汽车水下逃身装置

PAGEPAGE7中文摘要现在汽车的安全性受到我们的日益关注，汽车的安全性分为主动安全性和被动安全性，被动安全性是指发生事故时，汽车保护乘员的能力。汽车被动安全性是汽车安全性的一个重要组成部分，现在发生了许多汽车落水事故，给人们的生命财产造成了巨大的损失，因此迫切需要在此方面，提供相应的安全措施来保证人们的生命财产的安全。长期以来，人们逐渐给汽车安装上了各种各样的安全措施，但由于种种原因，一直未能提供在汽车落水后的有效安全措施，汽车落水逃生系统的设计，正是基于此考虑，使汽车落水后能够通过汽车水下逃生装置，使乘员能够安全逃生，从而来保证人们的安全。论文从阐述目前汽车上已有的被动安全装置入手，引出了汽车上还未有的新型被动安全装置一汽车落水逃生装置。论文主要阐述了汽车落水逃生系统的原理以及实现流程，论证了此系统的可行性，设计出来了汽车落水逃生系统的控制系统。当此系统采集到传感器信号后，通过单片机进行处理，将处理后的信号作用在玻璃升降器上，迅速打开玻璃。论文设计出了汽车落水逃生装置的总体方案和控制系统，对汽车落水的各种情况进行了分析，对组成控制系统的各种组件进行了阐述，并结合汽车的实际需要，设计出来了其各个组件以及在汽车内部的具体安装位置，着重对单片机控制进行了分析。为了实现预定的功能，论文初步设计出了此系统的信号调理系统、电子控制系统、电源系统等硬件系统，其中电子控制系统是整个系统的核心子系统，并借助系统控制软件，从而实现了对整个系统的自动控制。在硬件和软件系统设计完成后，论文又模拟汽车落水的实际状况做了初步的试验，取得了一些数据和经验，从实践上论证了此系统的可行性。汽车落水逃生装置的设计，为汽车的被动安全设计开辟了新的领域，实现了在汽车落水后无有效安全措施的突破，为在此方面的安全设计指明了发展方向，使我们的汽车更加安全和可靠。关键词：汽车逃身控制系统传感系统玻璃升降系统AbstractNowbythesecurityofourgrowingconcern,thesecuritypointstotheinitiativeandpassivesafetyandsecurityispassivesafetyaccident,theprotectionofthecrew.thepassivesecurityisanimportantpartofthesecurity,andnowithappenedmanyofthecaraccident,fallingintothepeople'slivesandpropertyhascausedgreatlosses,andurgentlyneededinthisrespect,andprovideappropriatesecuritymeasurestoensurethatthepeople'slivesandpropertysecurity.Long,peoplecametothecarfittedwithallkindsofsecuritymeasures,butowingtovariousreasonshavebeenunabletoprovideinthefallofthesecuritymeasuresafterthedrowningescapesystemdesign,itisthereforeconsideredthatthecarfellthroughthecarafterthesafetydevice,thecrewcanescapethesafetyandtoensurethatthepeople'ssecurity.Thepapersonthebushasapassivesecuritydevices,ledtothenewcarisnotthepassivesecuritydeviceofthecarforafall.thepapermainlyonthegroundsafetysystemandimplementtheprincipleoftheprocess,thefeasibilityofthissystem,designedtothegroundsafetysystemsofcontrolsystem.Thesensorsystemweretosign,monolithicintegratedcircuits,willthesignalintheglassdrive,quicklyopentheglass.Paperworkoutthecarhadadevicefortheoverallplanandcontrolsystems,forthedrowningofthesituationwasanalysedandcontrolsystemsofvariouscomponentsoftheunitedstatesandtheactualneedsanddevelopeditsvariouscomponents,andintheinterioroftheinstallation,emphasizingtomonolithicintegratedcircuitstocontrolwasanalysed.Inordertoachievetheintendedfunction,thepreliminarydesignofthesystemofsignalstopenetratethesystemsandelectroniccontrolsystempowersupplysystem,thesystem,includingelectriccontrolsystemisthecoreofthesystem,subsystem,andtheaidofasystemofcontrolsoftware,thewholesystemofautomatic.Systemdesigninhardwareandsoftwarecompleted,thepaperandacarintothewatersoftheactualsituationinapreliminarytestandmadesomedataandexperiencefrominpractice,andarguesforthesystemoffeasibility.Thegroundsafetydevicedesign,safetydesignforthepassiveopenedupnewareasandachievedinthecarhadnovalidsecuritymeasuresafterthebreakthroughinthisrespect,safetydesignpointedoutthedevelopmentdirectiontoourcarismoresecureandreliable.Thekeywords：thecaraway,andcontrolsystem,sensingsystem,theelevatorsystem目录第1章绪论1．1汽车落水逃生系统概述1．2汽车落水逃生系统研究现状1．2．1单片机1．3课题的来源、目的及意义1．4研究的目标、内容和拟解决的关键技术第2章汽车被动安全装置介绍2．1汽车安全的重要性2．2汽车的安全装置2．3汽车的被动安全装置2．3．1汽车安全带2．3．2汽车安全气囊2．3．3座椅及头枕2．3．4．1靠背2．3．4．2头枕2．3．4．3坐垫2．3．5汽车安全玻璃2．3．6乘员头颈保护系统2．3．7侧门防撞杆2．3．8分散撞击力车架2．3．9其它被动安全装置2．4汽车落水逃生系统2．4．1概述第3章汽车落水逃生系统整体设计3．1系统总体方案3．2系统具体机构3．2．1压力传感器3．2．1．1传感器放置位置3．1．1．2传感器防护装置3.2.2水位开关3．2．3控制装置3．2．5．1安装位置3．2．8密封装置3.3玻璃升降器的组成3.3.1电动机3.3.2电动玻璃升降器3.3.3开关3．3汽车落水逃生系统的可行性分析3．3．1汽车落水受力分析3．4本章小结第4章控制系统硬件设计4．1概述4．2控制系统硬件设计4．2．1压力信号调理4．2．2开关信号调理4．2．3模数转换4．2．4控制器4．2．5驱动电路4．3硬件抗干扰4．3．1良好的接地方式4．3．2采用隔离技术4．4系统电源一蓄电池4．4．1电池的构造4．4．2蓄电池的工作原理4．4．3电动势的建立4．4．4放电特性4．5本章小结第5章控制系统软件设计5．1概述5．2系统的软件抗干扰技术5．2．1数字滤波5．3控制系统软件设计5．3．3软件设计5．4本章小结第6章系统实验分析6．1．2信号调理电路板6．1．3控制电路板6．1．4试验用电源6．1．5传感器连接线6．1．6其它器材6．3试验过程分析6．3．1静态试验分析6．3．2动态试验分析第7章全文总结第1章绪论1．1汽车落水逃生系统概述汽车落水逃生系统是汽车安全系统的一个组成部分，由于现在对汽车安全性能要求的越来越高，需要越来越多的安全措施，而现在也发生了许多汽车落水事故给人们的生命财产造成了巨大的损失。本系统的研发正是针对这种情况，通过此措施来提高汽车的被动安全性能。系统的基本构想是：在汽车落水后，传感器检测水位或水压信号，通过电路进行处理后，迅速启动备用电源和密封式车窗升降器，降下车窗玻璃，从而得到安全逃生的目的。其工作原理为：当汽车落水后，通过安装在汽车内部、低部位的水位或水压传感器，将所感应到的水压或水位信号传入控制电路，控制电路接收并处理传感器的信号，一旦压力达到设定的触发电压时，控制电路发出信号使得整个系统回路导通，通过控制电路启动应急电源和电机，使得汽车后部车窗快速落下，由于传感器安装部位较低，以及汽车自身具有一定的浮力，当系统启动时，汽车外部水位没有将车后部的车窗全部淹没，车窗快速降下后，人可以快速从车内逃出。1．2汽车落水逃生系统研究现状对于汽车落水后逃生问题及系统的研究，目前在汽车行业中还没有汽车上还未安装此系统，对此系统的研究也比较少。本系统的关键部分是控制的精确性和可靠性。所以对控制系统和传感器的要求比较高。同时也要克服系统的防水、密封等问题，电子控制系统必须要有良好的密封性。本系统计划采用组合逻辑电路控制，因为组合逻辑电路1．2．1单片机自单片机出现至今，单片机技术已走过了近20年的发展路程。纵观20年来单片机发展里程可以看出，单片机技术的发展以微处理器(MPU)技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域拉动，表现出较微处理器更具个性的发展趋势。(1)单片机的长寿命这里所说的长寿命，一方面指用单片机开发的产品可以稳定可靠地工作lO年，20年，另一方面是指与微处理器相比的长寿命。随着半导体技术的飞速发展，CPU更新换代的速度越来越快，以386、486、奔腾为代表的CPU，很短的时间内就被淘汰出局，而传统的单片机如68HC05、8051等年龄已有15岁，产量仍是上升的。这一方面是由于其对相应应用领域的适应性，另一方面是由于以该类CPU为核心，集成以更多I／0功能模块的新单片机系列层出不穷。可以预见，一些成功上市的相对年轻的CPU核心，也会随着I／O功能模块的不断丰富，有着相当长的生存周期。新的CPO类型的加盟，使单片机队伍不断壮大，给用户带来了更多的选择余地。(2)8位、16位、32位单片机共同发展这是单片机技术发展的另一个动向。长期以来，单片机技术的发展是以8位机为主的。随着移动通信、网络技术、多媒体技术等高科技产品进入家庭，32位单片机应用得到了长足的发展。以MOTOROLA68k为CPU的32位单片机为例，1997年的销售量达8千万枚。过去认为由于8位单片机功能越来越强，32位单片机越来越便宜，使16位单片机生存空间有限，而16位单片机的发展无论从品种和产量方面，近年来都有较大幅度的增长。(3)单片机的速度越来越快MPU发展中表现出来的速度越来越快是以时钟频率越来越高为标志的。而单片机则有所不同，为提高单片机抗干扰能力，降低噪声，降低时钟频率而不牺牲运算速度是单片机技术发展之追求。一些8051单片机兼容厂商改善了单片7机的内部时序，在不提高时钟频率的条件下，使运算速度提高了许多。MOTOROLA单片机则使用了锁相环技术或内部倍频技术使内部总线速度大大高于时钟频率。68HC08单片机使用4．9M外部振荡器而内部时钟达32MHz，而M68K系列32位单片机使用32K的外部振荡频率，内部时钟可达16MHz以上。(4)低电压与低功耗自80年代中期以来，NMOS工艺单片机逐渐被CMOST艺所代替，功耗得以大幅度下降，随着超大规模集成电路技术由3umW艺发展1．5、1．2、0．8、0．5、0．35进而实现了0．2um工艺，全静态设计使时钟频率从直流电到数十MHz任选，都使功耗不断下降。MOTOROLA最近推出任选的M．CORE可在1．8V电压下以50删z／48llIPS全速工作，功率约为20mW。几乎所有的单片机都有Wait、Stop等省电运行方式。允许使用的电源电压范围也越来越宽。一般单片机都能在3到6V范围内工作，对电池供电的单片机不再需要对电源采取稳压措施。低电压供电的单片机电源下限已由2．7V降至2．2V、1．8V，0．9V供电的单片机已经问世。(5)低噪声与高可靠性技术为提高单片机系统的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片机商家在单片机内部电路中采取了一些新的技术措施。如美国国家半导体Ns的COP8单片机内部增加了抗EMI电路，增强了“看门狗”的性能。MOTOROLA也推出了低噪声的LN系列单片机。(6)OTP与掩膜OTP是一次性写入的单片机。过去认为一个单片机产品的成熟是以投产掩膜型单片机为标志的。由于掩膜需要一定的生产周期，而OTP型单片机价格不断下降，使得近年来直接使用OTP完成最终产品制造更为流行。它较之掩膜具有生产周期短、风险小的特点。近年来，OTP型单片机需量大幅度上扬，为适应这种需求许多单片机都采用了在片编程技术(InsystemProgramming)。未编程的OTP芯片可采用裸片Bonding技术或表面贴装技术，先焊在印刷板上，然后通过单片机上的编程线、串行数据、时钟线等对单片机编程，解决了批量写OTP芯片时容易出现的芯片与写入器接触不好的问题，使OTP的裸片得以广泛应用，降低了产品的成本。编程线与I／O线共用，不增加单片机的额外引脚。而一些生产厂商推出的单片机不再有掩膜型，全部为有ISP功能的OTP。(7)MTP向OTP挑战MTP是可多次编程的意思。一些单片机厂商以MTP的性能、OTP的价位推出他们的单片机，如ATMELAVR单片机，片内采用FLASH，可多次编程。华邦公司生产的8051兼容的单片机也采用了MTP性能，OTP的价位。这些单片机都使用了ISP技术，等安装到印刷板线路板上以后再下载程序1．3课题的来源、目的及意义4随着汽车的日益普及，对汽车安全性能要求也越来越高，我们在追求汽车主动安全性能的同时也逐渐重视其被动安全性能，如果汽车不慎落入水中由于车在水下受到很大的压力车门不容易打开，因而人不易逃生这将造成巨大的人员伤亡。汽车逃身系统是汽车被动安全系统的一个组成部分，由于现在对汽车安全性能要求的越来越高，需要越来越多的安全措施，而现在也发生了许多汽车落水事故给人们的生命财产造成了巨大的损失。本系统的发明正是针对这种情况，通过此措施来提高汽车被动安全性。本系统的设计将为目前出现的落水事故，提供一个较好的解决措施，为以后此方面的安全设计指明了方向，促使汽车向更加安全的方向发展。1．4研究的目标、内容和拟解决的关键技术预期的研究目标是完成汽车落水逃身系统控制系统的设计工作，并初步实现此系统的正常工作。本系统的主要研究的框架为：传感器一信号调理器一控制器一驱动装置一玻璃升降器。我们研究的目标是使此系统可靠的工作，满足实际的需要。研究的内容为：(1)能正确处理传感器信号的控制装置(2)信号调理装置(3)能使玻璃升降器往返运动(4)传感器及单片机等组件放置的位置(5)传感器及单片机等组件的防护措施(6)电源的防水措施需要解决的关键问题为：安全系统设计首先要考虑的技术问题是该汽车落水时，控制系统能否迅速检测到此信号，并迅速发出指令让指定的玻璃升降器运动，即首先要解决控制系统的可靠性和准确性。第一个要考虑的问题是要考虑的问题是传感器的安装位置，这将直接影响玻璃升降器的升降过程以及能否能发挥应有的作用。第二个要考虑的问题是传感器的选择第三个要考虑的向题是电控系统的特性，其中包括反应时间和长时间内(通常为10年以上)的可靠性。第四个要考虑的问题是电源的选择及防水问题。第五个问题是控制系统及电子电路的密封性问题。第2章汽车被动安全装置介绍2．1汽车安全的重要性随着汽车保有量的增加，汽车道路交通事故逐年上升已成为全球范围内的一大公害。据不完全统计，自有汽车以来全世界死于道路交通事故的人数为3600多万人，比第二次世界大战死亡的人数还多，造成的财务损失也十分巨大，以美国为例，1994年因汽车交通事故死亡的人数达43536人，约占各种事故造成的死亡人数总数的一半。我国的交通事故随汽车逐年增加基本呈震荡上升态势，70年代起增长速度明显加快近年来，由于汽车拥有量的快速增长，交通事故的增幅更大，后果更为严重。1997年全国共发生交通事故304217起，死亡73861人，受伤190128人，直接经济损失19．0l亿元。1998年事故346129起，死78067人，伤222721人，损失19．29亿元。1999年事故412860起，死83529人，伤286080人，直接经济损失21．24亿元。与改革开放初的1978年相比1999年事故次数为3．85倍，死亡人数为4．37倍，受伤人数为3．70倍，直接经济损失为37．93倍。由于道路所处环境和自身技术条件的不同，交通事故表现出不同的事故形态特点。进入80年代，我国的汽车安全性问题开始变得十分严峻，与西方发达国家相比，我国的交通事故发生率，单位公里死亡人数等，相对数据均高出了一个数量级，汽车安全水平甚至落后于许多发展中国家。汽车安全已经成为阻碍我国交通运输业和汽车工业进一步发展的因素之一。2．2汽车的安全装置随着交通事故的不断增加以及用户安全意图的提高，汽车安全装置的市场将不断扩大。汽车的安全装置大致可从动力性能和制动性能两方面区分为主动安全装置(预防安全技术)和被动安全装置(冲突安全技术)两大类。其中典型的主动安全装置包括防抱此制动装置(ABS)、高位停车灯(|IMsL)；而典型的被动安全装置有安全气囊、安全带等。汽车装备的安全装置分为主动安全装置与被动安全装置两大类。主动安全装置的功用是避免发生事故，目I；{『采用的主要有车轮制动器、防抱死制动系统7ABS、挡风玻璃刮水器与洗涤器、前照灯可控系统、转向灯光与音响信号报警系统、雷达车距控制与报警系统等等。被动安全装置的功用是减轻事故导致的伤害程度、目前采用的主要有安全气囊系统、座椅安全带、护膝垫、两节或三节式转向柱等2．3汽车的被动安全装置被动安全性是指发生事故时，汽车保护乘员的能力。为确保乘员的安全，车身结构及乘员约束系统的性能都非常重要。尽管安全带、安全气囊等可以大大减轻事故过程乘员的伤害程度、但随着车速的提高，仅靠几种乘员约束装置确保乘员的安全已变得越来越困难。因而，设计汽车时应从可以减轻乘员伤害的各个部件着手进行考虑，以得到最佳的乘员保护效果。人们经常考虑的汽车被动安全部件有：车身结构、安全带、气囊、能量吸收式转向柱、座椅、头枕及内饰件等。现在汽车已经存在的被动安全装置主要有安全气囊系统、座椅安全带、护膝垫、两节或三节式转向柱等等。2．3．1汽车安全带汽车座椅安全带是重要的乘员保护约束系统设施之一，在减轻碰撞事故中乘员伤害程度方面起着重要作用。早在19世纪后期，这种带式乘员约束设施已经出现，只是当时仅用于马车乘员的约束。直到1964年以后，在美国、日本等安全带应用较早的国家，才开始强制在轿车、轻型客车的驾驶座位装备二点式安全带。由于安全带的保护效果比较明显，后来就逐渐扩大了安全带的使用范围，从乘客车到载货车，从轻型车到中型车，从外侧座椅到中间座椅，装配的安全带型式也从二点式发展到三点式带紧急锁止卷收器安全带。随着安全带使用率的大幅度提高，事故中乘员伤亡率也随之下降。统计数据表明，佩戴安全带使碰撞事故中乘员伤亡率减少15％一30％。安全带对乘员保护的原理是当碰撞事故发生时，安全带起作用将乘员束缚在座椅上，乘员的头部、胸部不至于向前碰到方向盘、仪表板及挡风破璃上，使乘员免受车内二次碰撞的危险，同时使乘员不被抛离座椅。事实证明，在正面碰撞、追尾碰撞及翻车事故中普通安全带对乘员保护效果很好，尤其是对乘员头部、胸部的保护。为了进一步降低碰撞时乘员下沉(即乘员沿座椅下滑)造成腹部伤害，目前很多汽车生产厂采用带预紧装置的安全带。这种安全带同改进的座椅结构及气囊相结合，便可大大提高乘员的保护性能。安全带主要分腰带，肩带，三点式和四点式安全带。2．3．2汽车安全气囊汽车安全气袋的基本思想是；在发生一次碰撞后、二次碰撞前，迅速在乘员和汽车内部结构之间打开一个充满气体的袋子，让乘员扑在气袋上。通过气袋的排气节流阻尼吸收乘员的动能，使猛烈的二次碰撞得以缓冲，以达到保护乘员的目的。安全气袋系统主要由传感器、控制器、气体发生器和气袋等组成。其中，控制装置又包括传感器、电子控制系统以及触发装置。汽车上的安全气囊总成还应包括安装安全气囊系统的转向盘、仪表板部分以及用于传导的导线系统等。其工作原理为：传感器感受汽车碰撞强度并将其传给控制器，控制器接收并处理传感器的信号，当控制器判断有必要打开气囊时立即发出点火信号触发气体发生器、气体发生器点火后迅速产生大量气体，在乘员和汽车内部结构之间展开一个充满气体的气袋，使得在发生碰撞事故时、乘员能够与比较柔软的气袋相接触，而不是与坚硬的汽车结构猛烈碰撞，从而达到减少伤害、保护乘员生命安全的目的。现在美国、欧洲等先进国家除了在方向盘上、仪表板安装前碰撞气袋外，还在后排座椅配备前碰撞安全气袋：在座椅侧面或车身上配备侧碰撞气袋；在汽车项部配备滚翻气袋、这样汽车一旦发生了碰撞事故，如正面碰撞、侧撞以及汽车的翻滚等，能够2．3．3座椅及头枕汽车座椅作为安全部件，是在被动安全保护中起决定性作用的组成部分。首先，在事故中它要保证使乘员处在自身的生存空间内，并防止其它车载体如其他成员、货物、进入到这个空间；其次，要使乘员在事故中保持一定的姿态，以使其它的约束系统能充分发挥其约束性能；除此之外，座椅还应具有在乘员与其发生碰撞时，能把乘员的伤害减轻到最低的程度，即能吸收乘员的动能。从安全性考虑座椅的结构可分为靠背，坐垫，头枕。2．3．4．1靠背通过研究，人们发现靠背对于追尾碰撞的保护起到决定性作用。因此靠背的设计一直把注意力放在尾部碰撞保护上，并且产生了两种靠背强度设计概念，柔性吸能性靠背和刚性靠背。在理论上，刚性靠背的设计概念无可厚非，至少在高强度碰撞中，它能使头部相对于胸部运动降低到很小，但是在低强度的尾部碰撞中，刚性靠背在乘员身体沿靠背上滑、靠背对乘员产生回弹、乘员以非标准坐姿乘坐的情况下易引起不应有的乘员伤害。2．3．4．2头枕头枕是一种用以限制乘员头部相对躯干向后移位的弹性装置，在撞车事故时可减轻乘员颈椎可能受到的损伤，尤其是汽车受到追尾碰撞时可抑制乘员头部后倾，防止或减轻颈部损伤。德国PORSCHE公司开发了向座椅传递冲击能量的座椅安装托架，这样就会使乘员在碰撞开始后尽早的承受加速度作用，这样可以大大降低加速度对乘员的作用强度，为了解决尾部碰撞中安全带的松弛问题，BMW公司开发了整体式座椅。2．3．4．3坐垫安全带等约束系统如果脱离了座椅系统就不会有任何作用，坐垫在安全带的保护过程中起重要作用，它决定了碰撞中乘员垂直载荷的性质和程度。坐垫一般不会对乘员构成直接的伤害，但坐垫的结构会影响到乘员运动过程中约束力施加到乘员身体上的方式及外部载荷绝对值的大小。近年来，随着汽车工业的发展，陆续开发出许多具有特殊功能的座椅，如气囊座椅，传感器座椅，冷热可调式座椅，防下滑式座椅等，使汽车的乘坐舒适性、方便性及安全性得到提高。2．3．5汽车安全玻璃汽车发生碰撞事故后前挡风玻璃的性能如何，对高速行驶的汽车安全性影响较大。前挡风窗玻璃从安全性要求，一是正常状态下保证良好的视觉效果，而碰撞发生后能保证驾驶视野，=是碰撞玻璃破碎后不应对乘员造成大的伤害。安全玻璃可分为强化玻璃(钢化玻璃)和夹层玻璃。我国把安全玻璃分为：A类夹层玻璃、B类夹层玻璃、区域钢化玻璃和钢化玻璃。其中前挡风窗玻璃采用A类夹层玻璃、B类夹层玻璃和区域钢化玻璃。钢化玻璃由内部的拉伸应力层和表面的压缩应力层构成，因车辆碰撞玻璃一旦破碎。即刻失去应力平衡，整块玻璃在瞬间内破碎成细小的粒状碎片，难以保证驾驶员的视野。区域强化玻璃是使驾驶员前面的部分破碎后碎片比较大，以保证驾驶视野。夹层玻璃是在两层玻璃中间夹人中间膜，由玻璃一中间膜一玻璃三层组成。由于玻璃的厚度和中间膜厚度的不同，可分为不同夹层玻璃。2．3．6乘员头颈保护系统WHIPS一般设置于前排座椅。当轿车受到后部的撞击时，头颈保护系统会迅速充气膨胀起来，其整个靠背都会随乘坐者一起后倾，乘坐者的整个背部和靠背安稳地贴近在一起，靠背则会后倾以最大限度地降低头部向前甩的力量，座椅的椅背和头枕会向后水平移动，使身体的上部和头部得到轻柔、均衡地支撑与保护，以减轻脊椎以及颈部所承受的冲击力，并防止头部向后甩所带来的伤害。2．3．7侧门防撞杆当汽车受到侧面撞击时，车门很容易受到冲击而变形，从而直接伤害到车内乘员。因此为了提高汽车的安全性能，不少汽车公司就在汽车两侧门夹层中间放置一两根非常坚固的钢梁，这就是常说的侧门防撞杆。防撞杆的防撞作用是：当侧门受到撞击对，坚固的防撞杆能大大减轻侧门的变形程度，从而能减少汽车撞击对车内乘员的伤害。上海大众的途安就配备3"坝JJI'3防撞杆。2．3．8分散撞击力车架车架是汽车的骨架，现代的车架设计不仅要考虑空间、负重和发动机的动力输出，更要考虑其安全性能，即抗冲撞的性能。通过精密计算过的撞击力分散设计可以将撞击力分散到车架的各个部位，减轻车内乘员承受的冲击力，同时避免车体或发动机任何部分凸入车厢内。合格的分散撞击力车架都是经过成百上千次的碰撞实验研制成功的。通常这些分散撞击力车架的横向撑杆及纵向梁全都十分坚固和紧密相连，那些在撞击时受力最大的地方都经过特别的强化工序处理，或是增加了加固件。当然分散撞击力车架最重要的质表现还在于当撞击真的发生时车架将会如何折曲，合理的折曲设计可以确保车厢结构完整，即实现所谓的“安全舱”，这对于车内乘员的脱险和抢救是至关重要的。2．3．9其它被动安全装置汽车被动安全装置还有防冲击车身，倾翻阀，保险杠等。2．4汽车落水逃生系统2．4．1概述汽车落水逃生系统是在汽车落水后给汽车提供一种安全保护，属于一种新型汽车被动安全装置，本文所研究的对象正是此系统。系统的基本原理是：在汽车落水后，传感器检测的信息，通过单片机进行处理，控制车窗的运动，从而使乘员能够安全逃生。第3章汽车落水逃生系统整体设计3．1系统总体方案3．2系统具体机构3．2．1压力传感器在本控制系统中采用CYZl04系列隔离式压力传感器，此传感器可以深入水中测量水的压力，而不会损坏传感器，这是它相对于其它类型压力传感器的区别。由于对控制系统的精度要求很高，我们采用精度等级为D级的，量程为20KPA的，信号输出为电压类型，供电电压为12V，满量程输出为70my，此系统规定当传感器感受20cm的水压时，气囊即打开3．2．1．1传感器放置位置传感器应放在一个平时不容易接触的地方，以防止不小心触发传感器而引起气囊意外打开造成不必要的麻烦，可安装在汽车轮胎的正上方车身上(翼子板的中间部位)，如图3—3所示的筒体内部，可在汽车相同的部位安装四个这样的传感器。3．1．1．2传感器防护装置为了防止气囊意外打开，我们可在传感器外面加一个防护罩采用圆型结构，上下两个圆面采用三个截面结构如图3—5所示的形式，水从图中空白的位置进入，这样可以起逐次缓冲功能，以减少传感器受到意外撞击时受到的压力，圆柱侧面采用封闭型结构，其放置位置为圆柱面与水平方向平行。3.2.2水位开关3．2．3控制装置控制装置是汽车落水逃生系统的核心，3．2．4开关此开关采用一般的弹簧型开关即可，开关装在控制单元与驱动单元之间靠近控制单元的电路中，开关正常情况下闭合，按下按钮开关断开，电路处于断开状态，驱动单元不会打开。3．2．5．1安装位置安装位置：可安装在四个车门上如图3—2所示的盖板内部，与气袋组成气囊组件。3．2．8密封装置由于是在水中，所以必须注意系统的密封性问题，特别是电路部分的密封性，因为进水后，各种电器件将无法正常工作，电器件必须密封起来，各种连接插头必须采用防水插头，同时与此相关的汽车上的一些器件也必须密封，比如系统的电源一蓄电池等。3.3玻璃升降器的组成电动车窗系统主要由车窗、电动机、电动玻璃升降器、开关等组成,3.3.1电动机电动车窗一般使用双向永磁或绕线双绕组串联式电动机,每车窗安装有一只电动机通过开关控制其电流方向,从而实现车窗的升降。另外,为了防止电动机过载,在电路或电动机内装有一个或多个热敏电路开关,用来控制电流,当车窗玻璃上升到极限位置或由于结冰而使车窗玻璃不能自由移动时,即使操纵控制开关,热敏开关也会自动断路,避免电动机通电时间过长而烧坏。3.3.2电动玻璃升降器电动玻璃升降器主要有两种形式。一种是用齿扇来实现换向作用。如图1所示,齿扇上连有螺旋弹簧。当车窗上升时,弹簧伸展,放出能量,以减轻电机负荷当车窗下降时,弹簧压缩,吸收能量,从而使车窗无论上升还是下降,电机的负荷基本相同。另一种升降器是使用柔韧性齿条和小齿轮,车窗连在齿条的一端,电机带动轴端小齿轮转动,使齿条移动,以带动车窗升降,其结构如图所示。3.3.3开关开关由主控开关、分控开关等组成。电动车窗控制系统中的主控开关,用于驾驶员对电动车窗系统进行总的操纵,一般安装在左前车门把手上或变速杆附近分控开关安装在每个车门的中间或车门把手上,用于乘客对车窗进行操纵。3．3汽车落水逃生系统的可行性分析3．3．1汽车落水受力分析(1)汽车正向落入水中，其受力情况3．4本章小结本章从阐述了汽车落水逃生系统的原理以及构成，对组成系统的各个组成部分进行了具体的设计，并对玻璃升降器的特性进行了阐述。第4章控制系统硬件设计4．1概述控制系统控制的对象主要为压力和转速信号，其中压力信号为主要控制对象，转速信号为辅助控制对象。当采集的水的压力信号和车轮转速信号都满足要求时，系统才会工作。控制系统的工作原理为：4．2控制系统硬件设计控制系统主要包括信号的接收，调理，模数转换，单片机处理，以及驱动等。控制系统的基本流程图4．2．1压力信号调理信号的调理主要包括信号的放大，滤波等，其信号调理流程。4．2．2开关信号调理4．2．3模数转换单片机能识别和处理的信号为数字信号，所以必须把模拟信号转换为数字信号，论文中采用MAXIM公司推出的8位八路A／D转换器l姒X118来实现模拟信号转换为数字信号。芯片采用半刷新技术，其转换时间为660ns，它与微处理器的接口电路非常简单，不需要外加接口电路，数据的输出带锁存器和三态缓冲器，可以直接与8位微处理器数据总线或输入端口相连。它有28个引脚，其引脚排列如图4-15所示。论文中采用其中的四路来实现预定的功能即INO，INl，IN2，IN3。a／O采用中断方式与单片机连接，并且通过锁存器SN74LS373来进行转换通道的选择以及数据和地址通道的选择，它的引脚功能可参考图4--16。在A／D转换时采用MAXll8的写／读模式(MoDEl)的标准读数方式，当wR引脚下降沿到来时启动A／D转换。当A／D返回低电平时，转换结果的高4位被锁存在输出缓冲器内，同时开始低4位数据的转换。当INT引脚出现低电平时表明转换结束，当RD下降沿到来时数据缓冲器打开，可以读取转换结束的数据，其与单片机的接口电路如图4—16所示。为了采用精确控制在实际应用中可采用12位A／D转换器姒197。由于ll8模拟信号的输入范围为O一5v，因此在前面的信号调理中，把最大信号调理为+5v。∞为保证信号转换的精确性，／的参考端电压必须非常精确，我们给出了产生精准+5V电压的方法如图4_8所示。由于8位mAXll8转化器满量程数字输出为11111111(--进制)，十进制为255，则当输入500my的压力信号时，输出的数字信号为(11111111)xO．5／5=00011000(二进制)，即为24(十进制)。【37l4．2．4控制器控制器采用单片机，此是控制系统的核心，本课题中，选用AT89S52单片机来完成系统的控制功能。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器。其片内具有8K的可在线编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器可在线编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和可在线编程Flash，使AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。其引脚功能如图4--17所示。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I／0口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器／计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器／计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。I期Po口：PO口是一个8位漏极开路的双向I／O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对PO端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址／数据复用。在这种模式下，Po具有内部上拉电阻。在flash编程时，Po口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I／o口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流(IIk)。此外，PI．0和P1．2分别作定时器／计数器2的外部计数输入(PI．O／T2)和定时器／计数器2的触发输入(PI．1／T2Ex)。在flash编程和校验时，Pl口接收低8位地址字节。闭P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I／O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流(IIL)。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器(例如执行MoVx@DPTR)时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址(如MOVX@RI)访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I／o口，P3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流(IIL)。P3口亦作为AT89S52特殊功能(第二功能)使用。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。控制系统原理图如图4--18所示。在原理图的基础上，设计PCB电路板。从原理图的绘制到PCB板的设计采用图4—18控制系统原理图图与印刷电路板的衔接部分，它完成网络节点的生成，并对原理图中出现的简单错误进行检查。在印刷电路板设计中，首先需要调用网络表，然后将调入的电子元件进行合理的布局，接着完成自动布线。自动布线通常不合理，就需要手工布线来完成。在设计过程中，电子元器件的封装显得尤为重要，是整个印制电路板设计的关键，因此在进行电子电路设计之前，必须对电子元器件的封装全面了解，如果封装库里面没有某种电子元器件的封装，这就需要自行设计，最好建立适合自己的电子设计的封装库，在以后的电子电路设计当中就可以直接调用。在电子元件及其线路布局完成之后，为了防止信号干扰，对印制板的双面用地线进行填充，这样也可以有效的散热。设计完成的控制电路板如图4-19所示。图4-19控制系统印刷电路板AT89S52有40个引脚，采用双列直插式塑料封装。PO口与AD转换器连接，Pl口与P3口用来对外输出。其通过P0口与单片机进行数据的传输，单片机通过P2．7口对A／D的片选信号cs进行选通，其通过中断方式与单片机进行连接。单片机的中断端口INTl与^／D的表示数据转换结束的INT端口相连接，INTl与INT端口都是低电平有效。单片机的读写端llD，wR分别与A／O的读写端相连。单片机札E端与SN74LS373的LE端连接，用来选择读数据还是读地址。LE为数据锁存控制端：当LE为高电平时，锁存器输出端和输入端的状态相同；当LE由高电平变低电平时，输入端的数据锁入输出端的锁存器中．oE为输出允许端；当oE为低电平时。三态门打开；当0E为高电平时，三态门关闭，输出呈高阻状态。在此电路设计中把0E端接地，oE端即恒为低电平，表示三态门一直打开。4．2．5驱动电路单片机输出的信号电流很小，而且带负载的能力很差，一般不足以驱动外围的输出设备，为此需要设计专门的驱动电路，如图4—20所示。图4—20驱动电路在开关量输出通道中，为防止现场强电磁干扰或工频电压通过输出通道穿到测控系统，一般需采用通道隔离技术，在本驱动电路中采用光电隔离技术，为了防止外部干扰信号可能通过电源串到系统中来，因此用于驱动发光管的+5v电压和驱动光敏管的W12电压采用两个不同的电压，用于一般的门电路驱动能力有限，本驱动电路中采用集电极开路的门电路7407来驱动光电隔离。由于是集电极开路输出，所以输出时必须要外接上拉电阻R1。14lJ由于点火器的所需的驱动电流很大，因此在电路设计中采用大功率三极管输出方式，本驱动电路的最终输出的驱动电流为1．8A一2A。为了防止外界的干扰信号，在电路中加一个电容来达到滤波的效果。由于电阻R5上的电流很大，消耗的功率也很大，约为P=I*I*R=2×2X4X=16W，故需采用大功率电阻。对于复合三极管，由于通过的电流也很大，为安全期间选用较大功率的三极管。此驱动电路中采用的TIP41三极管作为驱动三极管，TIP41为NPN型号的三极管，最大驱动电流可达到6A，我们采用三极管的共发射极接法，从基极输入小电流信号，从集电极输出大电流信号，由于在数字电路设计中三极管起开关作用，一般只工作在两个状态即饱和截至，所以应选择合适的电阻R2，R4来到达合适的I-和Ic，使三极管导通时工作在饱和状态，在设计硬件电路时TIP41必须加散热片。为了割断输入干扰信号对输出信号的干扰，驱动系统采用光电隔离，被隔离的通道两侧必须单独使用各自的电源，即用于驱动发光管的电源与驱动光敏管的电源不应是共地的电源。对于隔离后的输出同道必须单独供电，否则使用同一电源，外部干扰信号可能通过电源串到系统中来。这样就失去了隔离的意义。驱动电路中的两个发光二极管用来检查系统的工作状态，也便于出现故障时判断故障的具体位置，当单片机输出低电平时(即控制系统发出驱动信号时)两个发光二极管应同时亮。4．3硬件抗干扰在嵌入式系统中，系统的抗干扰性能直接影响到系统工作的可靠性。单片机的抗干扰措施有硬件方式或软件方式。常见的硬件抗干扰方式如下：4．3．1良好的接地方式在任何电子线路设备中，接地是抑制噪声防止干扰的重要方法，地线可以和大地连接，也可以不和大地相连。接地设计的基本要求是消除各电路电流流经一个公共地线时阻抗所产生的噪声电压，避免形成环路。单片机应用系统中的地线分为数字电路的地线(数字地)和模拟电路的地线(模拟地)，如有大功率电气设备(如继电器、电动机等)还有噪声地线。仪器机壳或金属件的屏蔽地线，这些地线应分开布置并在一点上和电源地相连。每个单元电路宜采用一个接地点。地线应尽量加粗以减少地线的阻抗。畔l4．3．2采用隔离技术在单片机应用系统的输入、输出通道中，为减少干扰。普遍采用了通道隔离技术。用于隔离的器件主要有隔离放大器、隔离变压器、纵向扼流圈和光电耦合器等，其中应用最多的是光电耦合器。光电耦合器除了具有一般的隔离器件切断地环路从而抑制噪声的作用外，还可能有效的抑制尖峰脉冲及多种噪声。光电耦合器的输入和输出端在电气上是完全隔离的，这样能有效地防止输入端的电磁干扰以电耦合的方式进入计算机系统。光电隔离器的输入阻抗很小，一般为100欧一1000欧，噪声源的内阻通常很大，因此能分压到光用输入端的噪声电压很小。光电耦合器件的种类很多，有直流输出的，如晶体管输出型、达林顿管输出型、施密特触发的输出型。也有交流输出的，如单(双)向可控硅输出型、过零触发双向可控硅型。4．4系统电源一蓄电池一般情况下当汽车落水后，汽车发动机会自动熄火，但是蓄电池还储存有电量，所以我们采用蓄电池作为系统用电源。气袋的充气时间为几秒钟，在这段时间内蓄电池必须能够可靠的工作。蓄电池是一种可逆的低压直流电源。4．4．1电池的构造蓄电池由3个或6个单格电他串联而成。每个单格电他的电压约为2V，’串联成6V或12V以供汽车选用。蓄电池主要由极板、隔板、电解液和外壳四部分组成。4．4．2蓄电池的工作原理根据双硫化理论，充电状态的蓄电池正极板上的活性物质是二氧化铅，负极上是海绵状铅，电解液是硫酸的水溶液。放电时，两极板的活性物质转为硫酸铅，电解液中的硫酸减少，相对密度下降。充电时，正、负极板上的硫酸铅分别恢复成原来的二氧化铅和铅，电解液中的硫酸增加，相对密度增大。如略去中间的化学反应过程可用下式表示：1461’Pb07．+2HuS04+Pb桨2PbS04+2H204．4．3电动势的建立蓄电池的电动势是正、负极板浸入电解液后产生的。当极板浸入电解液时，在负极板处金属铅受到两方面的作用，一方面它有溶解于电解液的倾向，因而有少量铅进入溶液，生成正离子Pb”，在极板上留下两个电子2e，使极板带负电；另一方面，由于正、负电荷的吸引，Pb”有沉附于极板表面的倾向。当两者达到平衡时，溶解便停止，负极板相对于电解液具有负电位，约为一O．1V。在正极板处，少量PbO：溶入电解液，与水生成可分解的Pb(0H)。。然后再游离成四价的铅离子和氢氧根离子。即：P她+2vi20=Ph(0H)4Pb(0H)4千=叩b4’四价铅离子沉附于极板的倾向大于溶解的倾向，因而沉附在正极板上，使极板相对于电解液具有正电位。当达到平衡时，约为+2．OV。在外电路接通前，上述反应达到动态平衡为止，使蓄电池的电动势约为E=2．0一(-0．11)=2．IV。4．4．4放电特性蓄电池的放电特性是指在恒流放电过程中，蓄电池的端电压U，和电解液相对密度P嚣．c随放电时间t，变化的规律。将一只完全充足电的蓄电池以20h放电率的电流进行放电，在放电过程中，每隔一定时间测量具单格的端电压和电解液相对密度。便可得到如图4-24所示的放电特性曲线。图4—24蓄电池放电特性曲线由于放电过程中放电电流恒定，单位时间内消耗的硫酸相同，所以电解液的相对密度随放电时间的增长沿直线下降。实际使用中通过测量电解液相对密度可以判断蓄电池的放电程度。一般情况下，电解液相对密度每下降0．04。蓄电池约放电25％。吲、放电时，端电压的变化规律可分以下3个阶段阐述：(1)开始放电阶段放电开始时，极板孔隙内的硫酸迅速消耗，电解液相对密度迅速下降，浓差极化显著增大，所以端电压下降较快。(2)相对稳定阶段随着极板孔隙内电解液相对密度的迅速下降，孔内外的相对密度差不断增大，硫酸向孔隙内扩散的速度也随之加快，使放电电流得以维持。当由扩散运动向孔内补充的硫酸与孔内消耗的硫酸达到动态平衡时，孔内外的相对密度差将基本保持一定。这时孔内电解液相对密度将随孔外电解液相对密度一起缓慢下降，所以端电压将按直线规律缓慢下降。(3)迅速下降阶段放电接近终了时，孔隙外的电解液相对密度己大大下降，难以维持足够的4．5本章小结控制系统是汽车落水逃生系统的关键部分，本章主要从硬件部分阐述了控制系统的组成，原理和控制流程等。主要介绍了应用单片机实现自动系统的自动控制，完成了电子控制电路的原理设计及印刷电路板的设计。实验电路板完成的目的是为了以后的试验作准备。第5章控制系统软件设计5．1概述单片机开发除必要的硬件外，同样离不开软件，汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码。随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发工具也在不断发展。对于8051单片机，现在可以通过四种方式来完成程序设计：汇编语言、PL／M、C语言和BASIC。8051单片机的汇编语言是使用单片机的最基本的编程语言，它与其它汇编语言非常相似，指令系统比一般第一代微处理器要强一些。要写好汇编语言程序，必须对单片机的存储结构以及功能寄存器有充分的了解，利用汇编语言对单片机进行编程，可以加深对单片机结构的了解，但是汇编源程序的可读性较差，如果对单片机的内部结构不甚了解，程序设计就无法入手。单片机的程序设计通常是由高级语言来完成的。BASIC语言通常附在Pc机上，是初学编程的第一种语言。BASIC语言通过解释被计算机所识别，每一行在执行时必须换成机器代码，所以执行时间较长。PL／M是Intel从8080微处理器开始为其系列产品开发的编程语言。它像PASCAL，是一种结构化程序语言，但它使用关键字去定义结构，其编译器像汇编器一样可以产生紧凑代码。对于8051系列单片机，PL／M不支持复杂的算术运算、浮点变量，也没有丰富的库函数支持。c语言是一种源于UNIIK操作系统的语言，是一种结构化语言，可产生紧凑源代码。C语言可以进行许多机器控制而不使用汇编语言。与汇编语言相比，c语言有以下优点：对单片机的指令系统不要求了解，仅要求对8051单片机的存储结构有初步的了解；寄存器的分配、不同存储器的寻址及数据类型等细节可由编译器管理；程序有规范的结构，可分为不同的函数，这种方式可以使程序结构化；具有将可变的选择与特殊的操作组合在一起的能力，改善程序的可读性；关键字及运算函数可用近似人的思维过程方式使用；编程及程序调试时间显著缩短，从而提高效率；提供的库函数包含许多标准子程序，具有较强的数据处理能力；已经编好的程序可容易地植入新程序，因为C语言具有方便地模块化编程技术。KEIL8051是用于单片机程序开发使用的一种开发工具，它是目前最流行的MCS-51系列单片机的开发软件其开发套件可用于编译c源程序，汇编源程序，图5-IpVsion2基本界面图5-2IlVsion2项目建立连接和定位目标文件和库，创建HEX文件以及调试目标源程序。KEIL软件公司提供一流的8051系列开发工具，将软件开发工具绑定到不同的套件或工具包中。主要包括PK51专业开发套件、DK51开发套件、CA51编译器套件、AX51汇编器套件和RTX51实时操作系统。这里使用IlVsion2集成开发环境来完成单片机的程序设计任务。llVsion2集成开发环境将c编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等部分组合在一起。可以在windows98以上的系统里运行，操作简便，容易纠错。iiVsion2的界面如图5-I所示。在单片机的程序设计过程中，需要完成源程序的输入，工程的建立、程序的调试、以及目标程序的生成和lIEX文件的生成等，下面简单的介绍IlVsion2的使用步骤。首先需建立一个C项目：点击Project菜单，选择弹出的下拉式菜单中的NewProject，并输入相应的文件名；选择所要的单片机类型；在项目中创建新的程序文件或加入旧程序文件并保存；编译运行程序，若使用默认的设置，它不会生成用于芯片烧写的HEX文件。其次要完成HEX文件的生成，这种文件能够被单片机直接识别。HEX文件格式是Intel公司提出的按地址排列的数据信息，数据宽度为字节，所有数据使用16进制数字表示，常用来保存单片机或其它处理器的目标程序代码。它保存物理程序存储区中的目标代码映象。一般的编程器都支持这种格式。单击图5—2中的1项目文件夹，弹出项目功能菜单，选OptionsforTarget’Targetl’，弹出项目选项设置窗口，同样先选中项目文件夹图标，这时在Project菜单中也有一样的菜单可选。打开项目选项窗口，转到Output选项页图5-3所示，图中l是选择编译输出的路径，2是设置编译输出生成的文件名，3则是决定是否要创建ItEX文件，选中它就可以输出HEX文件到指定的路径中。将它重新编译一次，很快在编译信息窗口中就显示REX文件创建到指定的路径中了。这样就可用编程器所附带的软件去读取并烧到芯片了。图5—3pVsion2输出文件设置在图中的Target页面，还需完成晶体振荡器的频率设置，默认值是所选目标CPU的最高可用频率值，该数值与最终产生的目标代码无关，仅仅用于软件模拟调试的时候显示程序调试时间。MemoryModel用于设置RAM的使用情况，有三个选择：Small是所有变量在单片机的内部RAM中；Compact是可以使用一页外部扩展RAM，而Largest则是可以使用外部的全部RAM。Codeliodel用于设置ROM的空间的使用，同样有三个选项：Small只用于低于2K的程序空间；Compact模式单个的函数代码不能超过2K，整个程序可以使用64K的程序空间；Largest可用全部的64K空间。在程序编制完成后，还必须将转化好的HEX文件烧制到单片机芯片中，就必须使用到编程器。ExpertPROI是一款40PIN全驱动中高档通用编程器，所支持器件达数千种，而且可以无限制的升级。它有如下特点：内置高速单片机+cPLD实现精确的烧写控制。40引脚均可独立的作为电源驱动或作为IO口，可支持30V以下所有器件。10口电平随芯片改变，智能调节，自适应强。安全可靠支持不同电压的器件。USB接口与电脑连接，使用更方便，通信速度更快。完善的过流欠压保护电路，确保设备及芯片的安全。检测芯片插反，插错，管脚接触不良以及芯片损坏等状况。一旦芯片可靠放置后，可以实现自动烧写。所有器件靠底，操作简单，人机界面友好。无限升级，第一时间支持Philips，Winbond，Atmel，MicroChip，ST，Dallas等厂商新推出的器件。从网上下载最新的软件即可实现升级。ExpertPROI操作简单，可以直接将HEX文件烧写在单片机芯片当中。其工作面如图5-4所示。图5—4ExpertPROI编程器程序界面通过选择按钮，可以完成芯片类型的选择，如果选表择的芯片类型与编程器里面的芯片类型不一致，在烧写程序或删除芯片的时候就出错。不同的芯片有不同的芯片设置界面，也有的芯片不含有配置信息。配置设置通常含有时钟设置、引导状态字和引导向量值的设置，还可以通过选择对是否禁止MOVC、是否禁止外部操作和是否禁止读取／编程等操作的设置。读取芯片是指将芯片中的数据读出至缓冲区中，不同芯片的读取窗口不尽相同，读取时可以选择读取芯片的地址范围。在进行编程操作之前，还必须完成HEx文件的导入，编程的时候，可以从单片机默认的地址开始，也可以自己设置单片机编程的起始地址，选择是否需要编程前进行擦除芯片操作、是否要在操作成功后进行校验操作、是否需要声音提示以及是否需要在编程完成后使芯片编号自动加一，当正在进行编程操作时，工作指示灯为红色，操作信息栏中显示正在进行操作的类型。当有错误发生时，指示灯开始闪烁，操作信息栏中显示错误原因。当操作完成后，指示灯变为灰色。校验芯片是指比较芯片中的数据是否与缓冲区中的数据一致。同样，不同芯片的校验窗口可能不尽相同。在擦除芯片的时候，可以选择是否全部擦除、部分擦除还是擦除扇区和页。5．2系统的软件抗干扰技术在嵌入式系统中，系统的抗干扰性能直接影响到系统工作的可靠性。干扰可能来自本身电路的噪声，也可能来自工频信号，电火花，电磁波等，一旦应用系统受到干扰，程序放飞，即程序指针发生错误，误将非操作码的数据当作操作码来执行，就会造成执行混乱或进入死循环，使系统无法正常运行，严重的可能损坏元器件。单片机的抗干扰措施有硬件方式或软件方式。常见的软件抗干扰方式如下：5．2．1数字滤波当噪声干扰进入单片机应用系统叠加在被检测信号上时，会造成数据采集的误差，为保证采集数据的精度，可采用硬件滤波，也可采用软件滤波，对采样值进行多次采样，取平均值或程序判断剔除偏差较大的值。5．3控制系统软件设计系统软件主要有主程序模块、A／D转换模块、数据处理模块、驱动模块等组成，程序执行流程图如图5-5所示。单片机采用中断方式与A／D连接。图5-5程序流程图AT89S52有6个中断源：两个外部中断(INT0和INTl)，三个定时中断(定时器0、1、2)和一个串行中断。这些中断如表5--1所示每个中断源都可以通过置位或清除特殊寄存器IE中的相关中断允许控制位分别使得中断源有效或无效。IE还包括一个中断允许总控制位EA，它能一次禁止所有中断。如表5—1所示，IE．6位是不可用的。对于AT89S52，IE．5位也是不能用的。用户软件不应给这些位写l。它们为AT89系列新产品预留。表5--1AT89S52中断源符母位地址功能中断总允诈控割位。EA=O。中断蘑禁止；EA=1，备，p断由备EAIE。7自的授潮位设定IE．6预辫ET2IE．5定时器2巾断允许控涮位ESIE．4l串行翻中断允许控制侄ETIIE．3定时嚣l中断允许控制位EXlIE。2外部中断l允许控制证ETOIE．1定时嚣O中断允许控制位EX0IE．O外部中断I允许拄制使定时器2可以被寄存器T2CON中的TF2和EXF2的或逻辑触发。程序进入中断服务程序后，这些标志位都可以由硬件清0。实际上，中断服务程序必须判定是否是TF2或既F2激活中断，标志位也必须由软件清0。定时器0和定时器1标志位TFO和TFl在计数溢出的那个周期的$5P2被置位。它们的值一直到下～个周期被电路捕捉下来。然而，定时器2的标志位TF2在计数溢出的那个周期的$2P2被置位，在同一个周期被电路捕捉下来。在电路设计中，采用外部中断1与^／o连接，所以应使EA=I，EXI=I，中断方式采用低电平中断，所以应使ITI=0。5．3．3软件设计在设计时，设计单片机的振荡频率为12MHZ，软件的总体思路是模拟信号经过AD转换以后的数字信号存储在片内数据存储器的OX50OX54单元中。5．4本章小结本章阐述了汽车落水自动浮起和扶正系统控制系统的软件设计的原理与过程，主要介绍了用C语言来实现控制系统软件设计的过程。在软件设计完成之后，和前面的硬件一起就可以进行初步的试验。第6章系统实验分析试验用压力传感器为HONEYWELL的24PC，量程为703ram水柱，外形图片如图5-1所示，内部原理如图6—2所示。图6_1试验用压力传感器图6-2传感器内部原理图6．1．2信号调理电路板试验用信号调理电路板，如图6-3所示，此电路板有四路信号调理，下面黄色的插座为传感器电源和输入信号插座，上边的白色的插座为经过调理后的信号输出口，这几个输出口与控制电路板相连接。试验中首先要调零，即当输入信号为零时，输出信号也为零，然后把水桂提升到703mm，把此数值放大到5v，然后把水柱移动到零，再进行电路板调零。然后把水柱提升到703mm，把此数值再调节到5V。如此进行调节以便把信号调节到规定的量程以内。6．1．3控制电路板试验用控制电路板用AT89S52作为控制器的处理器，用MAXll8作为A／D转换器，图片如图6—4所示，上面的白色插座为信号输入端，其中第一路为转速信号输入，第二至第五路为压力信号输入，右边的黄色的插座为控制信号输出端，上边的黄色的插座为电源接口，右边的发光二极管为驱动指示灯。由于要达到2A左右的驱动电流，发热量比较大，所以三极管要加上散热片。图6-3实验用信号调理电路板图6-4试验用控制电路板6．1．4试验用电源试验用电源为±12的开关电源，如图6-5所示。6．1．5传感器连接线图6_5试验用开关电源为了防止信号干扰，我们采用屏蔽线作为传感器的连接线，屏蔽线的地与电源的地相连接。6．1．6其它器材其它器材包括数字式万用表，导线，大功率电阻等。6．2试验数据分析6．3试验过程分析6．3．1静态试验分析试验设定的理论打开数值为245m的水柱，试验用压力传感器的满量程输出为703ram水柱，因为在前面的信号调理过程中，把压力传感器的满量程输出放大为5V，对于数码管来说，显示255对应5V，显示O对应OV。所以实际设定的开启电压数值应为：5V×245／703=1．74V，实际电压表显示采集的信号为1．73V，而控制电路板数码管实际显示的数值为89-90，即实际电压值为5V×89／255=1．74v．5VX90／255=1．76V，可见基本上比较准确。6．3．2动态试验分析第7章全文总结本文通过对汽车安全性的论述，结合汽车实际安全性的需求，考虑到现在汽车安全性要求的日益提高，同时现在也发生了许多落水事故，因此需要在此方面提出一个新的安全措施。本文正是基于此方面的考虑，发明了汽车落水逃生系统，为以后此方面的安全设计指明了方向，并设计出来了控制系统试验用硬件和软件，进行了初步试验，主要取得了如下成果和结论。(1)对汽车落水逃生系统以及控制系统的原理和实现流程进行了阐述，对汽车落水的各种情况进行了分析，并对此系统的可行性进行了分析。(2)设计出了汽车落水逃生系统控制系统的组成部分，对组成此系统的各种组件进行了阐述，并结合汽车的实际需要，设计出来了其各个组件以及在汽车上的具体安装位置，着重对控制系统的硬件和软件以及玻璃升降器特性和运动过程进行了分析。(3)论文设计出来了控制系统试验用信号调理系统、电子控制系统、驱动系统、点火系统、自动显示系统、电源系统等硬件部分。并借助keilC51软件用C语言编制了系统控制软件，然后模拟实际工况进行了初步的试验，取得了一些数据和经验。但由于实际工况的复杂性和恶劣性，以及对系统要求的可靠性，一直未有厂家和单位对此进行实际的研究，因此汽车在此方面一直未有效地安全措施，本文汽车落水逃生系统的设计，也只是对理想工况的模拟，在安全性，可靠性等方面还存在许多不完善的地方，在实际应用中还存在许多有待改进的地方，在实际设计中还有如下问题需要解决：对汽车落水后的各种参数进行精确计算；对汽车落水后汽车上的各种系统进行研究，特别是对其电路系统进行研究；对与本系统有关的汽车上其它部件的进行研究，找出与它们之间结合的最佳方案；对系统的可靠性和准确性进行深入研究，并结合实际的试验进行分析；此系统的实际应用还必须要得到其它研究单位和厂商的大力支持和国家的法律法规的支持，出台相关的统一化标准。参考文献[1]钟志华．汽车碰撞安全技术．北京：机械工业出版杜，2003，7：118—130[2]黄世霖．汽车碰撞与安全．北京：清华大学出版杜，2000，7：90—100[3]SHAHMANESHN．Vehiclesafety[J】．Automotive嘞e％1998，25(10)：44一52[4]IVinlliafisACD,DeBloisJH,DiggesKH．Airbagfieldperformanceand埘urypatterns．SAEInternationalCongressandExposition，Detroit，Michigan，USA,1996,SAE,Warrendale,Pennsylvania,USA．1996：SAEPaper960659：40—50[5]JamesI．enm'd,RichardFrampton,PeteThomas．TheinfluenceofEuropeanairbags011crashinjmyontconks．h：Procs16thESVConf，Windsor，Ontario，Canada，1998,NI-rrsA．Washington,DC．,USA，1998：972—982[6]JamesE．Stoeke．RecentReyulatoryHistoryofAirbags,AirbagTechnology．SocietyofAutomotiveEngineers,inc,325"50—60一[7]HuelkeDF．Driverstature,injuriesandairbagdeploymentsanalysisofuratricrashinvestigation．In：Pmc．42nd．AAAM．Conf,Chadottesvill,vironia，1998：233～243[8]YangJKYngveHaland．Modelingofadaptivepassengerairbagsystemsincarfrontalcrashes．In：Procsl5thESVConf，Melbourne，Australia，1996，NHTSAWashingtonDc,usA．1996：874883：58—61[9]WangJtNefskeDonaldJ．ANewCAL3DAirbagInflationModel．SAE，880654[10]HeSimonXunman．AdvancedFiniteElementAnalysisintheStmctm'al1)esignofAirbagModules,SAE970773：45～49[11]李令举，李三财，齐邓林．汽车电子式安全气囊．汽车电器，1998，1：8～12[12]管秀君．汽车单片机及局域网技术，北京：人民交通出版社，2006，8：1～10[13]王若鹏．汽车安全气囊的控制系统的单片机实现．电子技术，1997，10：15～20[14]王建群，丁华荣．汽车安全气囊系统的控制原理．汽车电子，1996，8：20～28[15]鲁植雄．汽车安全气囊故障诊断图解．南京：江苏科学技术出版社，2003，10：23～39，[16]陈家瑞．汽车构造／下册．北京：机械工业出版社，2000，10：312～321n7]董辉．汽车用传感器．北京：北京理工大学出版杜，2000，7：62～82[18]麻友良，丁卫东．汽车电器与电子控制系统．北京：机械工业出版杜，2002，B：1～21[19]冯崇毅．汽车电子控制技术(上)．北京：