如何使用外设传感器接口提高汽车的安全性

如何使用外设传感器接口提高汽车的安全性

对于设计人员来说，不妨了解符合外设传感器接口 (PSI5) 要求的基于传感器的解决方案。这是一种坚固的抗干扰接口，最初用于安全气囊系统，但现在正越来越多地用于新的传感器密集型汽车应用。

本文将先介绍 PSI5 总线，然后介绍和描述多种 PSI5 系统解决方案以及如何使用它们来配置基于传感器的控制系统。

外设传感器接口 (PSI5)

PSI5 在中速范围内的优势在于成本比 CAN 或 FlexRay 更低，但具有与传感器数据兼容的数据速率。SENT 数据总线也用于传感器数据传输，但其限制在于仅能将数据从传感器发送到电子控制单元 (ECU)。PSI5 为双向，允许传感器寻址和配置。

PSI5 在汽车 ECU 中的典型实施包括馈送多个接口的微控制器（图 1）。

图 1：汽车微控制器 ECU 的框图，包括用于常见汽车数据总线（含 PSI5）的 I/O 端口。（图片来源：Digi-Key Electronics）。

PSI5 物理层

通过使电流从基准电平（传感器标称静态电流）变为最高电平，实现从传感器传输数据。此示例中的电流具有 10 毫安 (mA) 的基准电平和 40 mA 的最高电平，增量为 30mA。

ECU 使用电压调制与 PSI5 传感器通信。该方法用于同步来自传感器的数据传输。

当单个传感器连接到 ECU 时，该传感器控制数据传输的时序和重复率。如果连接了多个传感器，则 ECU 控制同步和数据传输。多个传感器可以并联或通过总线配置连接，也可以通过一系列传感器进行“菊花链连接”。本文稍后会更详细地讨论这些配置。

数据链路层

PSI5 数据帧提供了极大的灵活性（图 3）。除了具有三个主要组件的基本结构外，还存在一个扩展功能结构。

图 3：PSI5 数据帧的结构显示数据有效载荷区域中的基本区段和扩展区段。（图片来源：Digi-Key Electronics）

基本结构包含以下必需元素：

一个起始位字段，包含总是编码为“00”的两个位。

一个具有效载荷的数据字段，包含指定为 D0 到 D27 的从 10 位到 28 位的任何值。

扩展数据结构包括控制、消息传送和状态数据，总结见表 2。

区段 任务 位数 说明 强制或可选 S1，S2 起始位 2 值 ='0' 强制 M0，M1 消息传送 0，2 串行消息传送通道 可选 F0 - F(q-1) 字段控制 0，1，2，3，4 指定帧数据类型，数据内容或传感器标识 可选 E0 - E(r-1) 状态 0，1，2 错误标志 可选 B0 - B（l-1） 区域 B 数据 0-12 区域 B 数据有效载荷 可选 A0 - A(n-1) 区域 A 数据 10-24 区域 A 数据有效载荷 强制 P 或 C0-C2 奇偶校验或 CRC 1，3 纠错码 强制

表 2：具有子字段的附加 PSI5 数据包可选字段提供更多灵活性。（数据来源：Digi-Key Electronics）

PSI5 系统

图 4：NXP Semiconductors 安全气囊参考平台设计的框图显示了基于 PSI5 的传感器接口的元素。（图片来源：NXP Semiconductors）

PSI5 传感器

典型的安全气囊加速计是单轴传感器，适用于汽车应用，可配置的传感器范围为 ±30 g 至 ±480 g，量程因素为 2。它支持 PSI5 直接连接，以及同步并行和菊花链双向通信。这些加速计可用于前端或侧面碰撞感应、冲击和振动检测或行人碰撞感应。

PSI5 传感器连接拓扑

使用加速计时，PSI5 提供了几种将其连接到 ECU 的方法（图 5）。

图 5：PSI5 支持的四种不同传感器连接拓扑的示例，可供需要连接加速计的设计人员使用。在所有情况下，ECU 通过 PSI5 收发器为传感器供电并读取传感器数据。（图片来源：Digi-Key Electronics）

该图显示了 PSI5 支持的四种 ECU 与传感器可能的连接方式。在所有情况下，ECU 通过 PSI5 收发器为传感器供电并读取传感器数据。在同步拓扑中，ECU 还控制传感器。图 6 中的时序图有助于说明各种操作模式之间的差异。

图 6：四种 PSI5 连接拓扑的时序有简单的点对点和较复杂的同步并行等。同步模式中的时序由 ECU 使用电压调制同步脉冲启动。（图片来源：Digi-Key Electronics）

连接加速计的最简单方法是使用直接点对点连接。在该模式中，ECU 为周期性传输数据的传感器供电。数据传输的时序和重复率由传感器控制。

当包含多个传感器（例如，同一封装中的温度、压力或多轴加速传感器）的传感器集群直接连接时，则为与点对点连接相关的多通道集群模式。该连接能够以同步或异步时序模式实现。来自不同传感器的数据可以被多路复用，或者如此处所示，合并成同一数据包内的两个不同数据段。

同步模式中的时序由 ECU 使用电压调制同步脉冲启动。

并行连接将每个传感器分布于总线上。通过来自 ECU 的同步信号开始数据传输。然后，每个传感器按其相应的指定时隙发送其数据。

在菊花链配置中，传感器没有固定地址，可以连接到总线上的任意位置。在启动期间，每个传感器接收单独的地址，然后将电源电压传递给后续传感器。从 ECU 到传感器的双向通信使用称为寻址序列的特定同步信号模式来完成寻址。在分配了各个地址之后，传感器响应 ECU 产生的同步脉冲，开始按其相应时隙发送数据。

总结

设计人员需要在车辆上增加更多传感器以提高车辆的安全性。如本文所述，PSI5 总线为连接多个传感器提供了一种高度可靠且可互操作的方法，此方法在物理配置和数据包结构方面均具有灵活性。

版权声明：本文内容由网络用户投稿，版权归原作者所有，本站不拥有其著作权，亦不承担相应法律责任。如果您发现本站中有涉嫌抄袭或描述失实的内容，请联系我们jiasou666@gmail.com 处理，核实后本网站将在24小时内删除侵权内容。