一拖多的TPMS主控制器下载器设计

姚 乐，管业鹏，金 星

（1.上海大学 通信与信息工程学院，上海200444；2.中国科学院上海微系统所与信息技术研究所 上海200050；3.浙江中科领航汽车电子有限公司 浙江 杭州 311228）

一拖多的TPMS主控制器下载器设计

姚 乐1，2，3，管业鹏1，金 星2，3

（1.上海大学 通信与信息工程学院，上海200444；2.中国科学院上海微系统所与信息技术研究所 上海200050；3.浙江中科领航汽车电子有限公司 浙江 杭州 311228）

针对市场上现有的TPMS主控制器下载器的不足，设计了一拖多的TPMS主控制器下载器。该下载器可以同时给一个或多个TPMS主控制器下载程序；可以选择离线或在线下载，可以通过自身或者PC显示下载状态。实验证明：该下载器下载程序的错误率为0%，读出程序的成功率为100%，下载时间减少为3～4 s，比市场上现有的下载器提高了大约3倍时间。该下载器可以提高TPMS主控制器下载程序的效率，满足了市场发展的需求，节省了企业的人力、物力，降低了企业的生产成本。

胎压监测系统；下载器；CAN总线；I2C总线

轮胎压力监测系统[1]（Tire Pressure Monitoring System，TPMS）是用于汽车行驶时实现对轮胎压力的实时监控的汽车安全系统，其主要作用是在汽车行驶过程中对轮胎气压进行实时监测，并对轮胎气压异常进行报警，以确保行车安全。

每个TPMS都有一个主控制器[2-3]，主控制器是一块用来控制测试温度压力的逻辑数字芯片，下载器用于给此主控制器下载程序之用[4-5]。随着TPMS的广泛应用，目前市场的需求量越来越大[6-7]，而目前市场上的下载器都是一对一的在线下载，存在如下缺陷：1）效率低下，不能满足市场的需求。2）耗费时间长，经测试，仅仅下载时间约11 s左右，一个工人平均下载一次程序的时间为100 s（包括装和卸TPMS主控制器的时间）。如果对于年产量十万以上的情况，可能会有大部分时间耗费于下载过程。经计算，如果企业采用轮休，即机器一年不休息，每个下载器一年最多可以下载30万只，而此数量可能不能满足市场的需求。针对此现象，现有技术通过以下方法进行改进：配置多台电脑，相当于并行同时下载。此方式虽然可以满足量的要求，但是其需要增加大量人力（每一台电脑需要配备一名工作人员）和物力，对于企业而言，成本较高。而一拖多的TPMS主控制器下载器通过重新设计下载器的结构有效解决了这个问题，可以实现一台电脑同时对多个TPMS主控制器进行下载程序，也可以实现离线和在线下载，适合与企业生产线上的批量快速程序下载。

1 系统设计与实现

1.1 系统结构

根据设计要求，实现一拖多的下载器，需要根据TPMS控制器的协议进行改进，因为TPMS主控制的下载协议为I2C协议，而I2C协议支持单对多的通信方式[8]，因此可以通过改进通信协议来实现同时对TPMS控制器进行下载，系统总体框架图如图1所示。

图1 系统总体框架图

首先PC通过串口将编译好的可执行文件下载到下载器的EEPROM中，之后下载器通过I2C总线将程序下载到TPMS主控制器中。

下载器主要包含4个功能模块：

1）上位机监测与通信模块。通过SCI串口完成下载器与上位机的通信，将编译好的hex文件保存到EEPROM中；

2）程序存储模块。保存程序文件；

3）程序下载模块。控制TPMS主控制器的状态，检测主控制器的状态，并通过I2C总线将程序存储模块中的程序下载到主控制器中。

4）指示灯和按键模块。指示灯显示下载状态，按键模块控制下载开始和是否重新下载。

1.2 改进的系统结构

由于下载器采用的是I2C总线给TPMS主控制器进行下载程序，而 I2C的本质上是分时下载[9-10]，并不是严格意义上的并行（同时）下载，考虑到下载器的成本已经大大降低，因此可以应用下载器的一对多的思路，并行多个下载器，但是由于PC与下载器的通信方式为SCI串口，只能实现一对一的通信[11]，不能实现一台PC对多个下载器进行监控。而CAN通信是汽车电子通信中最常用的一对多的通信方式[12]，为此可以将通信方式改为CAN总线通信方式。这样，PC既可以实时监测各个下载器的状态，也可以将可执行程序发送给不同的下载器。改进的系统框图如图2所示。

图2 改进的硬件框图

1.3 硬件框图

硬件框图如图3所示。电源电路主要是给下载器以及TPMS主控制器供电。

图3 硬件框架图

下载器的主控制器用Freescale的16位微控制器MC9S12G48，该微控制器具有2个SCI串口、2个SPI接口、一个CAN总线控制器[13-14]，SCI用于和PC进行通信，SPI用于和EEPROM进行通信，CAN用来和PC进行通信。

EEPROM电路主要用于存储目标板的应用程序；由于TPMS中所使用的程序并不是很大，大约20 kb左右，为了能够使下载器更好的兼容，所以采用Microchip公司的25AA512这款芯片，这款芯片采用的是SPI接口的通信方式[15-16]。

CAN电路主要是用于监视多个下载器的下载状态，由于MC9S12G48内部已经集成CAN控制器，因此只需要添加CAN驱动器，CAN驱动器采用的是NXP公司的TJA1040，具有抗干扰性好，低功耗等优点。

I2C电路是通过GPIO进行模拟的时序，用于给TPMS主控制器进行下载程序，由于TPMS主控制器的下载协议为I2C通信。

按键和指示灯用于离线下载时显示完成和下载成功。

2 软件设计与实现

由于下载器的主要任务是与PC进行通信，将PC发送的应用程序存储到EEPROM中，最后将程序通过I2C总线下载到TPMS主控制器的地址范围，并通过LED显示下载状态。

软件的工作流程为：启动，检查EEPROM是否有程序，若否，则检查PC是否发送要下载的程序文件，直至发送完成；若是，则1）检查是否有按键按下、2）检查是否有PC发送的消息，若1），开始下载，直到下载结束；若2），是否读取程序，若是，读取TPMS主控制器中的程序，直到读取完毕，若否，判断是否为下载程序，判断为是的情形下，给TPMS下载程序，直到下载结束，判断为否的情形下，是否为校验程序，检验程序直到结束。系统的软件流程图如图4所示。

图4 系统软件流程图

3 实验测试

为了证明本下载器确实实现了高效的效果，先做如下实验，实验测试具体指标如下：

1）使用市场上的TPMS主控制器的下载器与本下载器下载同一程序，测试下载时间，市场上的下载器的下载时间为11 s，而本下载器的下载时间为3～4 s；

2）下载完数据进行数据校验:使用本下载器下载程序，使用市场上的下载器读出TPMS主控制器中的程序并和原程序进行比较，错误率为0%；

3）读数据校验:使用市场上的下载器下载程序，并使用本下载器将TPMS主控制器中的程序读出来并进行比较，错误率为0%。

4 结 论

文中设计了一拖多的TPMS主控制器下载器，解决了一对一和一对多的在线或离线下载的需求，经实验证明该下载器的下载速度为3～4 s，大大缩短了整个下载时间，可以满足高产量的需求，从而满足市场的发展需求。该下载器具有结构简单、成本低廉便于现场升级更新等优点。目前已经成功在TPMS的量产中得到应用并取得了良好的效果。

[1]百度百科.TPMS词条 [EB/OL].[2015-11-04]. http:∥baike.baidu.com/view/600870.htm.

[2]蒲翠萍，徐东霞，胡中玉，等.TPMS系统设计[J].电子技术，2012，1:27.

[3]Han L，Huang T，Xu W.Engineering Design of TPMS[C]//Proceedings of the FISITA 2012 World Automotive Congress.Springer Berlin Heidelberg，2013:107-113.

[4]孙璐，姜久春，尹航.基于MC9S12系列单片机的程序下载器设计[J].微计算机信息，2010（11）:64-66.

[5]Zhao L， Xie W， Wu G， et al.In-circuit programmer of STM8 based on MCU[C]//Electronic and MechanicalEngineering and Information Technology（EMEIT），2011 International Conference on.IEEE，2011，8:4273-4276.

[6]刘全有，赵福全，杨安志，等.TPMS的研究现状及发展趋势 [J].农业装备与车辆工程，2010（12）: 3-5.

[7]梁可申.汽车轮胎压力与 TPMS系统的发展[J].天津职业院校联合学报，2011，13（3）:64-67.

[8]季宏锋，吴军辉，徐立鸿.I2C总线技术及应用实例[J].自动化与仪表，2002，21（4）:21-23.

[9]何亚军，邓飞其.嵌入式Linux中I2C总线驱动程序设计 [J].计算机工程与设计，2008，29（10）: 2517-2519.

[10]徐伟，刘建成.基于模拟IIC总线的电压测量系统[J].南京信息工程大学学报:自然科学版，2011（1）: 91-96.

[11]孙建华，赵晓典，高永飞.PC机与单片机的串口通信系统设计[J].软件导刊，2010，9（9）:47-49.

[12]陶晓玲.基于CAN总线的重型卡车轮胎压力监测系统（TPMS）设计[D].太原：中北大学，2013.

[13]尹航.MC9S12系列MCU程序下载系统的设计与应用[D].北京：北京交通大学，2008.

[14]孙璐，姜久春，尹航.基于MC9S12系列单片机的程序下载器设计[J].微计算机信息，2010，26（11）: 64-66.

[15]姚亚峰，陈建文，黄载禄.嵌入式系统中EEPROM接口及控制电路设计[J].半导体技术，2007，32（4）: 328-331.

[16]杨美刚，李小文.SPI接口及其在数据交换中的应用[J].通信技术，2007，40（11）:385-387.

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稿件编号：201603290

姚 乐（1991—），男，山西运城人，硕士研究生。研究方向：嵌入式软件。