基于ARM的汽车安全气囊控制系统设计

引言

　　随着汽车的普及和行驶速度的加快，交通事故及伤亡人数也在逐年上升。在发生汽车碰撞事故时，如何有效地保护司机和乘员生命的安全是迫切需要解决的问题。安全气囊作为与安全带配合使用的被动保护装置已经普及，成为汽车构件中保护乘员的主要装备之一。

　　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。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。嵌入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。

　　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。本文在对国内外先进控制系统研究的基础上，提出了基于ARMCortexM3内核32位微控制器的汽车安全气囊控制系统的设计方案，并分别进行了台车和实车试验。

　　1 ARMCortexM3内核与微控制器LM3S1138

　　ARM公司面向低成本应用领域研发出32位CortexM3内核处理器。该处理器有效地利用芯片空间，高度集成了外设，与内核组成了一个片上系统（SoC）。ARMCortexM3处理器结合了Thumb2指令32位哈佛微体系结构。Thumb2技术提高了代码密度，比32位编码减少了26%内存使用率，较16位编码提高了25%性能。通过降低时钟频率，提供更低的功耗，降低了研发成本，提高了企业效率。芯片上实现了Tail-Chaining中断技术，该技术把中断之间的延迟缩短到6个机器周期，在实际应用中可减少70%中断。

　　本系统微处理器选用TI公司基于ARMCortexM3内核的LM3S1138工业级微控制器。其工作温度范围是-40~85°C,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、通讯电路和报警电路组成，如图1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，通过气囊上排气孔的节流阻尼作用来缓冲吸收驾驶员动能，从而达到保护驾驶员安全的目的。