高效TPMS传感器模块测试系统及方法

吴云鹏，金星，殷景华

（1.哈尔滨理工大学黑龙江哈尔滨150006；2.浙江中科领航汽车电子有限公司浙江杭州311228）

高效TPMS传感器模块测试系统及方法

吴云鹏1，2，金星1，2，殷景华1

（1.哈尔滨理工大学黑龙江哈尔滨150006；2.浙江中科领航汽车电子有限公司浙江杭州311228）

汽车已经成为人们日常生活必不可少的交通工具。轮胎作为汽车行驶结构的重要组成部分，其不仅承载着汽车的全部质量，还要给汽车提供推进力。因此对轮胎进行实时监控的TPMS应运而生。然而现有技术中，对TPMS传感器模块的性能测试多为手动进行。手动测试效率低下且精度较低。为了保证传感器模块的准确性，现今行业内需要提供一种高效TPMS传感器模块的测试系统及测试方法。所述测试系统至少包括：屏蔽箱、传感器测试工装、测试控制器、频谱分析仪和微处理器；所述传感器测试工装和所述测试控制器均置于所述屏蔽箱内；所述测试控制器与所述微处理器相连，所述频谱分析仪与所述微处理器相连。本发明的TPMS传感器模块的测试系统及测试方法测试效率高、测试准确度高，且操作简单，易于实现。

TPMS；传感器；测试系统；测试方法；效率；准确度

汽车是现代化的交通工具，已经成为人们日常生活必不可少的交通工具。随着汽车产业的不断发展，人们对于安全的重视也越来越高。轮胎是汽车行驶机构的重要组成部分，其不仅承载着汽车的全部质量，还要给汽车前进提供推进力，并且起到缓和地面冲击的作用［1］。因此，用于对轮胎进行实时监控的TPMS应运而生，TPMS正是基于对汽车轮胎气压状态监测这种需求而设计开发的一项提高汽车主动安全性的电子装置［2］，可提醒驾驶员注意可能出现的安全问题，起到提前预防事故的作用。很多国家和地区已经通过法律的手段将TPMS作为汽车的标准配件［3］。

TPMS是一种采用无线传输技术，利用固定于汽车轮胎内的高灵敏度微型无线传感装置在行车或静止的状态下采集汽车轮胎压力、温度、加速度等数据［4］，并将数据传送到驾驶室内的主机中，以数字化的形式实时显示汽车轮胎压力、温度、加速度等相关数据，并在轮胎出现异常时（预防爆胎）以蜂鸣或语音等形式提醒驾驶者进行预警的汽车主动安全系统，能够确保轮胎的压力和温度维持在标准范围内，具有减少爆胎、毁胎的概率，降低油耗和车辆部件的损坏的作用。

TPMS通过传感器模块和监测模块实现对轮胎压力的实时监控。TPMS传感器是一个集成了半导体压力传感器、半导体温度传感器、数字信号处理单元和电源管理器的片上系统模块［5］，用于实时监测轮胎的温度、压力以及加速度数据，并将监测到数据通过无线信号发送出去。监测模块用于接收传感器模块发送过来的无线信号，通过计算分析得到当前的轮胎压力、温度和故障情况，以便驾驶员了解轮胎的状况［6］。

TPMS传感器模块是TPMS的核心，其性能直接关系到TPMS的准确性。现有技术中，对TPMS传感器模块的性能测试多为手动进行。手动测试TPMS传感器模块具有以下不足：一是效率低下；二是受到测试者的主观因素影响，测试的准确度不稳定。因此，为了保证TPMS传感器模块的准确性和稳定性，需要提供一种非手动的TPMS传感器模块的测试系统及测试方法。

1　测试系统

鉴于手动测试TPMS传感器模块的缺点，现今行业内急需一种自动的TPMS传感器模块的测试系统及测试方法，用于对TPMS传感器模块进行测试，以保证TPMS传感器模块的准确性和稳定性。

为实现上述目的及其他相关目的，故研发一套如图1所示的TPMS传感器模块测试系统，包括：屏蔽箱、传感器测试工装、测试控制器、频谱分析仪和微处理器。传感器测试工装和测试控制器均置于所述屏蔽箱内；屏蔽箱用于屏蔽外界对TPMS传感器模块的电磁干扰；传感器测试工装用于固定TPMS传感器模块；测试控制器与所述微处理器相连，用于触发TPMS传感器模块，接收TPMS传感器模块传送来的包含TPMS传感器模块ID、屏蔽箱内的压力值和温度值的射频信号并触发频谱分析仪，以及解调射频信号并将解调得到的TPMS传感器模块ID、屏蔽箱内的压力值和温度值传送至微处理器；频谱分析仪与测试控制器和微处理器相连，用于接收TPMS传感器模块传送来的射频信号，获取射频信号的射频性能参数并传送至微处理器；微处理器用于将接收到的屏蔽箱内的压力值、温度值和射频性能参数与预设的压力值、温度值和射频性能参数进行比较，判断TPMS传感器模块是否合格，并将TPMS传感器模块ID、接收到的压力值、温度值和射频性能参数、合格信息以及测试时间记录于数据库中；测试控制器通过USB/RS-232线缆与微处理器相连用于发送传感器ID、胎压与温度；频谱分析仪通过USB/GPIB/LAN线缆与微处理器相连用于发送射频性能。射频性能参数包括射频信号的中心频率、频偏、功率。系统还包括打印机，打印机与所述微处理器相连，用于将TPMS传感器模块的合格信息以及测试时间以二维码或文字的形式打印在TPMS传感器模块壳体上。

图1TPMS传感器模块测试系统总体结构图

2　测试原理

本测试系统的主要目的在于实现一种自动测试的模式并且提高测试的精准性。

对于测试系统的自动实现，我们主要通过传感器测试工装和测试控制器来实现。传感器测试工装用于固定TPMS传感器模块。测试控制器可以由按键控制，用于触发TPMS传感器模块，接收TPMS传感器模块传送来的包含TPMS传感器模块ID、屏蔽箱内的压力值和温度值的射频信号并触发频谱分析仪，解调射频信号并将解调得到的TPMS传感器模块ID、屏蔽箱内的压力值和温度值传送至微处理器。

测试控制器模块还可细化为图2所示结构。按键按下时，测试控制器中的低频通过发送一个特定的低频信号至TPMS传感器模块来触发TPMS传感器模块。传感器模块会被该特定低频信号出发，即感测当前屏蔽箱内的压力和温度，并将自身ID、压力值和温度值以射频信号方式发射出来，然后由测试控制器的高频接收芯片接收并解调，解调具体过程为对传感器发送的射频信号进行曼彻斯特解码，而后将解调好的数据通过串口发送给微处理器，同时也给频谱分析仪一个电信号使其进入测试模式，具体流程如图3所示。

图2　测试控制器结构图

图3　块测试控制器工作流程图

然而传统手动测试方式一般需要用压力泵加压来触发传感器。压力泵需要很长的时间来进行加压，而且传感器只能在有较大压力差时才能触发，使用压力泵加压一次只够使用数次，操作十分复杂且浪费时间。这种用低频信号触发传感器相比传统手动的测试方式节省了大量时间。

测试系统的精准性由屏蔽箱和微处理器模块来实现。屏蔽箱用于屏蔽外界对TPMS传感器模块的电磁干扰。屏蔽箱利用导电或者导磁材料制成的各种形状的屏蔽体，将电磁能力限制在一定空间范围内，用于抑制辐射干扰，并对传导和辐射进行处理，从而给被测设备提供无干扰的测试环境。

微处理器用于将接收到的屏蔽箱内的压力值、温度值和射频性能参数与预设的压力值、温度值和射频性能参数进行比较，判断TPMS传感器模块是否合格，并将TPMS传感器模块ID、接收到的压力值、温度值和射频性能参数、合格信息以及测试时间以字节码的形式记录于微处理器的EEPROM中（EEPROM为微处理器中的一种存储结构）。通过判断接收到的屏蔽箱内的压力值、温度值和射频性能参数与预设的压力值、温度值和射频性能参数的差值是否在标准阈值内，来判断TPMS传感器模块是否合格。如果在标准阈值内，则判断TPMS传感器模块合格；否则，不合格。若屏蔽箱内的压力值、温度值和射频性能参数中至少有一个参数不在预设阈值内，则认定TPMS传感器模块不合格。

微处理器的数据对比由软件实现，算法的核心由串口驱动程序、数据解析和数据对比三个部分实现。其中，串口驱动程序用于驱动连接测试控制器和频谱分析仪的两个串口；数据解析算法用于正确解析两个串口发来的数据，串口数据以高低电平形式发送至微处理器，微处理器需要将波特率设置为和连接设备相同波特率，以相应的频率截取高低电平并将其转化为字节数据；数据分析算法用于将接受的数据与预设在微处理器内的数据进行对比，为胎压、温度等性能参数设置相应全局标志变量，如果数据与预设值之差取的绝对值超过合格阈值，则将该参数的全局标志变量置为一，最后通过检查标志位状态来决定传感器是否合格。

3　具体测试方法

测试系统还需提供一种相应的TPMS传感器模块的测试方法，包括以下步骤：首先将TPMS传感器模块置于屏蔽箱内的传感器测试工装上，关闭屏蔽箱；通过按键启动测试控制器，测试控制器通过发送一个特定的低频信号至TPMS传感器模块来触发TPMS传感器模块，TPMS传感器模块发射包含有TPMS传感器模块ID、屏蔽箱内的压力值和温度值的射频信号；待测试控制器接收TPMS传感器模块传送来的射频信号并触发频谱分析仪，解调所述射频信号并将解调得到的TPMS传感器模块ID、屏蔽箱内的压力值和温度值传送至微处理器；随后频谱分析仪接收TPMS传感器模块传送来的射频信号，获取射频信号的射频性能参数并传送至微处理器；最后微处理器将接收到的屏蔽箱内的压力值、温度值和射频性能参数与预设的压力值、温度值和射频性能参数进行比较，判断TPMS传感器模块是否合格，并将TPMS传感器模块ID、接收到的压力值、温度值和射频性能参数、合格信息以及测试时间记录于微处理器中；最后打印机将TPMS传感器模块的ID、TPMS传感器模块的合格信息以及测试时间以二维码或文字的形式打印在TPMS传感器模块的壳体上。参照图2，TPMS传感器模块的测试方法包括以下步骤。

图4TPMS传感器模块测试流程图

4　结束语

综上所述，本文介绍的TPMS传感器模块的测试系统及测试方法测试效率高、测试准确度高，且操作简单，易于实现。所以，该测试系统与方法有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

［1］吴中汉.汽车轮胎气压监测系统（TPMS）设计［D］.杭州：浙江大学，2006.

［2］欧阳涛.汽车轮胎气压监测系统（TPMS）评价与测试方法研究［D］.长春：吉林大学，2010.

［3］陈琼.胎压监测系统强制国标即将实施利益互博几家欢喜几家愁［J］.汽车纵横，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］任建强.汽车TPMS性能的实物联机测试系统研究［J］.现代制造工程，2010（12）:122-124.

［5］颜重光.TPMS的设计方案思考［J］.电子质量，2005，（7）:1-4.

［6］关士岩.基于TPMS的无线传输性能测试实验系统的研究［D］.长春：吉林大学，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稿件编号：201508078

吴云鹏（1991—），男，黑龙江佳木斯人，硕士。研究方向：汽车电子。