能式汽車安全氣袋控制系統(tǒng)的設計方案

1.3.2 單片機

根據(jù)氣袋控制系統(tǒng)的要求，選擇MOTOROLA公司的MC68HC11E9單片機，它具有以下性能４：

·有512字節(jié)RAM：可以在發(fā)生碰撞時采集一定數(shù)量的加速度信號，作為判斷點火的依據(jù)。

·有512字節(jié)EEPROM：所記錄的事故數(shù)據(jù)可在失去電源的情況下長久保存，以備事故分析。

·有12K字節(jié)EPROM：可以把程序固化在單片機中而不用外擴存儲器，減少了系統(tǒng)的復雜程度，提高可靠性。

·有足夠數(shù)量的A/D轉(zhuǎn)換通道：可以直接對加速度信號及氣袋和點火電路的檢查結(jié)果進行A/D轉(zhuǎn)換，從而節(jié)省了專用A/D芯片，提高了系統(tǒng)的可靠性。

·具有異步串行通訊接口，可以實現(xiàn)系統(tǒng)與計算機的通訊。

可見該型號單片機具有氣袋控制系統(tǒng)所需的多種性能，可大大節(jié)省各種專用芯片的數(shù)量，減小系統(tǒng)的復雜程度。單片機的時鐘頻率選擇為3MHz，這個速度可完全滿足氣袋控制系統(tǒng)的工作要求。

1.3.3 電源

在點爆氣袋的瞬時，系統(tǒng)的電流相當大，如果電源選擇不當，無力提供大的瞬時電流而引起點火電壓大幅降低，就可能無法點火甚至因電源電壓過低而使系統(tǒng)停止工作。汽車用的電瓶可以提供短時間、高強度的電流，一般情況下完全滿足點火要求，可以選擇它作為控制單元電源和點火電源，同時也可降低系統(tǒng)的復雜程度。但是，汽車電瓶工作時電壓波動非常大，因此電源部分需采取濾波等相應措施。為了減少元件數(shù)量，提高可靠性，要求所選元件的工作電壓均為+5V。

為了保證在失去電源的情況下系統(tǒng)仍能正常工作數(shù)百毫秒并能可靠地點爆氣袋，在電源部分設計了大電容蓄能。

為了防止在電壓過低時系統(tǒng)誤操作，還設計了電源監(jiān)測電路，用以實現(xiàn)低電壓禁止的功能。

1.3.4 加速度測量電路

系統(tǒng)選用MOTOROLA公司生產(chǎn)的氣袋系統(tǒng)專用電容式硅微加速度傳感器。與傳統(tǒng)的壓阻傳感器相比，它有以下幾個優(yōu)點：

1實現(xiàn)全電路診斷，提高了系統(tǒng)的可靠性。

2集成度提高，不用放大電路等即可進行A/D轉(zhuǎn)換。

為了消除高頻噪聲的干擾，控制系統(tǒng)中一般都需對加速度信號進行濾波。而濾波器的特性和濾波頻率對點火控制有很大影響，參考汽車碰撞試驗方法，本電路的濾波頻率選擇為100Hz。濾波器使用MAXIM公司的濾波電路MAX291。它是8階巴特沃茲低通開關(guān)電容濾波芯片，可以采用單電源+5V供電。開關(guān)電容濾波器是集成器件，性能可靠、結(jié)構(gòu)緊湊，可以較好地滿足控制系統(tǒng)的要求。經(jīng)過濾波后的加速度信號即可進入單片機進行A/D轉(zhuǎn)換。

1.3.5 點火電路及氣袋檢測電路

氣體發(fā)生器的點爆條件為2A、2ms的電流脈沖。顯然，如果直接用單片機的輸出口驅(qū)動，雖然可提供足夠的電壓，但無法提供如此大的電流，因此要設計一個點火電路來完成這個任務。點火電路起到一個開關(guān)的作用，平時處于常開狀態(tài)，點火時由單片機發(fā)出的點火信號控制開關(guān)閉合，把點火電壓加在氣體發(fā)生器橋絲的兩端，并持續(xù)一定時間。為了可靠點火，點火電壓應大于4V，在這里使用電控單元的電源(即車載電瓶)作為點火電路的電源2。圖3為點火電路的示意圖。

在驅(qū)動電路中，利用光電耦合實現(xiàn)控制電路與主電路之間的隔離，以保證電路的安全并提高抗干擾能力。為了防止誤點火，點火電路和氣袋之間串聯(lián)一個機械式安全傳感器。它在原理上是一個機械式加速度傳感器，正常情況下處于常開狀態(tài)，當減速度達到一定強度時，傳感器閉合，允許點火電流通過。而一般的路面干擾不足以使之閉合，此時，即使有錯誤的點火信號，也不能點爆氣袋。

為了提高系統(tǒng)的可靠性，點火電路設計有自檢能力和檢測氣袋狀況的能力，當發(fā)現(xiàn)不能可靠點爆氣袋時，通過系統(tǒng)驅(qū)動指示燈顯示故障信息，通知駕駛員及時修理。檢測氣袋時可以分辨正常、短路、斷路及接觸不良等幾種情況。

1.4 控制系統(tǒng)軟件

1.4.1 單片機軟件

單片機的軟件有兩方面的用途，一方面是用于實現(xiàn)汽車碰撞中的實時車載數(shù)據(jù)采集和安全氣袋的點火控制；另一方面是實現(xiàn)車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)同微機進行通信。

系統(tǒng)主程序包括系統(tǒng)初始化、系統(tǒng)自檢、故障代碼設置、指示燈驅(qū)動等程序。流程如圖4所示。

其中系統(tǒng)自檢部分包括EEPROM、加速度傳感器、點火電路和氣袋的自檢。自檢結(jié)束后保存結(jié)果、設置故障代碼并打開中斷，即進入正常工作狀態(tài)，循環(huán)驅(qū)動指示燈以顯示系統(tǒng)狀態(tài)，同時等待中斷發(fā)生。

數(shù)據(jù)采集與控制程序主要負責實時數(shù)據(jù)采集，使用點火算法對所采數(shù)據(jù)進行計算并作出判斷，發(fā)出點火信號。在點火后還要設置狀態(tài)代碼進行數(shù)據(jù)保存等工作。為了全面分析不同的事故情況，對不夠點火條件但仍有一定強度的事故也要記錄其波形，使系統(tǒng)具備"黑匣子"的功能。其流程如圖5所示。