一豌汇、前言

 

近幾年來(lái)衡楞，為減少汽車事故中對(duì)乘員的傷害，越來(lái)越多的轎車開始配備安全氣囊[1]盹憎。但是筛峭，人們往往會(huì)質(zhì)疑氣囊是否正常工作、是否起到預(yù)期的保護(hù)效果陪每。因此越來(lái)越多的氣囊ECU設(shè)置了黑匣子功能影晓，能夠保存事故發(fā)生時(shí)的重要數(shù)據(jù)信息以便于事故處理[2]。

 

由于國(guó)內(nèi)和國(guó)際都沒(méi)有針對(duì)氣囊ECU規(guī)定其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和輸出格式檩禾，加上技術(shù)保密的原因捉瘟，導(dǎo)致每個(gè)生產(chǎn)氣囊ECU的廠商都有自己的一套標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)往往只有制造商具有解釋權(quán)。當(dāng)事故發(fā)生后铲锭，只有制造商能夠讀出氣囊ECU里面的數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行解釋市缠，為避免承擔(dān)由于氣囊故障造成事故的責(zé)任，制造商很有可能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理纫蝗，這就很難使公眾相信黑匣子數(shù)據(jù)處理后的結(jié)果[3]羔辉。

 

解決這種問(wèn)題的辦法就是設(shè)計(jì)制造一種第三方專業(yè)設(shè)備，能夠?qū)饽?/span>ECU進(jìn)行數(shù)據(jù)讀出仇韩、解析睁衰，客觀公正地反映事故中氣囊的工作狀況，從而對(duì)事故處理起到一個(gè)更好的輔助作用塌纯。

 

作者主要針對(duì)QH32F以及QH42OCS型氣囊ECU以及乘員識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)一套對(duì)應(yīng)的便攜式氣囊診斷儀蝴趾，能夠方便地讀出氣囊ECU中的事故數(shù)據(jù)以及故障碼，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼顯示隆肪，便于事故現(xiàn)場(chǎng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理愿味。

 

二、氣囊診斷儀系統(tǒng)功能需求

 

與氣囊ECU的數(shù)據(jù)通信目前氣囊ECU與外界的通信方式一般可以采取SCI怀樟、CAN總線功偿、KWP2000等形式，由于CAN網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為汽車車身的一個(gè)重要網(wǎng)絡(luò)形式往堡，該診斷儀采用CAN總線和氣囊ECU建立通信[4]械荷。

 

和上位機(jī)的信息共享由于上位機(jī)具有更強(qiáng)大的運(yùn)算能力，有更為豐富和靈活的軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理虑灰，因此主要的數(shù)據(jù)處理工作需要由上位機(jī)完成吨瞎，通過(guò)和診斷儀的通信實(shí)現(xiàn)信息共享。

 

氣囊工作狀態(tài)及故障指示診斷儀的主要功能是通過(guò)和氣囊ECU建立通信穆咐，顯示出氣囊的工作狀態(tài)等信息颤诀，因此需要診斷儀能夠通過(guò)顯示組件顯示出這些相關(guān)信息。

 

數(shù)據(jù)讀取对湃、存儲(chǔ)崖叫、管理及分析診斷儀需要能夠永久保存讀出的氣囊信息，并能在事故現(xiàn)場(chǎng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一些初步分析熟尉。

 

具有多重權(quán)限和用戶管理功能由于使用者的不確定性归露，需要對(duì)診斷儀設(shè)定不同的權(quán)限佳抗，避免無(wú)關(guān)人員對(duì)數(shù)據(jù)的破壞或篡改坠街。

 

功能清晰，便于操作對(duì)于診斷儀常用的功能設(shè)置常用功能鍵灵科，其它非常用功能通過(guò)軟件進(jìn)行切換墅失，并設(shè)置方便的軟件菜單。

 

便攜性由于事故現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境無(wú)法預(yù)知，因此需要診斷儀具有很強(qiáng)的移動(dòng)性筑渴，能夠隨身攜帶贰筹。

 

三、氣囊診斷儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

 

該診斷儀系統(tǒng)由硬件部分和軟件部分組成磕阱，每個(gè)部分都劃分成幾個(gè)模塊前挡，便于進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，圖1是診斷儀整個(gè)系統(tǒng)的框圖情澈。

 

 

 

（一）氣囊診斷儀硬件設(shè)計(jì)

 

1．MCU和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

 

51系列單片機(jī)在國(guó)內(nèi)工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用相當(dāng)廣泛屎谆，具有很好的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，因此設(shè)計(jì)使用51系列單片機(jī)作為診斷儀主控芯片瘤琐，具體型號(hào)為ATMEL公司生產(chǎn)的89C52芯片琐览。外擴(kuò)存儲(chǔ)器使用一片NVRAM，同時(shí)起到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序RAM的作用柑土。圖3是診斷儀MCU和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器框圖蜀肘。

 

 

 

圖2是診斷儀硬件部分的模塊圖。

 

 

 

 

2．和氣囊ECU的通信電路設(shè)計(jì)

 

診斷儀的MCU并沒(méi)有內(nèi)置CAN控制器稽屏，因此采用PHILIPS公司的CAN控制器SJA1000扮宠，總線收發(fā)器采用82C250。圖4是診斷儀MCU和CAN控制器框圖狐榔。

 

 

 

3．液晶顯示電路設(shè)計(jì)

 

為了能夠顯示氣囊的狀態(tài)信息以及顯示各個(gè)功能菜單涵卵，診斷儀使用型號(hào)為RT12864M的漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形荒叼。圖5是診斷儀MCU和顯示組件框圖轿偎。

 

 

 

4．鍵盤輸入電路設(shè)計(jì)

 

診斷儀使用一塊8×8的矩陣鍵盤和外界進(jìn)行交互，為減小單片機(jī)的計(jì)算壓力被廓，使用鍵盤控制器82C79進(jìn)行鍵盤掃描坏晦、編碼、消抖嫁乘。圖6是診斷儀MCU和鍵盤控制器框圖昆婿。

 

 

 

5．電源電路設(shè)計(jì)

 

診斷儀的MCU、存儲(chǔ)器以及液晶顯示模塊等都工作在5V電壓下永努，考慮到事故發(fā)生后汽車往往停止供電贞倒，想要實(shí)現(xiàn)和氣囊ECU的通信，必須同時(shí)給其ECU供電散苦，一般使用通信線直接給氣囊ECU供電紫颈。而氣囊ECU工作在12V電壓下，因此診斷儀電源需要12V電源奇嗽∴液梗考慮到系統(tǒng)的便攜性鹤肥，這里使用一塊1800mAh12V鋰電池作為電源，它的輸出經(jīng)過(guò)LC濾波后直接接到CAN通信線上揣恳，單片機(jī)需要的5V電壓是經(jīng)過(guò)DC轉(zhuǎn)換芯片2576轉(zhuǎn)換得到冠樱。

 

6．其它電路

 

除了上述電路外，為滿足診斷儀的其它功能需求一膝，還需要有復(fù)位電路颠舞、看門狗電路和串口通信電路等。這里使用Xiacr的看門狗復(fù)位芯片X25045顾腊，集成最常用的3種功能:看門狗定時(shí)器肛度、電壓管理和串行EEPROM，它能夠減少成本和線路板面積投慈。串行EEPROM具有512B承耿，用它保存用戶信息和系統(tǒng)使用權(quán)限信息。

 

另外伪煤，和PC機(jī)的串口通信使用常用的MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換加袋。圖7是診斷儀其它接口電路框圖。

 

 

 

（二）氣囊診斷儀軟件設(shè)計(jì)

 

1.系統(tǒng)軟件功能需求[5]

 

數(shù)據(jù)通信抱既、解碼及顯示功能作為診斷儀职烧，要能夠?qū)崿F(xiàn)和待診斷設(shè)備的通信，從待診斷設(shè)備中讀出故障碼和數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲(chǔ)或者顯示防泵。其中數(shù)據(jù)需要以曲線的方式進(jìn)行顯示蚀之，故障碼需要對(duì)其進(jìn)行解碼，找到對(duì)應(yīng)的故障組件捷泞，進(jìn)而顯示到顯示屏上足删。

 

數(shù)據(jù)分類管理功能由于診斷儀一次可能讀取多個(gè)氣囊ECU的數(shù)據(jù)，因此需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類管理锁右。

 

數(shù)據(jù)處理功能為能夠在現(xiàn)場(chǎng)得到一些有用信息搜痕，要求診斷儀對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的分析和處理，因此需要有簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理功能队趁，包括濾波绍撇、消除零漂和傳感器標(biāo)定等功能。

 

氣囊工作狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示功能在診斷氣囊ECU時(shí)松摘，同樣需要知道氣囊ECU的當(dāng)前狀態(tài)督垮。比如當(dāng)氣囊ECU未發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)時(shí)，因此其內(nèi)部沒(méi)有故障碼和其它各種數(shù)據(jù)乳栈，這時(shí)就需要診斷儀獲取氣囊ECU的工作狀態(tài)影啸，以比較直觀的方式提示操作者。

 

CAN總線調(diào)試助手功能在調(diào)試氣囊ECU時(shí)漏炕，由于使用的是CAN總線舌恬，因此要知道CAN總線的工作狀態(tài)。診斷儀最好具有CAN總線調(diào)試功能扭享，顯示CAN總線的工作狀態(tài)以及對(duì)特定的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)坠行，這個(gè)功能實(shí)際上具有通用性，同樣能夠應(yīng)用于其它使用CAN總線的場(chǎng)合续膳。

 

數(shù)據(jù)共享功能由于診斷儀的數(shù)據(jù)處理功能有限改艇，而PC機(jī)具有豐富的第三方數(shù)據(jù)處理軟件，因此主要的數(shù)據(jù)后處理應(yīng)該依靠PC機(jī)完成坟岔，診斷儀要能夠和上位機(jī)采用串口通信谒兄，傳輸存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)和故障碼。

 

串口調(diào)試助手功能由于診斷儀使用串口通信社付，因此可參照CAN總線承疲，同樣設(shè)置串口通信調(diào)試功能，能夠改變波特率，發(fā)送和接收特定的字符或字符串，這也可作為一個(gè)通用的便攜式串口調(diào)試助手使用永僚。目前串口設(shè)備的應(yīng)用相當(dāng)廣泛芋滔，便攜式的串口調(diào)試助手能夠和PC機(jī)一樣和這類設(shè)備建立通信，是一個(gè)很好的調(diào)試工具往软。

 

自檢測(cè)功能作為專用診斷設(shè)備，不僅能對(duì)氣囊ECU進(jìn)行診斷，還應(yīng)能夠進(jìn)行自檢測(cè)党远，否則診斷儀自身的故障可能造成數(shù)據(jù)的讀取失敗甚至數(shù)據(jù)清除。診斷儀自檢測(cè)需在開機(jī)時(shí)進(jìn)行朝正，確保診斷儀的正常工作蒸败。診斷儀的自檢測(cè)包括電源電壓、CAN總線通信农想、串口通信平俩、存儲(chǔ)器存儲(chǔ)、液晶和鍵盤的工作狀態(tài)等脉裕。其中電源電壓的檢測(cè)依靠氣囊ECU泡缠，這是因?yàn)樵\斷儀的單片機(jī)本身沒(méi)有AD采樣模塊，而單獨(dú)使用AD芯片將會(huì)使成本不必要地上升邪船，考慮到CAN總線的通信線實(shí)際上也是電源線鼎示，因此可使用氣囊ECU的AD模塊。診斷儀通過(guò)CAN總線發(fā)送電源電壓檢測(cè)指令羔峭，氣囊ECU進(jìn)行AD采樣并將結(jié)果通過(guò)CAN總線發(fā)回診斷儀虫店，診斷儀再通過(guò)查表法得到電源電壓對(duì)應(yīng)的電量，完成電量的自檢測(cè)缅钠。

 

用戶管理功能診斷儀對(duì)操作者設(shè)置不同的使用權(quán)限愁霞。

 

幫助功能由于診斷儀的功能很多诡蜓，每種功能對(duì)應(yīng)的操作也不同，特別是軟件的使用胰挑，因此設(shè)置幫助功能蔓罚，顯示特定狀態(tài)下的幫助信息，幫助操作者掌握診斷儀的使用瞻颂。

 

圖8是診斷儀系統(tǒng)控制軟件的功能需求模塊圖豺谈，軟件開發(fā)時(shí)，實(shí)際是先進(jìn)行模塊開發(fā)贡这，最后進(jìn)行模塊的整合茬末。

 

 

 

2．系統(tǒng)主程序

 

診斷儀系統(tǒng)主程序的基本功能是進(jìn)行系統(tǒng)各設(shè)備的初始化，驗(yàn)證用戶信息等盖矫。另外丽惭，由于系統(tǒng)的中斷源較多，且有部分操作具有實(shí)時(shí)性要求辈双，因此主程序表現(xiàn)為背景程序吐根，承擔(dān)絕大部分的數(shù)據(jù)處理功能。圖9是診斷儀主程序的基本流程圖辐马。

 

 

 

3．系統(tǒng)子程序控制策略

 

系統(tǒng)輔助子程序診斷儀系統(tǒng)輔助子程序主要包括硬件的初始化拷橘、驅(qū)動(dòng)程序以及一些底層的代碼，由于這部分程序直接和硬件相關(guān)蔚芥，因此控制軟件主要參照硬件的使用說(shuō)明編寫標(biāo)準(zhǔn)控制函數(shù)拨臂，預(yù)留程序的控制接口。

 

中斷子程序由于診斷儀的系統(tǒng)比較復(fù)雜秤皿，部分操作占用較多的時(shí)間基际，為保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，設(shè)置3個(gè)中斷源:CAN總線接收中斷（外部中斷0）办溶、鍵盤中斷（外部中斷1）和串口接收中斷袍砚。和上位機(jī)通信時(shí)，診斷儀不需要對(duì)CAN總線以及鍵盤等中斷源進(jìn)行響應(yīng)抠阴，因此設(shè)置串口接收中斷具有高優(yōu)先級(jí)槐伍。CAN總線上發(fā)送給診斷儀的數(shù)據(jù)需要診斷儀進(jìn)行迅速接收和存儲(chǔ)，否則可能出現(xiàn)重疊錯(cuò)誤粥割，因此設(shè)置CAN總線接收中斷比鍵盤中斷具有較高的優(yōu)先級(jí)凌红。

 

中斷子程序策略診斷儀的部分功能對(duì)于實(shí)時(shí)性要求較高，為得到更快和更有效的代碼突妇，需要在中斷服務(wù)程序中只做一些比較簡(jiǎn)單的操作硬纤，而把長(zhǎng)的數(shù)據(jù)處理放在背景程序（主程序）中完成，這樣既可充分利用背景程序中的等待時(shí)間赃磨，又能很好保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性筝家。在這3個(gè)中斷子程序里洼裤，都只進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作。其中串口接收中斷僅保存接收到的字符串到緩沖區(qū)溪王，并設(shè)置標(biāo)志位腮鞍，為背景程序指示有串口中斷發(fā)生；CAN總線接收中斷也只把CAN總線的數(shù)據(jù)保存到緩沖區(qū)在扰，并設(shè)置標(biāo)志位缕减；鍵盤中斷只讀取鍵值到緩沖區(qū)雷客。在背景程序（主程序的無(wú)限循環(huán)）中芒珠，按照順序查詢每個(gè)標(biāo)志位是否設(shè)置，如果檢測(cè)到某個(gè)標(biāo)志位設(shè)定搅裙，則執(zhí)行相應(yīng)的操作皱卓，否則繼續(xù)往下查詢。

 

四部逮、結(jié)論

 

對(duì)于配置安全氣囊的汽車娜汁，在發(fā)生碰撞事故后，需要有便攜的專用設(shè)備讀出氣囊ECU中的黑匣子數(shù)據(jù)讲幌，便于進(jìn)行事故分析油后。

 

由于每個(gè)生產(chǎn)安全氣囊的廠商制定的通信規(guī)范都不一致，因此很難開發(fā)一種通用的診斷設(shè)備仙涡，作者主要針對(duì)使用CAN總線通信的氣囊ECU容书。

 

氣囊診斷儀是便攜式儀表，具有通用的鍵盤眶蹈、液晶顯示屏藤棕、CPU等模塊，通過(guò)CAN總線和氣囊ECU實(shí)現(xiàn)通信雹了，通過(guò)串口和PC實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享朴树，能夠讀出氣囊ECU中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或者實(shí)時(shí)顯示，并具有簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理功能索驰。

 

氣囊診斷儀可以作為通用的便攜式CAN總線調(diào)試助手和串口調(diào)試助手使用榨惭。

 

作者針對(duì)“黑匣子局面”進(jìn)行一次有益的嘗試，但由于無(wú)法獲取各個(gè)廠商的數(shù)據(jù)格式妓浮，所以主要使用試驗(yàn)室的數(shù)據(jù)格式堕义，因此要想真正擺脫這種局面，需要得到各個(gè)廠家的配合脆栋，需要數(shù)據(jù)格式的公開倦卖、透明和標(biāo)準(zhǔn)化。

 

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