河北工业大学毕业论文作者：朱铭健学号： 113009学院：控制科学与工程学院系(专业)：自动化题目：基于SP37汽车胎压监测传感器的设计及实现指导者：梁涛教授(姓名) (专业技术职务)评阅者：(姓名) (专业技术职务) 2015年 6 月 2日毕业设计（论文）中文摘要毕业设计（论文）外文摘要目录1绪论 (1)1.1课题研究背景 (1)1.2国内外轮胎压力检测系统发展现状 (1)1.2.1 国外轮胎压力检测系统发展现状 (2)1.2.2国内轮胎压力检测系统发展现状 (2)1.3课题研究意义 (2)1.4课题主要实施内容，总体方案 (2)2相关理论与系统介绍 (3)2.1汽车轮胎压力检测系统概述 (3)2.2 SP37芯片介绍 (4)2.3相关软硬件工具介绍 (6)2.3.1 开发软件 (6)2.3.2 烧录器 (7)3S P37传感器外围电路设计 (8)3.1硬件系统功能概况 (8)3.2硬件系统目标 (9)3.3硬件系统总体分析 (9)3.3.1 低频接收电路 (12)3.3.2 高频发射电路 (12)3.3.3 系统工作电路 (13)4软件设计……………………………………………………………………………1 4 4.1软件需求…………………………………………………………………………1 4 4.1.1 LF低频唤醒 (14)4.1.2定时器唤醒 (16)4.1.3初次上电或系统复位 (16)4.2程序流程图 (17)4.3相关配置....................................................................................17 5 开发过程及测试结果 (18)5.1 开发过程 (18)5.2 测试 (18)5.3检测精度及使用年限 (20)结论……………………………………………………………………………………2 3参考文献………………………………………………………………………………2 4致谢..........................................................................................2 5 附录A部分程序 (26)1 绪论轮胎压力监测系统（Tire Pressure Monitoring System，TPMS），是一种利用安装在汽车轮胎内的胎压监测传感器采集汽车轮胎压力、温度、加速度等数据，并将数据利用无线传输技术传送到驾驶室内的显示终端中，实时地显示以上相关数据，并在轮胎出现异常时对驾驶者进行预警的汽车主动安全系统。
利用TPMS系统即可实现轮胎压力的有效监控，预防因汽车轮胎压力变化引起的事故的发生。
1．1 课题研究背景随着社会生产力的不断提高，汽车正走入千家万户，由此引发的交通安全问题正不断引起人们的关注。
与此同时，汽车电子正在蓬勃发展，很多在其他领域取得巨大成就的技术正被不断地移植到这个领域里，令其成为整个电子领域里的一个重要研究方向。
由此可见，使用相关电子技术解决汽车安全问题将会成为未来汽车和电子行业研究的一个热门方向。
轮胎作为支撑汽车及其载重的重要部件，其性能优劣直接影响汽车的稳定性和安全性。
当轮胎气压出现问题时，会给道路安全带来很大的隐患，甚至直接威胁驾驶者的财产和人身安全。
统计表明：交通事故发生的主要原因是汽车在高速时发生爆胎事故。
另据统计，在中国，轮胎故障造成了46%的高速事故，其中爆胎就占了事故总量的70%[1]。
怎样有效对爆胎进行预警，已成为全球关注的重要问题。
1．2 国内外轮胎压力检测系统发展现状如何对汽车胎压进行检测并对压力异常变化进行有效预警是一个全球性的问题，在TPMS发展过程中，部分西方国家处于汽车电子发展前列，他们的技术更为成熟，稳定。
而对于我国而言，胎压检测系统的出现迟延许多年，因此在各个方面均处于高速发展阶段。
随着科技的进步，我国的TPMS系统日趋成熟，同时不断改进技术，为汽车安全系数的提高做着努力。
1.2.1 国外轮胎压力检测系统发展现状TPMS首先是在美国提出，并制订了相关标准和法规推广其应用。
其他国家也相继推出了自己的标准，欧盟于 2012 年，韩国和日本于2013 年推出了TPMS相关的标准。
由于国外推行 TPMS 系统较早，所以研发生产的 TPMS 系统也比较成熟，其主要的汽车零配件生产商如米其林集团也对TPMS 系统进行了深入的研究和大量的生产[2]。
1.2.2 国内轮胎压力检测系统发展现状我国 TPMS 相关的内容最早在国家标准里面涉及到是在 2003 年 11 月 24 日发行的中华人民共和国的国家标准《机动车运行安全技术条件》（征求意见稿)。
这标志着我国也由此开始重视 TPMS 系统[2]。
目前我国汽车用户还没有完全意识到 TPMS 安装的必要性，国家也未出台相应的法规强制安装TPMS。
但就长远来看，随着人们对该系统的不断了解，以及国家法律法规的日益完善，相信不久的将来就会颁布强制性安装TPMS系统的规定。
对于重型卡车，规定强制安装汽车胎压监测系统是尤为重要且势在必行的。
目前国内研发的汽车胎压监测系统都是基于英飞凌或者飞思卡尔的相关芯片来设计研发的。
为了拥有自己的知识产权，国内的一些研究机构和公司也开始参与研究生产TPMS系统，例如中山市铁将军汽车电子有限公司、深圳市棋港电子有限公司、上海泰好电子科技有限公司和佛山市朗杰电子科技有限公司等[2]。
1．3 课题研究意义随着我国汽车消费者安全意识的不断提高以及对TPMS系统了解的不断加深，不难预见到未来我国每一部汽车上面都会配备TPMS系统，而目前国外厂商长期霸占我国TPMS市场，为了让我国在未来的汽车电子领域占据一席之地，对TPMS进行研究已经刻不容缓。
在汽车胎压监测系统中最重要的部件就是传感器。
传感器肩负着检测温度，压力，加速度和电池电量的作用，同时，还具有高频发送和低频接收的功能，传感器的相关研究直接决定了TPMS能否长期有效稳定运行。
因此，对TPMS系统中的传感器进行研究显得尤为重要。
1．4 课题主要实施内容，总体方案本课题主要以英飞凌公司生产的SP37芯片为核心，设计汽车胎压监测传感器，构建外围电路以配合SP37芯片工作，并对芯片进行编程，使芯片监测到的参数能够传送给学习机或胎压显示器。
SP37芯片内部集成了运动检测，压力检测，温度检测，电压监测，处理器，低频和高频模块。
运动检测模块主要负责加速度的监测，据此计算出汽车速度。
压力检测用于测量汽车胎内压力，温度检测用于测量汽车胎内温度，电压检测可以检测供电电池电压，低频部分要接收125KHZ 低频数据，高频部分发送433.92MHZ高频数据，处理器按照编程指示的算法协调各部分工作[3]。
经过仔细规划，本次传感器设计的总体实施计划如下：1.了解SP37芯片的使用方式，详细阅读英飞凌公司相关产品说明。
2.了解SP37烧写器使用方法。
3.设计制作SP37电路板，搭建SP37工作环境。
4、在深入了解TPMS的相关通讯协议后，对SP37芯片进行编程，并利用烧写器把程序烧写进芯片，然后进行调试5、对该系统做简单总结,指出系统的创新点,同时指出系统存在的不足,针对第一版系统的不足进行相应的改良，提交第二版硬件电路并对相关程序进行优化。
2 相关理论与系统介绍本课题的研究在理论方面首先要理解SP37汽车胎压监测传感器在整个TPMS系统中的作用，并协调好与系统其他部分的关系，制定好通信协议，其次要了解低频接收高频发送相关通信原理以及软件流程，最后要掌握使用 KEIL 软件进行 C语言编程和SP37芯片开发及运行的相关配置。
2.1 汽车轮胎压力检测系统概述汽车胎压检测系统主要分为三大部分：胎压传感器，学习机，显示终端。
三者的关系如图2.1。
图2.1 胎压检测系统低频学习示意图该图描述了学习机学习传感器发送的ID号后传送给显示器的过程，该过程由厂商或者汽车4S店的工作人员完成。
低频学习设备和显示器详细对码过程如图2.2图2.2 手工对码流程图对于用户正常使用而言，SP37胎压传感器会在汽车启动以后定时发射高频数据给显示终端。
2.2 SP37芯片介绍SP37是一个应用于TPMS的气压测量传感器，其带有微控制器和集成的外围设备。
它提供了应用于汽车胎压检测系统的单包装解决方案，只需很少的外围元件即可正常工作。
SP37以压力传感器，z轴加速度传感器，温度和电池电压传感器，基于8051的微控制器，低功率消耗的先进的系统控制器，高频发射器，低频接收器为特点。
SP37主要性能为：供电电压为 1.9V~3.6V；运行温度为-40~+125℃；低电流；传感器测量范围可选为450kpa，900kpa，1300kpa；具有z轴加速度传感器；温度传感器；高温关闭模式以在高温下保护器件；电池电压传感器；集成RF发送器频率可为315/434MHZ；可选输出功率为5dBm或8dBm（转成50Ohm负载）；可调RF发送曼彻斯特编码数据速率高达10kbit/s，可选ASK/FSK调制；FSK频偏可达50khz；片上晶振调节；高输入灵敏度LF接收；LF接收数据速率为 3.9kbit/s。
8051指令集兼容微控制器；6kByte FLASH 内存;16kByte ROM;256Bytes RAM;可用内部定时器，LF接收器或者通过GPIO口连接的外部唤醒源唤醒；编程/调试接口；硬件曼彻斯特/双相编码高频发送；16位硬件CRC发生器；8位随机数发生器；看门狗定时器；3个双向GPIO口。
可以通过软件控制去测量压力，加速度，温度和电池电压，得到的数据经过调整后用以高频发射。
SP37拥有智能唤醒机制可以减少电能消耗。
中断定时器可以控制测量和发射的时间。
经过编程，可以通过定期中断唤醒或者低频信号唤醒，而且低频唤醒还可以进一步使能SP37去接收数据。
另外，也可以通过连接到GPIO口的外部唤醒源去唤醒。
SP37的集成微控制器兼容标准8051的指令集，且配有不同的外设（如硬件曼彻斯特/双向编码/译码器和CRC 生成/校验器）。
低功耗315/433 MHZ的RF发射器包含一个全集成PLL合成器，一个ASK/FSK调制器和一个有效的功率放大器。
通过使用片上电容或者增加的额外电容，可以实现中心频率的有效调制。
[4]SP37有14个管脚，每个管脚的功能分别如下图2.3[4]图2.3 管脚图PIN1是PP0 I/O口，I2C 时钟口，操作模式口；PIN2是PP1 I/O 口，I2C 时钟口，操作模式口；PIN3是PP2 I/O口，TxData口；PIN4是高频输出口；PIN5是高频发送接地；PIN7，PIN8是地；PIN12是晶振接地；PIN6是供电口；PIN9是内部电压调节输出；PIN10是差分低频接收输入1口；PIN11是差分低频接收输入2口；PIN13是晶振输入口；PIN14是晶振装载电容；2.3 相关软硬件工具介绍2.3.1 开发软件由于sp37是51内核的单片机，所以编程时采用keil for C51编程环境，经过编译链接生成hex文件后导入烧录软件如下图2.4，图2.5图2.4 keil界面图2.5 烧录软件界面a.设置“串口”：选择连接串口“侦测串口”：用于连接使用前测试编程器连接的是哪个串口，连接一次正确后会记录下这个串口号，以后可以不必侦测，侦测完串口会自动打开芯片电源。