本文选择飞思卡尔公司的硅电容加速度传感器 ＭＭＡ７２６０。它具有信号放大调理、低通滤波和补偿功能。该 器件的零加速度偏置、满量程范围和滤波特性均由制造厂家调 定，不需要外接无源元件。由于该传感器制作工艺上的高集成 度和可靠性，最大程度地降低了外界的干扰。ＭＭＡ７２６０直 接采用Ｉｃ集成封装，可直接焊在ＰＣＢ板上，调试方便。
图３点火触发电路原理图
２．３系统的软件设计 系统采用Ｃｏｒｔｅｘ—Ｍ３内核处理器简化了软件开发环境。
针对ＬＭ３Ｓ１１３８等一系列的微控制器，ＴＩ官方免费提供了基 于Ｃ语言（符合ＡＮＳＩ Ｃ标准）的驱动库，它包含了众多固件 函数库，对每一个外设都有相应例程，可以很方便地根据应 用需要进行修改和移植。因此在软件编程时，无需汇编程序的 软件管理，完全可以用驱动库Ｃ语言函数进行编程开发。开 发应用程序时，利用驱动库的例程进行模块化设计，不仅程序 编写方便，而且代码简洁且可读性强。对编写大型程序而言， 采用驱动库能增强可靠性和安全性，同时降低维护成本。故本 系统软件程序利用ＴＩ公司提供的驱动库例程进行模块化程序 设计，把整个系统程序分为若干个小程序或模块，分别进行 独立设计、编程和测试。最后将各模块构建一个完整的工程，
ＬＭ３Ｓ１１３８处理器内置８通道１０位ＡＤＣ，采样速率可达 １Ｍ／ｓ，精度足够用于安全气囊。传感器测得加速度后，从相 应的输出管脚输出电压值。通过ＬＭ３Ｓ１１３８处理器内置的 ＡＤＣ对电压值进行模数转换，再存人到软件设定的数组中。 加速度测量电路的硬件原理图如图２所示。
本系统只使用ＭＭＡ７２６０三轴加速度传感的Ｘ和ｚ两轴 来进行水平方向的碰撞判断。Ｘ轴方向测量汽车正面碰撞的 加速度，Ｚ轴方向测量汽车垂直方向的加速度。当汽车高速驶 过沟、坎路面时，会导致传感器即使在没有发生碰撞的情况 下，也产生较大信号。此信号叠加在低速碰撞的碰撞波形上， 导致微控制器误认为高速碰撞，进而发生误启爆ｎ］。鉴于此， 当汽车ｚ轴（垂直方向）产生较大的加速度时，无论Ｘ轴方 向加速度如何，安全气囊均设计为不启爆。避免了因为汽车高 速驶过地面路障时，安全气囊引爆所造成的不必要的损失，增 强了路面抗干扰性。 ２．２．２点火触发电路
由于气囊气体发生器的点爆时需２０ｍＡ电流脉冲。若直接 用ＬＭ３Ｓ１１３８的Ｉ／Ｏ口输出高电平进行引爆，驱动过小，无法
满足要求。系统选用电磁式继电器，在ＬＭ３Ｓ１１３８输出口的控 制下可驱动大功率的负载。由于继电器会产生较明显的干扰， 故在继电器周围加抗干扰电路的同时与光电耦合器配合使用， 使得处理器与触发电路光电隔离。当碰撞发生时，安全气囊对 身材过于矮小的成年人或儿童不但没有保护作用，引爆的巨大 冲击力甚至会将其弹死。为了更好地实现安全点火和智能化点 火，系统在触发同路上设置一个座位压力感应装置。如果有成 年人人座，则装置闭合，点火电路可正常工作。相反，如果装 置断开，则表明无人入座或只有矮小成年人或儿童入座，触发 电路不能形成回路。此时，即使汽车发生碰撞且算法发出点火 信号，安全气囊也不爆破。这样，既防止在无人入座的状态下 引爆气囊而造成的经济损失，又避免了气囊对矮小成年人和儿 童造成的伤害。点火触发电路的原理图如图３所示。
关键词：ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ—Ｍ３内核；微控制器；安全气囊；控制系统
Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ａｉｒｂａｇ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ
ｔｈｅ Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｗｉｔｈ ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ～Ｍ３ Ｋｅｒｎｅｌ
ＧＵＯ Ｂ０１，Ｇｕａｎ Ｊｕｈｕａｌ，Ｌｉ Ｊｉｅ２
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３００２９，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ＇ａｎ ７１００７２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈ—ｖｏｌｕｍｅ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ａｉｒｂａｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ，ａ ｄｅｓｉｇｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒ０１ｌｅｒ ｗｉｔｈ ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ—Ｍ３ Ｋｅｒｎｅｌ ｉｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ—ｇｒａｄｅ ３２一ｂｉｔ ｈｉｇｈ—ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ＬＭ３Ｓ１ １ ３８ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ—Ｍ３ ｃｏｒｅ ｗｉｔｈ ｅｍｂｅｄｅｄ ｕＣ／ＯＳ—ＩＩ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｂｌａｓｔｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｍｏｖｉｎｇ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｗｉｎｄｏｗ ８ｒｅ ｕｓｅｄ ｔＯ ｂｕｉｌｔ ｔｈｅ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ａｉｒｂａｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｍｏｄｕｌａｒ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｗｈｉｃｈ ｕｓｅ Ｔｌ＇ｓ ｏｆｆｉｃｉａｌ ｄｒｉｖｅｒ ｌｉｂｒａｒｉｅｓ ｇｒｅａｔｌｙ ｒｅ— ｄｕｃｅ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｃｙｃｌｅ．Ａｓ ｔｈｅ ＬＭ３Ｓ１１３８ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｓ ａ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌｓ ａｎｄ ｈａｓ ａ ｗｅａｌｔｈ ｏｆ ｉ／ｏ ｐｏｒｔｓ，ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｈｉｇｈ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｒｏｎｇ ｅｘｐａｎｄａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｉｒ ｂａｇ， ｗｈｉｃｈ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｉｓ ｄｅｓｉｇｎ．
本系统微处理器选用ＴＩ公司基于ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ—Ｍ３内核 的ＬＭ３Ｓ１１３８工业级微控制器。其工作温度范围是～４０～ ８５℃，并具有良好的电磁兼容特性，可应用于汽车电子 领域¨］。
２ 系统工作原理与设计
２．１ 系统的工作原理 安全气囊控制系统主要由传感器、自检电路、触发电路、
万方数据
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气囊控制系统可分为机械式、模拟电子式和嵌入式３种类 型。对于机械式和模拟电子式控制系统，由于硬件的局限，灵 活性受到很大限制，应用日益减少［１］。新一代的气囊控制系统 均为带微控制器的嵌入式控制系统。嵌人式控制系统的控制算 法由软件实现，极大地提高了系统的灵活性，并具有记录事故 数据和与上位机进行通讯的功能。
摘要：针对汽车安全气囊控制系统实时性要求高、运算量大的特点，提出了基于ＡＲＭＣｏｒｔｅｘ—Ｍ３内核微控制器的设计方案；方案 选用基于ＡＲＭＣｏｒｔｅｘ—Ｍ３内核的－Ｉ＝业级３２位高性能微控制器ＬＭ３Ｓ１１３８，嵌入“ｃ／ｏｓ一Ⅱ操作系统，运用移动积分窗爆破算法。构建 了汽车安全气囊控制系统；系统软件设计部分使用ＴＩ公司官方提供的驱动库进行模块化设计，大大缩短了开发周期。由于ＬＭ３Ｓ１１３８微 控制器是片上系统（ＳｏＣ），集成了众多外设并具有丰富的Ｉ／０口，故该系统具有集成度高、体积小及可扩展性强的特点；台车试验和实 车试验表明，系统可较为准确地控制气囊的最佳点火时刻，从而验证了方案的可行性。
·２０９２·
计箅机测量与控制
通讯电路和报警电路组成，如图ｌ所示。
其工作原理为：上电后，系统进行自检，确定触发电路是
否可以正常工作。若触发电路存在故障，报警电路进行声光报
警，表明系统无法正常工作，通知驾驶员及时修理。当自检正
常时，通过３２位微处理器ＬＭ３Ｓ１１３８不断对加速度传感器
ＭＭＡ７２６０测得的信号进行采样。当汽车受到一定角度内的高
速碰撞时，系统在经过算法分析确认之后，立即触发气囊包内
的点火器，气囊迅速充满气体，阻挡驾驶员与汽车构件之间可
能发生的碰撞，通过气囊七排气孑Ｌ的节流阻尼作用来缓冲吸收
ｃｌ
…～
驾驶员动能，从而达到保护驾驶员安全的目的。
第１８卷
图２数据采集电路原理图
图１安全气囊控制系统结构图
２．２系统的硬件设计 ２．２．１加速度测量电路
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万方数据
第９期
郭波．等：基于ＡＲＭ的汽车安全气囊控制系统设计
·２０９３·
完成应用程序设计。将整个工程分成了主程序、启动任务、定 时采样任务和串行通信任务等４大模块。流程图如图４所示。
— （８）主程序（ｂ）启动任务
３性能试验
目前汽车业内普遍采用的是５英寸（１英寸＝２．５４ｃｍ） ３０ｍｓ准则来确定安全气囊的最佳点火时刻［５］。在汽车碰撞过 程中，乘员相对于车体向前移动５英寸时刻的前３０ｍｓ是气囊 的最佳点火时刻。其依据是大多数已系好安全带的轿车乘员与 转向盘之间的间距为１２英寸，气囊充气后的厚度为约为７英 寸，气囊从点爆到充满气体的时间为３０ｍｓ。当气袋充满气体 的时刻乘员恰好与气袋接触，气囊保护作用最佳。若气囊点火 过早，当乘员接触到气囊时，气囊已泄气，起不到保护作用。 当气囊点火过晚，乘员由于惯性前移，气囊会把乘员打伤甚至 致死。所以最佳点火时间是设计安全气囊控制器的关键。而本 系统利用积分窗算法和ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ处理器相结合，取得了较 好的效果，试验结果和该准则基本吻合。 ３．１台车试验
汽车的安全气囊要求能在一个极短的时间内检测到汽车碰 撞事故的发生并控制气囊启爆。为了实现上述目标，要求安全 气囊控制系统的微控制器运算能力强、Ｉ／Ｏ口充足。基于此， 选择高性能的３２位微控制器，研究并开发出较为实用的汽车 安全气囊控制系统，具有一定的应用和参考价值。本文在对国
收稿日期：２０１０一ＯＺ一２３；修回日期：２０１０一０４一０３。 基金项目：南昌大学自然科学基金项目资助（２００８ＹＫＹ一００４）。 作者简介：郭波（１９８１一），男，山东沾化人，讲师，硕士，主要从 事嵌人式系统方向的研究。