注模块和系统架构的设计。

    2 通过无线通信技术进行UDS诊断功能设计
    2.1TPMS胎压传感模块的无线通信技术介绍
    图3是TPMS诊断工具和胎压传感模块之间的无线通信示意图。LF诊断工具通过LF驱动电路发送125 kHz的低频信号，该信号经过了曼彻斯特编码（Manchester）和ASK调制后发射出去，当附近的胎压传感模块侦听到LF信号时，将从休眠模式唤醒并接收低频命令和数据，该模块执行相应的任务后再将数据通过433.92 MHz的射频信号发射给低频诊断工具，由此完成了两个设备之间的无线通信。

    LF低频唤醒技术在TPMS中的应用，其实质是利用了低频近场效应，可以在有限的近场区单独唤醒相应的胎压传感模块，从而让被触发的胎压传感模块通过RF射频信号做出响应。这样可以极大地减少无线通信的相互干扰，并在无线通信中引入ID识别、随机码加密访问、帧校验等方式，使得数据传输更加可靠。
    2.2基于无线通信的UDS协议设计
    UDS （Unified Diagnostic Services）是基于CAN通信的应用层诊断协议，已经广泛应用于汽车诊断服务中。本设计不同于传统的CAN通信，而是基于无线通信的UDS特殊应用。图4是本设计的OSI参考模型。
    1）物理层基于LF和RF的无线通信接口，LF为125 kHz的低频信号，采用了ASK调制和曼彻斯特编码，传输率为3 900 b/s ; RF为433.92 MHz的射频信号，采用了FSK调制和曼彻斯特编码，传输率为9 600 b/s。

    2）数据链路层完成LF和RF通信数据帧的解析和封装。如图5所示，LF数据帧由前导码、同步头、唤醒ID、数据包及校验字节组成，其中前导码和同步头由芯片硬件固化，可以通过软件进行配置，当胎压传感模块收到该低频信号后，可以通过硬件和软件解析出数据包；RF数据帧由前导码、数据头、数据包、校验字节、帧结束组成，最后通过调用RF发送函数将数据无线发射出去。

    3）传输层参考IS015765标准对UDS数据包进行分组和重组，通过对单帧（SF）、首帧（FF），连续帧（CF）和流控制帧（FC）的操作，以满足数据传输的协议要求。但针对此无线通信的特殊环境，必须考虑无线干扰和无线通信中断后，传输层必须具备抗干扰和恢复通信中断的程序处理机制，以保证数据传输的可靠性。
    4）应用层由于TPMS胎压传感模块对程序功能的高效性和精简性有极高的设计要求，因此本设计主要针对Bootload应用而定义了必要的UDS诊断服务功能，例如IS014229标准中定义的ECUReset，SecurityAccess、RequestDownload、TransferData、RequestTransferExit等服务。
    5）功能层MPXY8500芯片内置了对Flash读写的库函数，LF诊断工具基于无线通信的UDS协议将程序代码传给胎压传感模块后，该模块的Bootload引导程序调用Flash读写函数即可完成程序刷写功能。

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