【導(dǎo)讀】碰撞，第一次碰撞導(dǎo)致了汽車速度的急劇變化。由于慣性的作用，車上的乘員向前運動，為了減輕和避免駕乘人員在第二次碰撞中受到傷害，乘員保護系統(tǒng)的。與車內(nèi)結(jié)構(gòu)件碰撞造成的傷害。氣囊上，通過氣囊上的排氣節(jié)流阻力吸收乘員的動能，使猛烈的第二次碰撞得以減緩，所以安全氣囊作為一種防護措施已經(jīng)是必不可少了?；痣娐返冉M成，使用點火控制算法對汽車加速度信號進行判斷，輸出點火脈沖。具有體積小、可靠性高、抗干擾能力強、可進行自診斷等特點。加光隔離等一些措施。所以我設(shè)計所做的主要工作就是對安全氣囊的硬件電路實行操作。并對其的工作原理進行分析，對其應(yīng)用進行研究。

　　

【正文】 的缺省標(biāo)識符地址分配表。地址分配表包含一個功能部分和一個模塊 ID 部分。這些標(biāo)識符在預(yù)操作狀態(tài)中是可用的 , 通過動態(tài)的分配還可以修改它們。 SDS SDS (Smart Distributed System) 是由 Honeywell 公司開發(fā)的、基于 CAN 通信協(xié)議的、用于工廠自動化的控制系統(tǒng)。通過它 , 傳感器、執(zhí)行 器、現(xiàn)場控制器及其它工業(yè)設(shè)備連接為一個整體。 SDS 協(xié)議結(jié)構(gòu)適用于高速、實時的分布式控制。其特點如下 : (1) 設(shè)備簡捷有效地連接到主控制器 (King) 。 (2) 主控制器對所有節(jié)點進行全權(quán)控制 , 不支持沒有主 PLC 的節(jié)點之間的通信 。 (3) 系統(tǒng)中節(jié)點數(shù)最多為 125 個 。 (4) 僅支持標(biāo)準(zhǔn)的 CAN 協(xié)議。 CAN 總線在汽車內(nèi)的應(yīng)用 隨著車用電氣設(shè)備越來越多，從發(fā)動機控制到傳動系統(tǒng)控制，從行駛、制動、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制到安全保證系統(tǒng)及儀表報警系統(tǒng)，從電源管理到為提高舒適性而作的各種努力，使汽車電氣系統(tǒng)形成一 個復(fù)雜的大系統(tǒng)，而且這一系統(tǒng)都集中在駕駛室控制。另外，隨著近年來 ITS 的發(fā)展，以 3G（ GPS、 GIS 和 GSM）為代表的新型電子通信產(chǎn)品的出現(xiàn)，對汽車的綜合布線和信息的共享交互提出了更高的要求。 汽車內(nèi)部 CAN 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計 德國 Bosch 公司為解決現(xiàn)代車輛中眾多的控制和數(shù)據(jù)交換問題 ,開發(fā)出一種系統(tǒng)即 CAN(Controller Area Network)現(xiàn)場總線通信結(jié)構(gòu)。 CAN 總線硬件連接簡單 ,有良好的可靠性、實時性和性能價格比。 CAN 總線能夠滿足現(xiàn)代自動化通信的需要，已成為工業(yè)數(shù)據(jù)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 29 總線通信領(lǐng)域中最為活躍的一 支。 正是由于 CAN 總線具有這些其他通信方式無法比擬的優(yōu)點，使之成為電動汽車控制系統(tǒng)的理想總線。 現(xiàn)代汽車典型的電控單元主要有主控制器、發(fā)動機控制系統(tǒng)、懸架控制系統(tǒng)、制動防抱死控制系統(tǒng) (ABS)、牽引力控制系統(tǒng)、 ASR 控制系統(tǒng)、儀表管理系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)、中央門鎖系統(tǒng)、座椅調(diào)節(jié)系統(tǒng)、車燈控制系統(tǒng)等。所有這些子控制系統(tǒng)連接起來構(gòu)成一個實時控制系統(tǒng) —— 指令發(fā)出去之后，必須保證在一定時間內(nèi)得到響應(yīng)，否則，就有可能發(fā)生重大事故。這就要求汽車上的 CAN 通信網(wǎng)絡(luò)有較高的波特率設(shè)置。另外，汽車在實際運行過程中 ，眾多節(jié)點之間需要進行大量的實時數(shù)據(jù)交換。若整個汽車的所有節(jié)點都掛在一個 CAN 網(wǎng)絡(luò)上，眾多節(jié)點通過一條 CAN 總線進行通信，信息管理配置稍有不當(dāng)，就很容易出現(xiàn)總線負(fù)荷過大，導(dǎo)致系統(tǒng)實時響應(yīng)速度下降的情況。這在實時系統(tǒng)中是不允許的，因此在對汽車上各節(jié)點的實時性進行了分析之后，根據(jù)各節(jié)點對實時性的要求，設(shè)計了高、中、低速三個速率不同的 CAN 通信網(wǎng)絡(luò)，將實時性要求嚴(yán)格的節(jié)點組成高速 CAN通信網(wǎng)絡(luò)，將其他實時性要求相對較低的節(jié)點組成中速 CAN通信網(wǎng)絡(luò)，將剩下實時性要求不是很嚴(yán)格的節(jié)點組成低速 CAN 通信網(wǎng)絡(luò)。并架設(shè)網(wǎng)關(guān) 將這三個速率不同的三個通信網(wǎng)絡(luò)連接起來，實現(xiàn)全部節(jié)點之間的數(shù)據(jù)共享。整個汽車的 CAN 通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 2 所示。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 30 發(fā)動機控制系統(tǒng)、懸架控制系統(tǒng)、制動防抱死控制系統(tǒng) (ABS)、牽引力控制系統(tǒng)、ASR 控制系統(tǒng)這五個節(jié)點是汽車運行的核心部件，對時間響應(yīng)要求嚴(yán)格，因此將這五個節(jié)點組成高速 CAN 通信網(wǎng)絡(luò)，通信波特率設(shè)為 500 bps。儀表管理系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)等相對來說對實時性的要求較低，因此這些節(jié)點構(gòu)成中速 CAN 通信網(wǎng)絡(luò)、通信波特率設(shè)為 128 bps。中央門鎖系統(tǒng)、座椅調(diào)節(jié)系統(tǒng)、車燈控制系 統(tǒng)對實時性要求不是很嚴(yán)格，它們構(gòu)成低速通信網(wǎng)絡(luò)，通信波特率設(shè)為 30 bps。兩個網(wǎng)關(guān)跨接高、中、低速三條總線，與各節(jié)點進行數(shù)據(jù)交換。網(wǎng)關(guān)通過對 CAN 總線間待傳數(shù)據(jù)信息的智能化處理，可以確保只有某類特定的信息才能夠在網(wǎng)絡(luò)間傳輸。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 31 第四章 汽車安全 氣囊電路設(shè)計 控制系統(tǒng)的設(shè)計 氣袋控制系統(tǒng)的要求 由于工作任務(wù)的特殊性，汽車安全氣袋控制系統(tǒng)除了必須具備點火判斷、發(fā)出點火信號的功能外，還應(yīng)滿足以下幾點要求 2。 (1) 抗干擾能力強 氣袋系統(tǒng)若發(fā)生誤點爆，不僅會對乘員造成驚嚇，甚至可能引發(fā)事故，因此必須有很高的抗干擾能力 。如汽車受到粗糙路面干擾時會產(chǎn)生較大的減速度，系統(tǒng)要能識別出這種狀況，不點燃?xì)獯? (2) 高可靠性與工作穩(wěn)定性 由于汽車的工作環(huán)境復(fù)雜以及不允許出現(xiàn)點火失敗的工作要求，氣袋控制系統(tǒng)必須具有較高的可靠性與穩(wěn)定性。另外，碰撞后，電源可能首先被撞壞，因此要求系統(tǒng)能在掉電后繼續(xù)工作數(shù)百毫秒。 (3)結(jié)構(gòu)緊湊 整個系統(tǒng)除了要滿足上述要求外，還要盡量減小體積，少用元器件，以減小系統(tǒng)的復(fù)雜程度，提高可靠性。同時也可減少系統(tǒng)的耗電量，以盡量維持掉電后的工作。 控制系統(tǒng)總體方案 本控制系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。圖 3 是控制系統(tǒng)的組成框圖。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 32 氣袋控制系統(tǒng)硬件由兩部分構(gòu)成，一部分是車載部分的電子控制單元，包括控制單片機、傳感器、點火電路、指示燈電路等；另一部分是地面部分，包括串行通訊電路和計算機系統(tǒng)，以及打印機等后處理設(shè)備。 控制系統(tǒng)硬件 電子控制單元是整個控制系統(tǒng)的重要硬件，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的管理、電源、加速 度測量、氣袋點火驅(qū)動、指示燈顯示、數(shù)據(jù)采集等功能。 如下圖是一個典型的電路圖： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 33 總體方案 氣袋控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 2 所示。電控單元部分由電源、微處理器、傳感器及濾波、點火及其檢測電路、氣袋檢查電路等部分組成?？紤]到系統(tǒng)與外界的聯(lián)系，還要有指示燈及通訊接口 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 34 器件的選擇 CPU 及 CAN 收發(fā)器件的選擇 汽車內(nèi)部 CAN 網(wǎng)絡(luò)主要由兩部分組成：面向底層 ECU 的 CAN 節(jié)點和實現(xiàn)高低速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享及網(wǎng)絡(luò)管理的網(wǎng)關(guān)。為了減少開發(fā)周期，選擇 Motorola 公司一款帶 CAN模塊的中檔微處理器 MC9S12DP256 ； CAN 收發(fā)器以及電源系統(tǒng)是用 MC33989 來實現(xiàn)的。 微控制器 MC9S12DP256 是基于 16 位 HCS12 CPU及 μm微電子技術(shù)的高速、高性能 Flash 存儲器產(chǎn)品中的中檔芯片。其較高的性能價格比使其非常適合用于一些中高檔汽車電子控制系統(tǒng) 。同時其較簡單的背景開發(fā)模式 (BDM)也使開發(fā)成本進一步降低 ,使現(xiàn)場開發(fā)與系統(tǒng)升級變得更加方便。 MC9S12DP256 的存儲器有以下 3 種： （ 1） 256KB Flash 存儲器； 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 35 （ 2） 12KB 的 RAM （ 3） 4KB 的 EEPROM。 MC9S12DP256 有兩個 8 路 10 位精度 A/D 轉(zhuǎn)換器。 MC9S12DP256 內(nèi)部有 5 個控制器局域網(wǎng)（ CAN）模塊，每個 CAN 具有 2 個接收緩沖區(qū)和 3 個發(fā)送緩沖區(qū)。每個 CAN有發(fā)送（ RX）、接收（ TX）、出錯、喚醒等 4 個獨立的中斷通道。 CAN 模塊具有自檢功能，有底通濾波，有喚醒功能。 CAN0 通道不用做 CAN 時， 可多一條 J1850 通信通道。 MC9S12DP256 擁有的增強型捕捉定時器如下： （ 1） 16 位主計數(shù)器， 7 位分頻系數(shù)； （ 2） 8 個輸入捕 捉通道或輸出比較通道，其中 4 個捕捉通道帶有緩存； （ 3） 4 個 8 位或 2 個 16 位脈寬計數(shù)器； （ 4）每個信號濾波器有 4 個用戶可選擇的延遲計數(shù)器。 MC9S12DP256 的串行接口有以下 3 種： （ 1） 兩個異步串行接口模塊 SCI； （ 2） 一個 I2C 總線接口； （ 3） 一個同步串行外設(shè)接口。 MC9S12DP256 有 2 個具有位輸入信號沿產(chǎn)生中斷、喚醒 CPU 功能的 8 位并行口，即 16 個位輸入中斷通道，這 16 位也可以設(shè)為輸出。 MC9S12DP256 時鐘發(fā)生器有以下 2 種。 （ 1） 具有鎖相環(huán)頻率合成器。這是時鐘發(fā)生器的重要電路。它的存在使外部 32KHz晶振就可以產(chǎn)生 8MHz 的總線頻率。 （ 2） 也可以使用 0。 516MHz 的底功耗晶振做鎖相環(huán)，產(chǎn)生高達 25MHz 的片內(nèi)總線時鐘。 MC9S12DP256 提供以下技術(shù)支持： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 36 （ 1） 支持單線后臺調(diào)試模式 BDM； （ 2） 支持高級語言編程； MC9S12DP256 有可復(fù)用的地址數(shù)據(jù)總線。它可以工作在單片方式，也可以通過總線擴展存儲空間和增加 I/O 接口電路芯片，工作在擴展方式。地址總線 20 位，數(shù)據(jù)線 16 位或 8 位，地址和數(shù)據(jù)總線 3 個 8 位并行 I/O 口，在單片方式下這 24 位可做普通 I/O 口用。 MC9S12DP256 的主頻高達 25 MHz。片上集成了許多標(biāo)準(zhǔn)模塊，包括 2 個異步串行通信口 SCI、 3 個同步串行通信口 SPI、 8 通道輸入捕捉／輸出比較定時器、 2 個 10 位 8 通道 A/D 轉(zhuǎn)換模塊、 1 個 8 通道脈寬調(diào)制模塊、 49 個獨立數(shù)字 I/O 口（其中 20 個具有外部中斷及喚醒功能）、兼容 模塊以及 1 個內(nèi)部 IC 總線模塊；片內(nèi)擁有 256 KB 的 Flash EEPROM 的 RAM、4 KB 的 EEPROM。這些豐富的內(nèi)部資源和外部接口資源可以滿足各種 ECU數(shù)據(jù)的處理以及發(fā)送和接收。由于有多個 CAN 模塊，所以非常適 合做高低速網(wǎng)絡(luò)之間的網(wǎng)關(guān)。 其封裝引腳如下圖所示： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 37 在電路的設(shè)計當(dāng)中我主要用到以下幾個引腳： RXCAN：和 CAN 收發(fā)器的 RX 端相連，進行數(shù)據(jù)交換。 TXCAN：和 CAN 收發(fā)器的 TX 端相連，進行數(shù)據(jù)交換 。 MOSI 和 MISO 都是中斷信號，由 VDDR 提供電源。 ——— RESET 是低電平有效的雙向控制信號，其功能是對外部重新設(shè)置，標(biāo)志一個輸入到 MCU的初始化啟動開始。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 38 SCLK：輸入時鐘，功能是為周邊的接口端提供時鐘。 —— 下面是 MISO 為輸入， MOSI 為輸出時，隨 SS 和 SCK 的時序變化： 下面是當(dāng) MISO 為輸出， MOSI 為輸入時，隨 SS 和 SCK 的時序變化： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 39 Motorola 公司的系統(tǒng)級芯片 (SBC)MC33989 具有二個電源整流器，專為 MCU 和外圍器件提供電源。這個智能化的半導(dǎo)體器件可以提供所有必需的系統(tǒng)電壓，內(nèi)部有一個低噪聲的 200 mA 整流器用來給 MCU 子系統(tǒng)供電。另外，還有一個控制外部導(dǎo)通晶體管的裝置用來給外圍設(shè)備供電。這個外部導(dǎo)通晶體管允許調(diào)整二次電源，使之滿足每種特殊應(yīng)用所需的功耗極限要求。二次供電電源還能根據(jù)要求切斷所選外圍設(shè)備的供電，并以此達到降低功耗的目的。 除 了提供系統(tǒng)電源外， SBC 內(nèi)部還集成了一個 1 Mb 的 CAN 收發(fā)器。該收發(fā)器具有主控狀態(tài)超時檢測、內(nèi)部熱保護以及 CANH 和 CANL 輸入端短路保護等功能。收發(fā)器內(nèi)部還對 CANH 和 CANL 輸入端進行了跳啟、電池反接以及短接至電源或地的保護。 4 個高壓喚醒輸入端使器件具備了強大的喚醒功能。這些喚醒輸入端的最大耐壓能達 40 V。輸入端的上拉源能在芯片上產(chǎn)生。由于只需用上拉源就能隨時檢測開關(guān)輸入的變化，因此能較好地降低功耗。該器件還具有周期性喚醒功能。另外， SBC 還提供了針對 MCU的復(fù)位調(diào)節(jié)與低壓檢測功能。 其引 腳電路如下： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 40 在 安全氣囊的設(shè)計中對 MC33989 我主要用到下面的幾個引腳： —— MISO：它作為輸出，當(dāng) CS是高電平，即終端是一個高阻抗時，把 SPI的數(shù)據(jù)通過 MC33989的引腳傳送給 MCU。 MOSI：它作為輸入，即把 SPI 的數(shù)據(jù)傳送給 MC33989。 —— CS：是片選信號。 —— INT：輸出中斷，它是推免式的結(jié)構(gòu)且低電平有效，當(dāng)中斷連續(xù)發(fā)生時是低電平。 SCLK：輸入時鐘，為周邊的接口提供連續(xù)的時鐘輸入。 RX： CAN BUS 的發(fā)送數(shù)據(jù)輸出端。 TX： CAN BUS 的接收數(shù)據(jù)輸入端。 —— 下面是 MISO 和 MOSI 隨 CS 和 SCLK 變化的時序圖： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 41 加速度傳感器的選擇 碰撞傳感