1、南京财经大学硕士学位论文汽车轮胎安全智能监测系统的研究和实现姓名：耿佳申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：李耀2010-01-16IIABSTRACT Tire safety of automobile Tires plays an important role in vehicles safe driving. This dissertation firstly introduces the research background and the research status at home and abroad, and then the realization scheme
2、 of automobile tire safety monitoring system is proposed. The monitor system is designed based on the wireless sensor network (WSN) , the tire pressure and the brake drum temperature data are acquired by the WSN nodes which are installed on each tires rim. The gateway nodes receive the data which is
3、 transmitted by WSN nodes and transmit to the control center. The data is analyzed and processed by control center, if it is out of the safe scope the control center will make some alarm signals such as sound, light, etc. to remind the driver take some measures. At the same time the control center w
4、ill send the data to the remote data center through GPRS net. The low power wireless MCU CC2510 which is embedded an A/D converter and RF transceiver is used to be as the microcontroller of the WSN nodes and its power supplied by the 3.6V lithium battery. The embedded C language is used to develop t
5、he system software, and the software platforms are as follows: IAR7.20H, Keil uVision3, C/OS-II embedded operating system. This dissertation presents the communication protocol and the relevant software flow charts respectively. This subject derives from company, now it has been checked and accepted
6、. The innovations of the subject are as follows:a kind of method about tire safety monitoring system for automobile based on WSN is proposed, and it fills the domestic gap in the field of truck tire security monitoring production. Appendix is to offer some diagrams about the system such as schematic
7、 diagrams, instance diagrams and installation diagrams. KEY WORDS：Tire Safety; Wireless Sensor Network; Embedded System; CC2510 学位论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。 作者签名： 日期： 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京财经大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学
8、校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定。 作者签名： 导师签名： 日期： 南京财经大学硕士学位论文 1第一章 导论 1.1课题背景 汽车轮胎是汽车行驶的一个重要部件，在安全行驶中起着重要作用。轮胎气压低，滚动阻力增加，轮胎的磨损加大，汽车油耗增加；轮胎气压高，轮胎寿命会缩短；当气压过高、过低或轮胎温度过高时，容易引起爆胎，危及乘员的生命安全。我国高速公路上70%的交通事故都是由于轮胎故障引起的，美国这一比例高达80%。汽车轮胎压力监测系统(Tire Pressure Monito
9、ring System下文 简称TPMS)在此背景下应运而生，它能实时测量轮胎气压，并在气压超出正常范围时给出声、光报警信号，提醒驾驶员轮胎压力处于非正常状态，使之在事故发生前有足够时间作出处理，提高轮胎的使用寿命，减少事故的发生率。 目前市场上出现的TPMS产品主要是面向小型汽车设计。小型汽车由于轮胎多没有内胆，胎内可以安装传感器，但对载货汽车，由于轮胎多为有胆胎，胎内无法安装传感器，同时车体长，轮胎多，目前为止还没有成熟的TPMS产品。 1.2国内外研究现状 由于国外立法强制性安装TPMS装置较早，其TPMS技术发展比较成熟。迄今为止，国外己有许多车型装配了TPMS。从2002年以后发布的
10、世界新车资料中可以看到，美国福特公司的林肯大陆、戴姆勒-克莱斯勒公司等知名汽车厂商在多种新车中都预装了TPMS装置。许多欧洲的汽车厂商也已将TPMS配装于其高档车型，包括宝马公司的Z8、奔驰系列、欧宝公司的威达、旁蒂亚克的Bon Neville SE等。目前TPMS关键技术掌握在少数跨国企业手中。 我国还没有强制性安装TPMS装置的规定。目前，国内大部分厂家仍处在研究开发阶段，还没有成熟的产品。从中国优秀硕士学位论文全文数据库中检索到，近年来吉林大学、武汉理工大学、合肥工业大学、南京理工大学等高校开始对TPMS相关技术进行研究，研究的TPMS方案大致类似，方案框图如图1.1所示。 图国内部分高
11、校TPMS方案框图 南京财经大学硕士学位论文 2这些TPMS系统都包含发射模块和接收模块两部分，发射模块使用压力温度传感器监测轮胎压力和温度，并将监测数据通过射频发射；接收模块分析接收数据，若轮胎压力或温度不在安全范围，发出声光报警信号。国内部分高校TPMS关键技术参数如表1.1所示。 表1.1 国内部分高校TPMS关键技术参数 校名 微控制器 压力温度 传感器 射频接收 芯片 射频发射 芯片 射频频率(MHz) 适用 对象 发表 时间 吉林 大学 AT89C2051 (Atmel) SP12 (Infineon) MC33594 (Motorola) ATAR862-3 (Atmel) 31
12、5 小型汽车 (无胆胎) 2008 合肥工业大学 PIC16F630 (Microchip) SP12 (Infineon) TDA52l0 (Infineon) TDK5100F (Infineon) 433.92 小型汽车 (无胆胎) 2007 武汉理工大学 MC68HC908 (Motorola) MPXY8020 (Freescale) MC33594 (Motorola) MC33493 (Motorola) 433.92 小型汽车 (无胆胎) 2007 南京理工大学 AT89S53 (Atmel) MPXY8020A (Freescale) MC33594 (Motorola) M
13、C33493 (Motorola) 433.92 小型汽车 (无胆胎) 2008 注：括号中英文为芯片生产公司名称，其中Microchip为美国微芯科技公司，Infineon为德国英飞凌公司， Motorola为美国摩托罗拉公司，Freescale为德国飞思卡尔公司，Atmel为美国爱特梅尔公司。 上述TPMS系统发射模块安装在轮胎内部，仅适用于无胆胎（小型汽车），对载货汽车，由于轮胎有内胎（有胆胎），发射模块无法置入胎内，方法无效。 1.3课题来源 2008年南京本立智能有限公司承接了北京北汽集团福田欧曼重型汽车厂的 “汽车智能监测系统”科研课题，课题要求系统具有对载货汽车进行远程定位；利用
14、无线传感器网络实时监测车的状态（轮胎压力、刹车鼓温度、载重、油量消耗等）发回远程数据中心（通过GPRS网络）等功能。本人参与了该课题研究，主要负责其中TPMS部分，日前该课题已结题验收，这里对本人研究成果部分作一介绍。 南京财经大学硕士学位论文 3第二章 系统总体方案设计 对轮胎有内胎的载货汽车，TPMS系统设计存在下列问题： 监测电路（传感器及无线发射）无法安装进胎内，只能安装在轮毂上； 由于轮毂的转动，只能采用电池供电，采用电池供电，必须要求监测电路功耗低； 由于载货汽车轮胎多，且每个轮胎都需安装监测电路，需要组织无线传感器网络； 若需要远程数据监测，需要解决远程通信问题。 根据企业设计需
15、求，设计的系统总体框图如图2.1所示。 图2.1 系统总体框图 系统包括无线传感器网络、主控中心、远程数据中心三部分。 无线传感器网络包括胎压监测节点和刹车鼓温度监测节点，两类节点均安装在轮辋上，节点的数量由轮胎数量决定（本系统最大支持128个），每个节点都拥有自己唯一的ID。 主控中心由网关节点、中央处理模块组成，中央处理模块包括微控制器LPC2378、GPRS模块、显示及报警电路。 远程数据中心为一台接入Internet的计算机。 系统大致工作流程如下：无线传感器网络节点实时采集胎压（或刹车鼓温度）数据，并将数据通过无线网络发送给网关节点；网关节点将数据打包，转发给中央处理模块的微控制器L
16、PC2378，LPC2378对数据解包、分析，并在LCD上实时显示轮胎压力及刹车鼓温度信息。若胎压、刹车鼓温度不在安全范围，中央处理模块发出声、光等信号报警，提醒驾驶人员采取防范措施。同时将数据通过GPRS模块发至GPRS网络，通过GPRS网络传至远程数据中心，以实现远程监测；远程数据中心也可通过GPRS网络下发控制命令，中央处理模块负责解析接收到的命令，并控制网关节点将命令内容发送至无线传感器网络，实现对车辆工作方式的远程控制。 南京财经大学硕士学位论文 4第三章 系统硬件设计 3.1无线传感器网络 无线传感器网络（wireless sensor network，WSN）是由大量体积小、功耗
17、低、具有无线通信、数据检测、数据处理功能的传感器节点组成。传感器节点一般结构如图3.1所示。 图3.1传感器节点结构框图 本系统无线传感器网络节点包含轮胎压力监测节点和刹车鼓温度监测节点。 3.1.1轮胎压力监测节点 1.微控制器选择 无线传感器网络节点的微控制器除了具备一般单片机的基本性能外，还应具备无线收发功能，由电池供电，必须低功耗。本系统节点选用一种新型的无线单片机CC2510作为微控制器，具有体积小、成本低、可靠性高等特点。下面对无线单片机CC2510作简要介绍。 2.无线单片机CC2510 CC2510是美国Chipcon公司 2005年新推出的一款2.4GHz无线单片机。其内部结
18、构如图3.2 所示。 CC2510内部集成了低功耗8051 CPU核；RF收发器（支持2FSK，GFSK和MSK等调制方式）；4KB SRAM；32KB Flash；1个16位定时器；3个8位定时器；2个UART/SPI接口；8通道分辨率可编程A/D转换器；看门狗；DMA控制器。 CC2510共有36引脚，包含21个通用I/O引脚（P0_0P0_7、P1_0P1_7、P2_0P2_4），这些通用I/O引脚大多具有复用功能，其中P0_0P0_7可复用为A/D转换器的8个输入通道，P1_2P1_5可复用为SPI接口等，RF_P、RF_N引脚用于外接天线发射匹配电路；CC2510的工作电压范围为2.
19、0V3.6V，使用3.6V锂亚电池经二极管降压至3.3V左右向它供电。 南京财经大学硕士学位论文 5图3.2 CC2510内部结构框图 (1)片内A/D转换器及使用 CC2510片内拥有一个8路分辨率可编程A/D转换器，支持单端输入和差分输入两种模式，分辨率、输入模式可通过ADCCON2寄存器选择，ADCCON2寄存器位描述如表3.1所示。 南京财经大学硕士学位论文 6表3.1 ADCCON2寄存器位描述 位号 名称 读写方式 描述 复位值 7:6 SREF 读/写 参考电压选择 00 - 内部参考电压1.25V； 01 - 外部参考电压； 10 - AVDD引脚电压：3.3V 11 - 差分
20、输入 00 5:4 SDIV 读/写 分辨率选择 00 - 7位分辨率； 01 - 9位分辨率； 10 - 10位分辨率； 11 - 12位分辨率 01 3:0 SCH 读/写 输入通道选择 0000 - AIN0； 0001 - AIN1 0010 - AIN2； 0011 - AIN3 0100 - AIN4； 0101 - AIN5 0110 - AIN6； 0111 - AIN7 0000 例如：设置引脚P0_0为A/D转换器输入通道0，C语言程序如下： void initADC(void) P0SEL |=0x03; /设置P0_0为A/D输入引脚，P0SEL为 CC2510引脚功能
21、选择寄存器 P0DIR |= 0x10; /设置引脚为输入，P0DIR为CC2510引脚 方向寄存器 ADCCFG |= 0x03; /P0_0作A/D通道0，ADCCFG为A/D通 道配置寄存器 ADCCON2=0x30; /配置A/D分辨率为12位，输入通道为AIN0 ADCCON1=0x33; /ADCCON1.ST=1时启动转换，ADCCON1 为A/D控制寄存器 EA=1; /8051 CPU开中断 ADCIE=1; /片内A/D转换器开中断 A/D转换时间为6.5s，转换完成后，结果存放在ADCH（数据高4位）、ADCL（数据低8位）2个数据寄存器中。 南京财经大学硕士学位论文 7
22、(2) 片内DMA控制器及使用 CC2510片内有1个DMA控制器，其内部RF收发器和SRAM之间通过DMA方式直接传输数据（A/D转换器、串口等也可使用DMA方式），无需8051 CPU中转。 在使用CC2510的DMA方式传输数据前，用户必须正确配置相关DMA参数，例如DMA传输源/目的地址、DMA传输模式、DMA传输触发事件等。根据成都无线龙通信科技有限公司提供的软件接口，这些参数由DMA配置数据结构体DMA_DESC定义。以RF收发器为例，DMA配置数据结构体初始化C语言程序如下。 typedef struct / DMA配置数据结构体 unsigned int SRCADDR; /D
23、MA传输源地址 unsigned int DESTADDR; /DMA传输目的地址 unsigned char VLEN; /DMA传输长度模式 unsigned char LEN; /DMA传输数据长度 unsigned char WORDSIZE; /DMA传输数据单位 unsigned char TMODE; /DMA传输模式 unsigned char TRIG; /DMA传输触发事件 unsigned char SRCINC; /DMA传输源地址增长方式 unsigned char DESTINC; /DMA传输目的地址增长方式 unsigned char IRQMASK; /DMA
24、中断掩码 unsigned char PRIORITY; /DMA传输优先级 DMA_DESC; #define TRIG_RADIO 19 /无线传输事件号为19 void culDmaToRadio(DMA_DESC* pDmaChannel, BYTE *pDstAddr) /*RF发射状态下的DMA配置数据结构体初始化函数*/ pDmaChannel-SRCADDR = pDstAddr; /pDstAddr为目的地址 pDmaChannel-DESTADDR = /X_RFD为RF数据寄存器 pDmaChannel-VLEN= VLEN_FIXED; /DMA传输使用固定长度模式 p
25、DmaChannel-LEN=0xff; /数据长度为255 pDmaChannel-WORDSIZE=DMABYTE;/DMA传输单位为字节 pDmaChannel-TMODE=SINGLE; /DMA传输模式为单字节 pDmaChannel-TRIG= TRIG_RADIO; /DMA触发事件为无线传输 pDmaChannel-SRCINC= SRCINC_1; /DMA传输完成后源地址加1 pDmaChannel-DESTINC=DESTINC_0; /目的地址为常量 南京财经大学硕士学位论文 8pDmaChannel-IRQMASK= TRUE; /DMA传输完成后进入中断 pDmaC
26、hannel-PRIORITY = PRI_LOW; /低优先级 void culDmaFromRadio(DMA_DESC* pDmaChannel, BYTE *pDstAddr) /*RF为接收状态下的DMA配置数据结构体初始化函数*/ pDmaChannel-SRCADDR = /X_RFD为RF数据寄存器 pDmaChannel-DESTADDR = pDstAddr; /pDstAddr为目的地址 pDmaChannel-VLEN= VLEN_FIXED; /DMA传输使用固定长度模式 pDmaChannel-LEN=0xff; /数据长度为255 pDmaChannel-WORD
27、SIZE=DMABYTE;/DMA传输单位为字节 pDmaChannel-TMODE=SINGLE; /DMA传输模式为单字节 pDmaChannel-TRIG= TRIG_RADIO; /DMA触发事件为无线传输 pDmaChannel-SRCINC= SRCINC_0; /源地址为常量 pDmaChannel-DESTINC=DESTINC_1; /DMA传输完成目的地址加1 pDmaChannel-IRQMASK= TRUE; /DMA传输完成后进入中断 pDmaChannel-PRIORITY = PRI_LOW; /低优先级 (3) 片内RF收发器及使用 片内RF收发器无线通信频率范
28、围为2412MHz2463MHz，包含0255共256个信道（频率：2412MHz、2412.2MHz、2412.4MHz2463MHz），带宽为200K，可通过对8位信道寄存器CHANNR编程改变信道，例如：CHANNR=0x02选择无线传输信道号为2（频率2412.4MHz）。 CC2510片内集成的RF收发器包含发射器（TRANSMIT CHAIN）和接收器（RECEIVE CHAIN）两部分，其传输过程如下： RF发射过程：在DMA控制器控制下，用户设置的SRAM中的一字节数据通过片内总线自动传送到RF数据寄存器，通过RF_P、RF_N引脚发射，发射完成后SRAM地址自动加1，字节计数
29、器自动减1，若字节计数器不为0，进行下一字节发射，直至字节计数器为0，传送256字节的时间约0.8ms。 RF接收过程：天线接收到射频信号，通过RF_P、RF_N引脚进入RF数据寄存器，在DMA控制器控制下，RF数据寄存器的一字节数据通过片内总线自动传送至设置的SRAM地址中，SRAM地址自动加1，字节计数器自动减1，若字节计数器不为0，进行下一字节接收，直至字节计数器为0。 在使用CC2510发送或接收数据前，还需要对RF寄存器进行配置，配置内容包括射频频率、接收/发送模式、传输率和数据格式、频率合成主要参数、频率合成指示模式、可选RSSI或外部IF以及晶体振荡开/关模式等。 南京财经大学硕
30、士学位论文 9(4) CC2510工作模式 CC2510拥有4种灵活的低功耗模式，具体工作模式如表3.2所示。CC2510在进入PM2浅休眠状态时电流消耗只有0.5A，且从休眠状态到全功能状态的过渡时间为微秒级。芯片在全功能状态时电流消耗为4.6mA，在接收和发射模式，电流消耗分别17.1 mA和18.5 mA。CC2510的这些特性特别适合要求电池供电的产品使用。 表3.2 CC2510工作模式 工作 模式 状态 晶振 模式转换 PM0 全功能状态 高/低速晶振工作 设置SLEEP.MODEPM1-PM3 PM1 部分休眠状态 低速晶振工作 外部中断/Reset/休眠定时器中断PM0 PM2
31、 浅休眠状态 低速晶振工作 外部中断/Reset/休眠定时器中断PM0 PM3 深休眠状态 停振 外部中断/ResetPM0 本系统休眠时选用的工作模式为浅休眠状态(PM2)，此时CC2510只有低速晶振工作，可通过外部中断、复位或休眠定时器中断唤醒至全功能状态。用户可以设置CC2510提供的8位SLEEP睡眠模式控制(Sleep Mode Control)寄存器实现模式转换，SLEEP寄存器位描述如表3.3所示。 表3.3 SLEEP寄存器位描述 位号 名称 读/写方式 描述 复位值 7 USB_EN 读/写 CC2510未使用 0 6 XOSC_STB 只读 高速晶体振荡器稳定状态 0 5
32、 HFRC_STB 只读 高速RC振荡器稳定状态 0 4:3 RST1:0 只读 指示上次复位原因 XX 2 OSC_PD 读/写 高速晶体振荡器和高速RC振荡器关闭设置 1 1:0 MODE1:0 读/写 电源模式设定 (00-PM0；01-PM1；10-PM2；11-PM3) 00 注：若想从PM0状态进入PM2状态只需向SLEEP寄存器的MODE(1:0)位写入二进制“10” 。 (5) CC2510应用电路 本系统CC2510应用电路如图3.3所示。图中引脚1、33、34为CC2510的SPI口，用于读取MAX6675输出的温度数据；引脚5为CC2510的A/D通道0输入端，用于输入放
33、大后的压力传感器电压。 南京财经大学硕士学位论文 10图3.3 CC2510应用电路 图3.3中，电容C6C11，电感L1L3以及天线E1构成了射频输入/输出匹配电路，主要用来匹配输入/输出阻抗，使其输入/输出阻抗为50O。发射部分经过前端型匹配网络向50O垂直天线馈电。 在天线选择时，考虑到产品的应用对象是重型载货汽车，部分无线传感器网络节点与网关节点的距离达10米，综合考虑无线数据传输质量、PCB板体积、成本等诸多因素，选用南京基恩通电子科技有限公司生产的型号为GB05A鞭状天线，该天线匹配50O特征电阻，中心频率为2.4GHZ，具有2dB的放大增益，试验结果表明该天线符合系统设计要求。
34、3.压力传感器 胎压监测节点采用小型压阻式压力传感器作为测压元件，其实物图如图3.4(a)所示。采用高压密封橡胶管将它与轮胎气嘴连接，直接感受胎压压力。该传感器内部是一个惠更斯电桥（图3.4(b)），集成在单晶硅膜片上，当单晶硅材料受到压力作用后，电阻发生变化，若给传感器1、3引脚加一个恒流源，其2、4引脚就可得到正比于压力变化的电信号输出。 南京财经大学硕士学位论文 11图3.4压力传感器实物和内部结构 4.信号放大电路 由于压力传感器输出电压为毫伏级，必须放大后才能送给A/D转换器。这里采用的信号放大电路如图3.5所示。 图3.5压力传感器信号放大电路 如图3.5所示，本系统以R1、R2、
35、R3、OP1组成恒定电流源，接至压力传感器的1、3脚，记OP1同向输入端电压大小为1 V ，OP1输出电流大小为1 I ,则 213123.3 ()RIRRR= + (3.1) 图中R4R10，OP2OP4构成测量放大器，其中R7、R8、R9、R10阻值相同，R4、 R6阻值相同。记压力传感器2、4脚输出电压大小为o V ，经过放大后OP4输出电压为 outV，则 452(1)1outoRVVRwR=+ + (3.2) 由式3.2可以看出，调整可变电阻Rw1的阻值可以使OP4输出电压 outV在节点南京财经大学硕士学位论文 12A/D转换器的输入电压范围之内。相关A/D转换C语言程序如下： u
36、nsigned int getPressure(void) unsigned char adc_h, adc_l; /A/D数据的高、低位 unsigned char adc_value; unsigned int press; adc_h=ADCH; /读取A/D数据寄存器值 adc_l=ADCL; adc_value =(adc_h /去掉无效位，得到温度数字量 temper =temper*1023.75/4095 /获得温度数据 return temper; ; 刹车鼓温度监测节点的数据采集处理过程、软件滤波方法与轮胎压力监测节类似，这里不再赘述。 南京财经大学硕士学位论文 163.1
37、.3无线传感器网络节点电源 由于轮胎压力监测节点和刹车鼓温度监测节点都安装在载货汽车轮辋上，必须使用电池为每个无线传感器网络节点供电。目前，工业级的电池中主要使用锂亚电池(锂/亚硫酰氯，ER系列)，锂锰电池(锂/二氧化锰，Li/MnO2，CR系列)及锂氟电池(锂/氟化碳，Li/CF，BR系列)。其特性比较如表3.5。 表3.5 各种电池性能比较 种类 空载电压 (V) 负载电压 (V) 放电 电压 自放 电 高低温放电特性 容积 比 瞬间放 电电流 锂亚 3.6 3.4 平稳 极低 高低温特性好 最高 小 锂锰 3.0 2.8 倾斜 低 高温尚可，低温放电较快 高 较大 锂氟 3.0 2.8
38、倾斜 小 低 高温好过CR但高低温比 ER要差 高 较大 从表3.5可以看到，锂亚电池除瞬间放电电流小外，自放电、高低温放电特性、容积比等各方面性能都要高于锂锰、锂氟电池。而在TPMS系统中，因为无线单片机即使在发射时电流消耗都很小，并不需要大脉冲电流，故选用锂亚电池为传感器网络节点电源。 节点电源电路如图3.11所示。图中C1，C2为滤波电容，D1为肖基特二极管，其作用有二个：其一是利用D1压降（约0.3V）将3.6V电池电压降至3.3V左右供给节点电路；其二隔离节点电路可能产生的高频信号。 图3.11传感器网络节点电源 南京财经大学硕士学位论文 173.2主控中心硬件设计 主控中心硬件结构
39、如图3.12所示。微控制器采用NXP公司推出的32位ARM7芯片LPC2378，以无线单片机CC2510作为无线收发器。 图3.12主控中心硬件结构 网关节点以CC2510为微控制器。网关节点主要功能：从无线传感器网络接收轮胎安全信息，将信息通过串口发送给LPC2378。接收中央处理模块发过来的命令，命令解析后转发给无线传感器网络。微控制器LPC2378主要功能：接收网关节点转发数据，并对其解析、处理，若轮胎状态出现异常，发出声、光等信号报警，提醒驾驶人员采取防范措施。通过串口1控制GPRS模块SIM300C将胎压、温度等状态数据发送到远程数据中心。若远程数据中心有命令下发，中央处理模块负责解
40、析命令，并将命令内容由串口0发送至网关节点。图中24V电源，来自车载蓄电池。 3.2.1 LPC2378微控制器 LPC2378基于ARM7TDMI-S内核设计，采用144脚LQFP封装；内部有Flash 512KB、SRAM58KB；支持实时仿真和跟踪；支持c-OS/II、Windows CE、cLinux、Palm OS、VxWorks等实时操作系统。 南京财经大学硕士学位论文 18LPC2378具有如下基本特点： 最高工作频率72MHz； 支持在系统编程（ ISP）和在应用编程（IAP）功能； LPC2378具有8位数据 /16位地址并行的总线，外部存储器支持Flash和SRAM； 含有
41、104个通用I/O 引脚以及丰富的串行外设接口： USB 2.0接口、1个8通道10位A/D转换器、1个带有验收滤波器模式的CAN通道、1个SPI接口、2个同步串行端口（SSP）、3个I2C接口、4个带小数波特率发生器功能的UART串行通信接口等； 向量中断控制器，支持多达32个向量中断；含有4个通用定时器，每个定时器带2个捕获输入引脚和多达4个的比较输出引脚，每个定时器模块均有一个外部计数输入； 片内集成了看门 狗电路； 支持实时时钟RTC 功能，且带有2KB静态RAM，当RTC模块由RTC电源引脚供电时，当芯片的其它部分掉电时允许数据存储在SRAM中； 具有标准的ARM测试 /调试接口。
42、3.2.2 GPRS通信模块 1. GPRS概述 GPRS（General Packet Radio System，通用无线分组业务）是在现有GSM系统上发展出来的一种新的数据承载业务，支持TCP/IP协议，可以与分组数据网（Internet等）直接互通。图3.13给出了GPRS传输原理图。 图3.13 GPRS传输原理 南京财经大学硕士学位论文 19GPRS是在原有的GSM网络中引入了两个新的网络节点：SGSN (Serving GSN，服务支持节点)和GGSN (Gateway GSN，网关支持节点)。传输过程为：GPRS模块通过接口从客户系统取得数据，处理后的分组数据发送到基站BSS。分
43、组数据经SGSN封装后，通过GPRS骨干网与GGSN进行通信。GGSN对分组数据进行处理后，再发送到目的网络(如Internet)。若分组数据是发送到另一个GPRS终端，那么数据由GPRS骨干网发送到SGSN，经BSS发送到目的终端。 GPRS传输具有的实时性好、数据传输速度快、通信费用低、网络接入快、支持IP协议和X.25协议等特点，使其应用范围广泛，几乎可以涵盖所有的中低业务和低速率的数据传输，尤其适合突发的小流量数据传输业务。 2. GPRS模块选择及外围电路设计 GPRS模块担负主控中心与远程数据中心数据和命令传输的任务。目前市场上GPRS模块有两类：一类是支持GPRS功能但不具有TC
44、P/IP协议栈的模块，该类型模块由于要在处理器内实现TCP/IP协议；另一类是内嵌TCP/IP协议栈的模块。综合设计复杂度、价格、性能、生产和维修维护等因素，本系统选择SIMCOM公司生产的内置TCP/IP协议栈的SIM300C模块。 SIM300C有60个引脚，通过一个ZIF连接器引出。这60个引脚可以大体分为电源、数据传输、SIM卡、音频和控制接口五类，SIM300C需要相应的外围电路与其配合才能正常运行。本系统SIM300C外围电路如图3.14所示。 图3.14 SIM300C外围电路 南京财经大学硕士学位论文 20图中SIM300C的引脚16（NetworkLed/GPIO12)控制L
45、ED指示灯，通过闪烁来指示SIM300C的不同工作状态。 SIM300C的第17引脚（PWRKEY，输入），与LPC2378的P1.28引脚相连，P1.28引脚输出高电平时启动SIM300C模块，输出低电平则关闭SIM300C模块。 SIM300C的25、27、29、31引脚分别为SIM_VDD、SIM_RST、SIM_DATA、SIM_CLK与标准SIM卡座MOLEX-91228_8对应引脚相连。可以支持1.8V和3V的SIM卡。 SIM300C的41和43引脚分别为RXD、TXD，与LPC2378的TXD1、 RXD1相连，实现数据的接收和发送。除此之外，DTR、RTS、CTS、DCD引脚
46、与LPC2378的DTR1、RTS1、CTS1、DCD1引脚相连，起到握手信号的作用，其中DCD信号用来检测GPRS模块是处于数据发送状态还是处于AT命令状态，DTR信号用来通知GPRS模块传送工作已经结束。 SIM300C的第49引脚（RI），用来指示数据接收状态。SIM300C作为数据接收端时，RI引脚通常处于高电平状态，若接收到数据，RI引脚电平变为低电平，数据接收完，变回高电平；SIM300C作为数据发送端时，该引脚保持高电平。RI引脚与LPC2378的RI1引脚相连，便于LPC2378检测和控制输入。 SIM300C与LPC2378微控制器通过简单的AT命令交互，涉及到的相关AT命令
47、将在下一章中进行描述。 3. GPRS模块电源 GPRS模块发射状态下工作电流很大，为了在发射时不影响系统其它电路工作，设计了GPRS供电电源电路，如图3.15所示。 图3.15 GPRS电源电路 图中MGP-RSW为LPC2378的P3.26引脚，它控制GPRS模块电源（VBAT）。当该引脚为高电平时，三极管Q1导通，系统+5.0V电源经二极管D1，D2降压后通过退耦电感L1和电容C1C4（储能）向GPRS模块（VBAT）供电，在GPRS南京财经大学硕士学位论文 21模块出现宕机状况，LPC2378可以拉低MGP-RSW，切除GPRS主电源VBAT一段时间后恢复高电平，以保证GPRS模块进入
48、正常工作状态。 3.2.3显示及报警电路 显示、报警电路如图3.16所示。电路由LPC2378微控制器控制的两个LED、一个蜂鸣器及一个液晶模块构成，用来实时显示轮胎压力、刹车鼓温度等信息，供驾驶员观看，并可以在轮胎出现异常时通过声、光等形式报警，提醒驾驶员采取防范措施。 图3.16显示及报警电路 图中LS1为蜂鸣器，由LPC2378的P3.0引脚控制（低电平蜂鸣），当轮胎状态不在安全范围（轮胎压力低于180kPa或高于450kPa、刹车鼓温度高于15）时蜂鸣；D1为胎压报警LED， D2为刹车鼓温度报警LED。液晶模块采用深圳拓微电子有限公司生产的1264点阵液晶（LMB018）模块，工作电压为5V，支持串行、并行数据传输方式。本系统采用串行数据传输方式，其引脚说明如表3.6所示。图中3.3V和5.0V电源都由主控中心电源提供（3.2.4节介绍）。 表3.6 LMB018引脚说明 引脚名 引脚描述 SCK 串行时钟输入端 CS 片选输入端，低 电平有效 A0 数据/命令选择端。低电平输入控制命令；高电平输入显示数据 SID 串行数据输入端。 南京财经大学硕士学位论文 223.2.4主控中心电源 主控中心电源电路如图3.17所示。车载电源24V（由汽车蓄电池提供）经过开关型集成稳压电路LM2576稳压至+5
