ARM系統(tǒng)在汽車(chē)制動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、湖南文理學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱(chēng)： 嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 完成時(shí)間： 2013年 7 月 1 日 報(bào)告成績(jī)： 評(píng)閱意見(jiàn)： 評(píng)閱教師 日期 2013.7.5 湖南文理學(xué)院制摘 要汽車(chē)的制動(dòng)性能是汽車(chē)性能的重要指標(biāo)之一，是汽車(chē)檢測(cè)中的重要項(xiàng)目。目前制動(dòng)性能檢測(cè)有臺(tái)架法和路試法，臺(tái)架法雖然被廣泛使用，但是由于其檢測(cè)結(jié)果不能完全反應(yīng)汽車(chē)實(shí)際制動(dòng)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)變化，存在一定的缺陷。而路試法能確切的檢測(cè)汽車(chē)道路行駛制動(dòng)的性能。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的融入先進(jìn)技術(shù)的便攜式道路制動(dòng)性能測(cè)試系統(tǒng)被研制出來(lái)。本文介紹了GB7258-2004機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行安全技術(shù)條件

2、對(duì)路試法檢測(cè)制動(dòng)性能的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試內(nèi)容的規(guī)定，分析了行車(chē)制動(dòng)的過(guò)程，提出了測(cè)試各運(yùn)動(dòng)量的測(cè)試方法?；谶@些測(cè)試方法設(shè)計(jì)了一種基于路試法檢測(cè)汽車(chē)制動(dòng)性能的測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用目前先進(jìn)的嵌入式軟硬件技術(shù)，設(shè)計(jì)了采集和處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)的ARM系統(tǒng)。ARM系統(tǒng)部分以ARM7內(nèi)核的微處理器LPC2294為核心，擴(kuò)展了鍵盤(pán)、液晶顯示、試驗(yàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、USB接口等硬件模塊，通過(guò)A/D和定時(shí)器捕獲等功能接口，采集來(lái)自ARM系統(tǒng)前端的非接觸式傳感器的車(chē)速信號(hào)和制動(dòng)踏板力信號(hào)，處理后的數(shù)據(jù)可以在液晶上顯示出來(lái)，存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，同時(shí)也可以通過(guò)USB接口將采集和計(jì)算的各種數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)中。設(shè)計(jì)了上位機(jī)上對(duì)制動(dòng)性能分

3、析與評(píng)價(jià)軟件，它可以繪制出制動(dòng)過(guò)程中的速度-時(shí)間等曲線(xiàn)，并對(duì)制動(dòng)性能做出評(píng)價(jià)。 關(guān)鍵詞：汽車(chē)；制動(dòng)性能；ARM；C/OS-AbstractThe automobile braking performance is one of the important guidelines automobile performance and an absolutely necessarily in automobile inspect. At present there are two kinds of methods to check braking performance. The one is Ro

4、ller test method and the other is Road test. Although norms method is used extensively. But because of its detection result can not fully reflect the actual process of sports car brake changes. Along with the rapid development of computer technology, more and more into the advanced technology of por

5、table road braking performance test system were developed.This paper introduces the GB7258-2004 "motor vehicle safety operation technology conditions of automobi ShiFa detection braking performance testing standards and test content regulation, analyzes the process of crane brake, puts forward

6、the testing all level of test method. Based on these tests designed a kind of ShiFa detection based on road car brake performance test system, Puts forward testing all level of test method. Based on these tests designed a kind of ShiFa detection based on road car brake performance test system. The A

7、RM system of the kernel's microprocessor ARM7 LPC2294 as the core, expanded the keyboard, LCD display, test data storage, USB interface hardware modules, through A/D and timer function such as interface, collection, captured from ARM system's front-end non-contact sensor speed signal and the

8、 brake pedal force signal, the processed data can be displayed on the LCD, storage in data storage cell, can also use USB interface will collection and calculation of various transfer data to the upper machine. Design of the upper machine braking performance analysis and evaluation software, it can

9、draw the braking process of speed - such as time of braking performance curve, and make comments.Keywords: Car, The braking performance, ARM, UC/OS-I目 錄摘 要IAbstractII一、設(shè)計(jì)題目11.1 汽車(chē)制動(dòng)性能檢測(cè)技術(shù)發(fā)展11.1.1 制動(dòng)控制系統(tǒng)的歷史11.1.2 制動(dòng)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀21.1.3 制動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展21.1.4 全電路制動(dòng)(BBW)31.1.5 結(jié)論31.2 設(shè)計(jì)要求4二、汽車(chē)制動(dòng)性能測(cè)試方法42.1 制動(dòng)過(guò)程分析42.2

10、 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)試內(nèi)容52.2.1 制動(dòng)距離檢測(cè)行車(chē)制動(dòng)性能標(biāo)準(zhǔn)52.2.2 充分發(fā)出的平均減速度檢驗(yàn)行車(chē)制動(dòng)性能標(biāo)準(zhǔn)5三、系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)63.1 系統(tǒng)硬件部分總體設(shè)計(jì)63.2 傳感器信號(hào)調(diào)理63.3 ARM微處理器LPC229473.4 系統(tǒng)電源電路83.5 復(fù)位晶振電路83.6 鍵盤(pán)擴(kuò)展電路93.6.1 特點(diǎn)93.6.2 功能描述10四、系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)114.1 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)114.2 ARM微處理器與上位計(jì)算機(jī)串行通信124.3 程序流程圖14五、測(cè)試結(jié)果14六、總結(jié)15參考文獻(xiàn)16致 謝17ARM系統(tǒng)在汽車(chē)制動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中的應(yīng)用一、設(shè)計(jì)題目汽車(chē)的制動(dòng)性能是汽車(chē)性能的重要指標(biāo)之一，是

11、汽車(chē)檢測(cè)中的重要項(xiàng)目。目前制動(dòng)性能檢測(cè)有臺(tái)架法和路試法，臺(tái)架法雖然被廣泛使用，但是由于其檢測(cè)結(jié)果不能完全反應(yīng)汽車(chē)實(shí)際制動(dòng)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)變化，而且臺(tái)架測(cè)試中通常以車(chē)輪制動(dòng)力的大小和左右車(chē)輪制動(dòng)力的差值來(lái)評(píng)價(jià)汽車(chē)的制動(dòng)性能。在臺(tái)架實(shí)驗(yàn)中，一般不對(duì)這個(gè)制動(dòng)過(guò)程的踏板力、制動(dòng)力和制動(dòng)時(shí)間的關(guān)系進(jìn)行記錄，這對(duì)于制動(dòng)系統(tǒng)沒(méi)有故障且無(wú)遲滯現(xiàn)象的多數(shù)汽車(chē)是合理的，但是對(duì)于制動(dòng)時(shí)有明顯遲滯現(xiàn)象的汽車(chē)，臺(tái)架檢測(cè)合格的汽車(chē)，實(shí)際上不一定合格；另一方面，在臺(tái)架上檢測(cè)時(shí)，前后軸為靜載荷，不變化。而在路面測(cè)試時(shí)，由于慣性的作用，前后軸載荷會(huì)發(fā)生變化，而這種變化會(huì)影響到制動(dòng)效果，因此臺(tái)架檢測(cè)汽車(chē)的制動(dòng)性有一定的局限性和一定的

12、缺陷。而路試法能比較準(zhǔn)確的反映汽車(chē)制動(dòng)的實(shí)際過(guò)程，但同時(shí)也要求路試法檢測(cè)設(shè)備具有很高的實(shí)時(shí)性和高速數(shù)據(jù)處理能力。隨著計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的融人先進(jìn)技術(shù)的便攜式道路制動(dòng)性能測(cè)試系統(tǒng)被研制出來(lái)，國(guó)標(biāo)路試法制動(dòng)性能的檢測(cè)項(xiàng)目做出了規(guī)定，根據(jù)GB72582004規(guī)定，路試法檢測(cè)汽車(chē)制動(dòng)性能的檢測(cè)項(xiàng)目：制動(dòng)距離、充分發(fā)出的平均減速度、制動(dòng)踏板力、制動(dòng)時(shí)間。這些檢測(cè)的數(shù)據(jù)采集和處理，要求的實(shí)時(shí)性和精度都非常高，而且需要很多擴(kuò)展功能，為滿(mǎn)足汽車(chē)的制動(dòng)性能檢測(cè)的要求，本文設(shè)計(jì)了基于ARM的汽車(chē)制動(dòng)性能檢測(cè)系統(tǒng)。1.1 汽車(chē)制動(dòng)性能檢測(cè)技術(shù)發(fā)展1.1.1 制動(dòng)控制系統(tǒng)的歷史最原始的制動(dòng)控制只是駕駛員操縱一

13、組簡(jiǎn)單的機(jī)械裝置向制動(dòng)器施加作用力，這時(shí)的車(chē)輛的質(zhì)量比較小，速度比較低，機(jī)械制動(dòng)雖已滿(mǎn)足車(chē)輛制動(dòng)的需要，但隨著汽車(chē)自質(zhì)量的增加，助力裝置對(duì)機(jī)械制動(dòng)器來(lái)說(shuō)已顯得十分必要。這時(shí)，開(kāi)始出現(xiàn)真空助力裝置。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，車(chē)輛制動(dòng)有了新的突破，液壓制動(dòng)是繼機(jī)械制動(dòng)后的又一重大革新。20世紀(jì)80年代后期，世界汽車(chē)技術(shù)領(lǐng)域最顯著的成就就是防抱制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）的實(shí)用和推廣。ABS集微電子技術(shù)、精密加工技術(shù)、液壓控制技術(shù)為一體，是機(jī)電一體化的高技術(shù)產(chǎn)品。它的安裝大大提高了汽車(chē)的主動(dòng)安全性和操縱性。防抱裝置一般包括三部分：傳感器、控制器（電子計(jì)算機(jī)）與壓力調(diào)節(jié)器。傳感器接受運(yùn)動(dòng)參數(shù)，如車(chē)輪角

14、速度、角加速度、車(chē)速等傳送給控制裝置，控制裝置進(jìn)行計(jì)算并與規(guī)定的數(shù)值進(jìn)行比較后，給壓力調(diào)節(jié)器發(fā)出指令。1.1.2 制動(dòng)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀傳統(tǒng)的制動(dòng)控制系統(tǒng)只做一樣事情，即均勻分配油液壓力。當(dāng)制動(dòng)踏板踏下時(shí)，主缸就將等量的油液送到通往每個(gè)制動(dòng)器的管路，并通過(guò)一個(gè)比例閥使前后平衡。而ABS或其他一種制動(dòng)干預(yù)系統(tǒng)則按照每個(gè)制動(dòng)器的需要時(shí)對(duì)油液壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。目前，車(chē)輛防抱制動(dòng)控制系統(tǒng)（ABS）已發(fā)展成為成熟的產(chǎn)品，并在各種車(chē)輛上得到了廣泛的應(yīng)用，但是這些產(chǎn)品基本都是基于車(chē)輪加、減速門(mén)限及參考滑移率方法設(shè)計(jì)的。另外，由于編制邏輯門(mén)限ABS有許多局限性，所以近年來(lái)在ABS的基礎(chǔ)上發(fā)展了車(chē)輛動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)（VD

15、C）。結(jié)合動(dòng)力學(xué)控制的最佳ABS是以滑移率為控制目標(biāo)的ABS，它是以連續(xù)量控制形式，使制動(dòng)過(guò)程中保持最佳的、穩(wěn)定的滑移率，理論上是一種理想的ABS控制系統(tǒng)滑移率控制的難點(diǎn)在于確定各種路況下的最佳滑移率，另一個(gè)難點(diǎn)是車(chē)輛速度的測(cè)量問(wèn)題，它應(yīng)是低成本可靠的技術(shù)，并最終能發(fā)展成為使用的產(chǎn)品。因此，發(fā)展魯棒性的ABS控制系統(tǒng)成為關(guān)鍵?，F(xiàn)在，多種魯棒控制系統(tǒng)應(yīng)用到ABS的控制邏輯中來(lái)。除傳統(tǒng)的邏輯門(mén)限方法是以比較為目的外，增益調(diào)度PID控制、變結(jié)構(gòu)控制和模糊控制是常用的魯棒控制系統(tǒng)，是目前所采用的以滑移率為目標(biāo)的連續(xù)控制系統(tǒng)。另外，也有采用其它的控制方法，如基于狀態(tài)空門(mén)及線(xiàn)性反饋理論的方法，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

16、控制系統(tǒng)等。各種控制方法并不是單獨(dú)應(yīng)用在汽車(chē)上，通常是幾種控制方法組合起來(lái)實(shí)施。如可以將模糊控制和PID結(jié)合起來(lái)，兼顧模糊控制的魯棒性和PID控制的高精度，能達(dá)到很好的控制效果。1.1.3 制動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展今天，ABS/ASR已經(jīng)成為歐美和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家汽車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。車(chē)輛制動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展主要是控制技術(shù)的發(fā)展。一方面是擴(kuò)大控制范圍、增加控制功能；另一方面是采用優(yōu)化控制理論，實(shí)施伺服控制和高精度控制。在第一方面，ABS功能的擴(kuò)充除ASR外，同時(shí)把懸架和轉(zhuǎn)向控制擴(kuò)展進(jìn)來(lái)，使ABS不僅僅是防抱死系統(tǒng)，而成為更綜合的車(chē)輛控制系統(tǒng)。在第二個(gè)方面，一些智能控制技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)是現(xiàn)在比較新的控制技

17、術(shù)，已經(jīng)有人將其應(yīng)用在汽車(chē)的制動(dòng)控制系統(tǒng)中。ABS/ASR并不能解決汽車(chē)制動(dòng)中的所有問(wèn)題。因此由ABS/ASR進(jìn)一步發(fā)展演變成電子控制制動(dòng)系統(tǒng)(EBS)，這將是控制系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)重要的方向。1.1.4 全電路制動(dòng)(BBW)BBW是未來(lái)制動(dòng)控制系統(tǒng)的L發(fā)展方向。全電制動(dòng)不同于傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)，因?yàn)槠鋫鬟f的是電，而不是液壓油或壓縮空氣，可以省略許多管路和傳感器，縮短制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間。其主要包含以下部分：a.電制動(dòng)器。其結(jié)構(gòu)和液壓制動(dòng)器基本類(lèi)似，有盤(pán)式和鼓式兩種，作動(dòng)器是電動(dòng)機(jī)；b.電制動(dòng)控制單元(ECU)。接收制動(dòng)踏板發(fā)出的信號(hào)，控制制動(dòng)器制動(dòng)；接收駐車(chē)制動(dòng)信號(hào)，控制駐車(chē)制動(dòng)；接收車(chē)輪傳感器信號(hào)，識(shí)別車(chē)

18、輪是否抱死、打滑等，控制車(chē)輪制動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)防抱死和驅(qū)動(dòng)防滑。c.輪速傳感器。準(zhǔn)確、可靠、及時(shí)地獲得車(chē)輪的速度；d.線(xiàn)束。給系統(tǒng)傳遞能源和電控制信號(hào)；e.電源。為整個(gè)電制動(dòng)系統(tǒng)提供能源，與其它系統(tǒng)共用。系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，立即發(fā)出信息，確保信息傳遞符合法規(guī)最適合的方法是多重通道分時(shí)區(qū)(TDMA)，它可以保證不出現(xiàn)不可預(yù)測(cè)的信息滯后。TTP/C協(xié)議是根據(jù)TDMA制定的。第三是抗干擾處理。車(chē)輛在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)有各種干擾信號(hào)，如何消除這些干擾信號(hào)造成的影響，目前存在多種抗干擾控制系統(tǒng)，基本上分為兩種：即對(duì)稱(chēng)式和非對(duì)稱(chēng)式抗干擾控制系對(duì)稱(chēng)式抗干擾控制系統(tǒng)是用兩個(gè)相同的CPU和同樣的計(jì)算程序處理制動(dòng)信號(hào)。非對(duì)稱(chēng)式

19、抗干擾控制系統(tǒng)是用兩個(gè)不同的CPU和不一樣的計(jì)算程序處理制動(dòng)信號(hào)電制動(dòng)控制系統(tǒng)首先用在混合動(dòng)力制動(dòng)系統(tǒng)車(chē)輛上，采用液壓制動(dòng)和電制動(dòng)兩種制動(dòng)系統(tǒng)。1.1.5 結(jié)論現(xiàn)代汽車(chē)制動(dòng)控制技術(shù)正朝著電子制動(dòng)控制方向發(fā)展。全電制動(dòng)控制因其巨大的優(yōu)越性，將取代傳統(tǒng)的以液壓為主的傳統(tǒng)制動(dòng)控制系統(tǒng)。同時(shí)，隨著其他汽車(chē)電子技術(shù)特別是超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，電子元件的成本及尺寸不斷下降。汽車(chē)電子制動(dòng)控制系統(tǒng)將與其他汽車(chē)電子系統(tǒng)如汽車(chē)電子懸架系統(tǒng)、汽車(chē)主動(dòng)式方向擺動(dòng)穩(wěn)定系統(tǒng)、電子導(dǎo)航系統(tǒng)、無(wú)人駕駛系統(tǒng)等融合在一起成為綜合的汽車(chē)電子控制系統(tǒng)，未來(lái)的汽車(chē)中就不存在孤立的制動(dòng)控制系統(tǒng)，各種控制單元集中在一個(gè)ECU中，并將逐漸

20、代替常規(guī)的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛控制的智能化。但是，汽車(chē)制動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展受整個(gè)汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的制約。有一個(gè)巨大的汽車(chē)現(xiàn)有及潛在的市場(chǎng)的吸引，各種先進(jìn)的電子技術(shù)、生物技術(shù)、信息技術(shù)以及各種智能技術(shù)才不斷應(yīng)用到汽車(chē)制動(dòng)控制系統(tǒng)中來(lái)。同時(shí)需要各種國(guó)際及國(guó)內(nèi)的相關(guān)法規(guī)的健全，這樣裝備新的制動(dòng)技術(shù)的汽車(chē)就會(huì)真正應(yīng)用到汽車(chē)的批量生產(chǎn)中。1.2 設(shè)計(jì)要求采用ARM系統(tǒng)構(gòu)建一個(gè)路試法的汽車(chē)制動(dòng)性能測(cè)試系統(tǒng)。檢測(cè)項(xiàng)目有：制動(dòng)距離充分發(fā)出的平均減速度制動(dòng)踏板力制動(dòng)時(shí)間。這些檢測(cè)的數(shù)據(jù)采集和處理，要求的實(shí)時(shí)性和精度都非常高，而且需要很多擴(kuò)展功能，為滿(mǎn)足汽車(chē)的制動(dòng)性能檢測(cè)的要求。二、汽車(chē)制動(dòng)性能測(cè)試方法2.1 制動(dòng)過(guò)程分

21、析圖2-1所示是汽車(chē)制動(dòng)過(guò)程中制動(dòng)踏力板、速度、減速度、距離隨時(shí)間變化的理想曲線(xiàn)。圖2-1 制動(dòng)過(guò)程中理想曲線(xiàn)變化如圖2-1（a）駕駛員接到緊急制動(dòng)信號(hào)，由于駕駛員有個(gè)反應(yīng)過(guò)程，不可以立即采取行動(dòng)，需要經(jīng)過(guò)時(shí)間才開(kāi)始踩制動(dòng)踏板，這段時(shí)間叫駕駛員反應(yīng)時(shí)間。它包括駕駛員發(fā)現(xiàn)障礙，識(shí)別障礙并作出決定，腳從油門(mén)踏板換成制動(dòng)踏板的時(shí)間，以及消除制動(dòng)間隙時(shí)間。這一般時(shí)間為。接下來(lái)駕駛員持續(xù)踩下制動(dòng)踏板，踏板力不斷增加，一直到達(dá)最大值，這段時(shí)間踏板力增大時(shí)間，如圖2-1（）從腳踩下制動(dòng)踏板，到汽車(chē)開(kāi)始減速需要經(jīng)過(guò)時(shí)間，這些主要用于消除制動(dòng)的一些間隙，減速度從1點(diǎn)開(kāi)始持續(xù)增加，到最大值的2點(diǎn)，此后減速度保持不

22、變，持續(xù)制動(dòng)到3點(diǎn)，汽車(chē)停止在3點(diǎn)，這段時(shí)間稱(chēng)持續(xù)制動(dòng)時(shí)間從時(shí)間內(nèi)，由于汽車(chē)并未產(chǎn)生減速，這段時(shí)間內(nèi)，汽車(chē)基本上保持勻速運(yùn)動(dòng)，從1點(diǎn)以后，由于有減速度，速度一直減小直至停止，如圖2-1（）。通過(guò)以上的制動(dòng)分析可知，本系統(tǒng)測(cè)量的制動(dòng)過(guò)程是制動(dòng)踏板被踩下到汽車(chē)完全停止住，故汽車(chē)的制動(dòng)是，這段時(shí)間汽車(chē)駛過(guò)的距離就是制動(dòng)距離，如圖2-1（）。2.2 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)試內(nèi)容2.2.1 制動(dòng)距離檢測(cè)行車(chē)制動(dòng)性能標(biāo)準(zhǔn)制動(dòng)距離是指汽車(chē)在規(guī)定初速度下急剎車(chē)，從腳接觸制動(dòng)踏板至汽車(chē)停時(shí)汽車(chē)駛過(guò)的距離。制動(dòng)穩(wěn)定性要求：機(jī)動(dòng)車(chē)的任何部位不允許超出規(guī)定寬度的實(shí)驗(yàn)通道的邊緣線(xiàn)。表2-1是機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行安全技術(shù)條件路試法測(cè)試行車(chē)制

23、動(dòng)性能對(duì)制動(dòng)距離和制動(dòng)穩(wěn)定性要求。表2-1 制動(dòng)距離與制動(dòng)穩(wěn)定性要求汽車(chē)類(lèi)型制動(dòng)初速度滿(mǎn)載制動(dòng)距離要求空載制動(dòng)距離要求實(shí)驗(yàn)通道寬度三輪汽車(chē)202.5乘用車(chē)502.5總質(zhì)量的低速貨車(chē)302.5其它總質(zhì)量的汽車(chē)502.5其它汽車(chē)、汽車(chē)列車(chē)303.02.2.2 充分發(fā)出的平均減速度檢驗(yàn)行車(chē)制動(dòng)性能標(biāo)準(zhǔn)充分發(fā)出的平均減速度（3-1）其中：實(shí)驗(yàn)車(chē)制動(dòng)初速度，；-0.8，實(shí)驗(yàn)車(chē)速，；-0.1，實(shí)驗(yàn)車(chē)速，；-實(shí)驗(yàn)車(chē)速?gòu)牡街g車(chē)輛行駛距離，；-實(shí)驗(yàn)車(chē)速?gòu)牡街g車(chē)輛行駛距離，；三、系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)硬件部分總體設(shè)計(jì)從制動(dòng)性能測(cè)試系統(tǒng)的功能要求出發(fā)，設(shè)計(jì)了如圖3-1的測(cè)試系統(tǒng)。包括微處理器、信號(hào)輸人、鍵

24、盤(pán)驅(qū)動(dòng)電路、液晶顯示、接口、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等模塊。圖3-1 測(cè)試系統(tǒng)總體構(gòu)成框圖微處理器采用芯片，其核心是，它是一款基于16/32位，既可以執(zhí)行32位的指令，也可以執(zhí)行16位指令，支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的。內(nèi)部有16靜態(tài)和256的，有高速接口8，路 10位轉(zhuǎn)換器。3.2 傳感器信號(hào)調(diào)理 踏板開(kāi)關(guān)信號(hào)經(jīng)過(guò)光電隔離后在經(jīng)過(guò)反向后輸入到的外部中斷1引腳；速度傳感器的速度脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)光電耦合后經(jīng)過(guò)反向后輸入到的定時(shí)器捕獲引腳。光耦輸出端使用的電源經(jīng)過(guò)DC-DC模塊隔離的。這樣就實(shí)現(xiàn)了踏板開(kāi)關(guān)信號(hào)、速度信號(hào)與信號(hào)輸入端的隔離。 踏板力傳感器輸出的信號(hào)是012V的電壓信號(hào)，而的A/D口的模擬電壓輸出范圍是03.3V

25、，實(shí)現(xiàn)這一電壓轉(zhuǎn)換使用兩級(jí)運(yùn)算放大器是實(shí)現(xiàn)。3.3 ARM微處理器LPC2294LPC2294是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的16/32位CPU，并帶有256 k字節(jié)嵌入的高速Flash存儲(chǔ)器。128位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行。對(duì)代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用可使用16位Thumb模式將代碼規(guī)模降低超過(guò)30%，而性能的損失卻很小。 由于LPC2292/2294的144腳封裝、極低的功耗、多個(gè)32位定時(shí)器、8路10位ADC、2/4（LPC2292/LPC2294）路CAN、PWM通道以及多達(dá)9個(gè)外部中斷使它們特別適用于汽車(chē)、工業(yè)控制應(yīng)用以及醫(yī)療系統(tǒng)和容錯(cuò)維護(hù)總

26、線(xiàn)。LPC2292/2294包含76（使用了外部存儲(chǔ)器）112（單片）個(gè)GPIO口。由于內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口，它們也非常適合于通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器以及其它各種類(lèi)型的應(yīng)用。LPC2294主要特征：1. 16/32位ARM7TDMI-S微處理器，LQFP144封裝。2. 16 kB片內(nèi)靜態(tài)RAM和256kB片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器。128位寬接口/加速器可實(shí)現(xiàn)高達(dá)60MHz的工作頻率。3. 通過(guò)片內(nèi)boot裝載程序?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)編程（ISP）和在應(yīng)用編程（IAP）。512字節(jié)行編程時(shí)間為1ms。單扇區(qū)或整片擦除時(shí)間為400ms。4. EmbeddedICE-RT和嵌入式跟蹤接口使用片內(nèi)RealM

27、onitor軟件對(duì)任務(wù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)試并支持對(duì)執(zhí)行代碼進(jìn)行無(wú)干擾的高速實(shí)時(shí)跟蹤。5. 2/4(LPC2292/2294)個(gè)互連的CAN接口，帶有先進(jìn)的驗(yàn)收濾波器。多個(gè)串行接口，包括2個(gè)16C550工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)UART、高速I(mǎi)2C接口（400 kbit/s）和2個(gè)SPI接口。6. 8路10位A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間低至2.44s。7. 2個(gè)32位定時(shí)器（帶4路捕獲和4路比較通道）、PWM單元（6路輸出）、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和看門(mén)狗。8. 向量中斷控制器?？膳渲脙?yōu)先級(jí)和向量地址。9. 通過(guò)外部存儲(chǔ)器接口可將存儲(chǔ)器配置成4組，每組的容量高達(dá)16Mb，數(shù)據(jù)寬度為8/16/32位。10. 多達(dá)112個(gè)通用I/O口（可承受5

28、V電壓），9個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷引腳。 11. 通過(guò)片內(nèi)PLL可實(shí)現(xiàn)最大為60MHz的 CPU操作頻率。12. 片內(nèi)晶振頻率范圍：130 MHz。13. 2個(gè)低功耗模式：空閑和掉電。14. 通過(guò)外部中斷將處理器從掉電模式中喚醒。15. 可通過(guò)個(gè)別使能/禁止外部功能來(lái)優(yōu)化功耗。16. 雙電源。CPU操作電壓范圍：1.651.95 V(1.8 V± 0.15 V)；I/O操作電壓范圍：3.03.6 V(3.3 V± 10%)，可承受5V電壓。3.4 系統(tǒng)電源電路LPC2294使用雙電源，其內(nèi)核CPU采用+1.8V電壓，I/O口使用+3.3V電壓，而液晶顯示模式使用+5V電

29、壓，踏板力傳感器和非接觸式傳感器使用+12V電壓供電。故需為系統(tǒng)提供以上四種電壓，本系統(tǒng)中電源部分采用+12V電壓輸入。外部提供+12V電源，經(jīng)過(guò)兩級(jí)DC-DC轉(zhuǎn)換可以得到LPC2294所需要的兩種電壓，第一級(jí)經(jīng)過(guò)L7805CV將12V轉(zhuǎn)到+5V，第二級(jí)則分別使用DC-DC模塊SPX1117M3-3-3和SPX1117M3-1.8是將+3.3V到+1.8V。系統(tǒng)電源轉(zhuǎn)換電路如圖3-4所示。 圖3-4 系統(tǒng)電源電路3.5 復(fù)位晶振電路復(fù)位是將微處理器初始化為某個(gè)確定的初始化狀體，復(fù)位信號(hào)的產(chǎn)生電路有很多種，最簡(jiǎn)單的阻容復(fù)位電路，但這種復(fù)位電路可靠性較差，不能保證任何情況下都能對(duì)微處理器進(jìn)行復(fù)位。

30、圖3-5是使用SP708S擴(kuò)展的外部手動(dòng)的復(fù)位電路。圖3-5 系統(tǒng)復(fù)位電路SP708S支持高/低電平兩種復(fù)位方式，LPC2294是采用低電平復(fù)位，選擇SP708S的低電平復(fù)位引腳7與LPC2294的復(fù)位引腳連接，可以產(chǎn)生200ms寬度的復(fù)位脈沖，實(shí)現(xiàn)對(duì)LPC2294的復(fù)位。LPC2294在使用外部晶振時(shí)，微控制器僅支持1-30HZ的外部晶振， LPC2294的振蕩器可以在工作在從屬模式和振蕩模式，本系統(tǒng)外部晶振模式時(shí)，晶振電路圖如圖3-6。圖3-6 系統(tǒng)晶振電路3.6 鍵盤(pán)擴(kuò)展電路3.6.1 特點(diǎn)1. I2C串行接口提供鍵盤(pán)中斷信號(hào)方便與處理器接口；2. 可驅(qū)動(dòng)8位共陰數(shù)碼管或64只獨(dú)立LED

31、和64個(gè)按鍵；3. 可控掃描位數(shù)可控任一數(shù)碼管閃爍；4. 提供數(shù)據(jù)譯碼和循環(huán)移位段尋址等控制；5. 8個(gè)功能鍵可檢測(cè)任一鍵的連擊次數(shù)；6. 無(wú)需外接元件即直接驅(qū)LED可擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)電流和驅(qū)動(dòng)電壓；7. 提供工業(yè)級(jí)器件多種封裝形式PDIP24 SO24引腳圖如3-7所示。圖3-7 ZLG7290的引腳圖3.6.2 功能描述（一）鍵盤(pán)部分ZLG7290可采樣16個(gè)按鍵或傳感器可檢測(cè)每個(gè)按鍵的連擊次數(shù)其基本功能如下。1.鍵盤(pán)去抖動(dòng)處理當(dāng)鍵被按下和放開(kāi)時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)電平狀態(tài)反復(fù)變化稱(chēng)作鍵盤(pán)抖動(dòng)若不作處理會(huì)引起按鍵盤(pán)命令錯(cuò)誤，所以要進(jìn)行去抖動(dòng)處理以讀取穩(wěn)定的鍵盤(pán)狀態(tài)為準(zhǔn)。2.雙鍵互鎖處理當(dāng)有兩個(gè)以上按鍵被同時(shí)

32、按下時(shí)ZLG7290只采樣優(yōu)先級(jí)高的按鍵優(yōu)先順序?yàn)镾1>S2>>S64。如同時(shí)按下S2和S18時(shí)采樣到S2。3.連擊鍵處理當(dāng)某個(gè)按鍵按下時(shí)，輸出一次鍵值后如果該按鍵還未釋放該鍵值連續(xù)有效就像連續(xù)壓按該鍵一樣。這種功能稱(chēng)為連擊連擊次數(shù)計(jì)數(shù)器RepeatCnt，可區(qū)別出單擊某些功能不允許連擊如開(kāi)。關(guān)或連擊判斷連擊次數(shù)可以檢測(cè)被按時(shí)間以防止某些功能誤操作如連續(xù)按5，秒經(jīng)入?yún)?shù)設(shè)置狀態(tài)。4.功能鍵處理功能鍵能實(shí)現(xiàn)2個(gè)以上按鍵同時(shí)按下來(lái)擴(kuò)展按鍵數(shù)目或?qū)崿F(xiàn)特殊功能如PC機(jī)上的Shift，Ctrl，Alt鍵典型應(yīng)用圖中的S57-S64為功能鍵。ZLG7290的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-8所示。圖3-

33、8 ZLG7290的內(nèi)部功能框圖鍵盤(pán)擴(kuò)展電路如圖3-9所示。圖3-9 鍵盤(pán)擴(kuò)展電路四、系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟軟件部分主要由系統(tǒng)層、驅(qū)動(dòng)層和應(yīng)用層組成。系統(tǒng)層設(shè)計(jì)首先是進(jìn)行嵌人式操作系統(tǒng)內(nèi)核的移植，再對(duì)內(nèi)核擴(kuò)形成一個(gè)簡(jiǎn)單、高效的操作系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)層是在系統(tǒng)層上開(kāi)發(fā)硬件驅(qū)動(dòng)程序，它是實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層對(duì)硬件使用的接口。應(yīng)用層設(shè)計(jì)是在操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行任務(wù)設(shè)計(jì)，如數(shù)據(jù)采集任務(wù)、數(shù)據(jù)處理任務(wù) 、通訊任務(wù)、顯示任務(wù)和鍵盤(pán)掃描任務(wù)。系統(tǒng)軟件部分總體設(shè)計(jì)框圖如圖4-1所示。圖4-1 系統(tǒng)軟件部分總體設(shè)計(jì)框圖軟件部分主要由系統(tǒng)層和應(yīng)用層組成。系統(tǒng)層設(shè)計(jì)首先是進(jìn)行嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核的移植，再對(duì)內(nèi)核

34、擴(kuò)展形成一個(gè)簡(jiǎn)單、高效的操作系統(tǒng)。應(yīng)用層設(shè)計(jì)是在操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集任務(wù)、數(shù)據(jù)處理任務(wù)、通訊任務(wù)、顯示任務(wù)和鍵盤(pán)掃描任務(wù)的設(shè)計(jì)。 系統(tǒng)層以免費(fèi)、成熟的C/OSII操作系統(tǒng)內(nèi)核為基礎(chǔ)進(jìn)行擴(kuò)展。根據(jù)C/OSII的體系結(jié)構(gòu)，它的移植包括OS_CPU.H，OS_CPU_A.ASM，OS_CPU_C.C三個(gè)文件中的代碼進(jìn)行移植，以及對(duì)與之應(yīng)用設(shè)置相關(guān)的OS_CFG.H、INCLUDE.H兩個(gè)文件中的代碼進(jìn)行移植。在C/OSII提供的任務(wù)調(diào)度內(nèi)核的基礎(chǔ)上通過(guò)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)程序模塊、操作系統(tǒng)的API函數(shù)、系統(tǒng)的任務(wù)、任務(wù)調(diào)度模塊等模塊對(duì)操作系統(tǒng)內(nèi)核進(jìn)行擴(kuò)展。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)LCD和USB設(shè)備的接口函數(shù)，建立驅(qū)

35、動(dòng)程序模塊，使操作系統(tǒng)API函數(shù)和底層硬件分離開(kāi)；操作系統(tǒng)的API函數(shù)部分主要是設(shè)計(jì)圖形用戶(hù)接口（GUI）函數(shù)，建立系統(tǒng)API函數(shù)庫(kù)；系統(tǒng)任務(wù)設(shè)計(jì)液晶顯示屏刷新任務(wù)、按鍵掃描任務(wù)兩個(gè)基本任務(wù)，并隨操作系統(tǒng)的啟動(dòng)而運(yùn)行。4.2 ARM微處理器與上位計(jì)算機(jī)串行通信將ARM微處理器采集的車(chē)速、輪速等數(shù)據(jù)通過(guò)串行通信的方式傳遞給上位計(jì)算機(jī)，并由上位計(jì)算機(jī)中己編制好的Visual Basic6.0程序進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，以實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)制動(dòng)性能的評(píng)價(jià)。串行通信的控件屬性設(shè)置方法如下：在VB窗體上布置一MSComm控件，作為串行通信的通道，將屬性窗口中的CommPort屬性值修改為2，將RTHreshold屬性設(shè)為

36、1，即只要外界傳送任何字符串，隨即引發(fā)事件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在ARM微處理器與上位計(jì)算機(jī)之間的傳輸。部分串行通信程序代碼如下：long UARTEnable (long I Port，long I DataRate，long I DataBits，long I StopBits，long I Parity，long I EvenParity) unsigned rhar·puePtr=(unsigned char·)HwBaseAddress：/硬件的基地址long I Rates12=115200，76800，57600，38400，28800，19200，14400，9600，

37、4800，2400，1200，110： /串口波特率 long I Divisorx12=1，2，3，5，7，11，15，23，47，95，191，2094；long I Idx，I Config：for(I Idx=0；I Idx<12；I Idx+)If( I RatesI Idx=I DataRate )Break；if(I Idx=12)return(0)；I Config=I DivisorsI Idx；switch(I DataBits) /設(shè)置有效的數(shù)據(jù)位寬度case5：I Config=HwUartControlDataLength5;break;case6:Default: return(0);if(I StopBits=2) /設(shè)置停止位個(gè)數(shù)I Config=HwUartControlTow StopBits;else if(I StopBits!=1)return(0);if(I Parity) /設(shè)置奇偶位效驗(yàn)I Config=HwUartCo