2009-07-04
引言
由于各种原因，公交车总是不断重复加速—减速或停车—再加速的过程。通过加装本节能装置，当汽车需要制动时，在主控单元的控制下，可将汽车行驶时具有的巨大动能通过空气压缩机转化成高压气体的势能并储存起来，从而实现汽车减速或停车。当汽车需要启动或加速时，用储存起来的高压气体势能代替燃油来驱动汽车，从而实现汽车能量的回收再利用，达到节能的效果。同时由于汽车在起动或加速时能耗最大，如果汽车是用燃油驱动，则此时油料燃烧不充分，燃烧效果最差，而且产生的噪音最大。
系统工作原理
本系统主要由三部分组成，即检测部分，控制部分和执行机构。检测部分包括踏板位置传感器、曲轴位置传感器、压缩机活塞位置传感器、汽车运行速度传感器、储气罐压力传感器等信号的检测。执行机构主要包括双向可控电磁阀和电磁离合器。控制部分主要由ARM微处理器组成的控制系统及一些外围电路构成。本文主要介绍该系统的控制部分。该装置的作用就是将刹车时本应由摩擦来消耗掉的汽车动能，改为由气体的势能来消耗，在启动时，利用刹车时储气罐内储存的高压气体势能来驱动汽车行走，当车速到达一定值如20km/h 时，再切换到由汽车发动机驱动的模式。
系统硬件设计
由于该节能装置需检测的模拟量较多，如储气罐内的压力、制动踏板的位置、车速、活塞运行位置和油门踏板位置等数据，而且有些是需实时监控的，如储气罐内的压力等，需要使用多任务执行方可实现，而普通单片机无法满足这一要求。因此需根据实际情况，选用合适的处理器芯片，加上各种数据和程序存储芯片构成最小系统。同时，增加数据采集、显示、通信接口、控制执行单元和电源管理模块等，来组成一个完整的控制系统。由于目前汽车应用CAN现场总线比较广泛，因此，为了与汽车的控制系统连接的方便，还增加了CAN总线接口，由此构成了整个硬件系统。系统的总体框图如图1所示。
图1 系统框图
图2 信号采集通道
图3 控制执行单元
评论1
楼主 2009/7/4 23:51:37
电源模块
在本系统设计中，由外部供给系统单一的9V电源，通过三端稳压AS1117-5.0, AS1117-3.3和AS1117-2.5，分别得到5.0V, 3.3V以及2.5V。AS1117系列稳压器最大能提供800mA电流，由于本系统功耗较低，最大需求电流不超过300mA，因此用AS1117足以满足系统的供电需求。另外的两套±15V电源由DC/DC变换器供给。考虑到系统中有数字电路和模拟电路，由于数字电路的电流变化较快，容易产生脉冲干扰，从而影响模拟信号的采样精度，因此应把数字地和模拟地分开。
调试接口
S3C44BOX内嵌JTAG测试电路，使得调试起来非常方便。JTAG是一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试及对系统进行仿真、调试，JTAG技术是一种嵌入式调试技术，它在芯片内部封装了专门的测试电路TAP (Test Access Port，测试访问口)，通过专用的JTAG测试工具对内部节点进行测试。JTAG测试允许多个器件通过JTAG接口串联在一起，形成一个JTAG链，能实现对各个器件分别测试。JTAG接口还常用于实现ISP(In System Programmable)功能，如对Flash器件进行编程等。
目前JTAG接口的连接有两种标准，即14针接口和20针接口，在本设计中，采用的是14针的接口。该接口主要通过下载电路与计算机的并行口相连，在集成开发环境之下，使用相应的JTAG下载代理软件就可以用来进行系统调试，而不需专门的仿真器，这样可以降低开发的成本。
通信单元
在系统设计中，考虑到数据传送、下载以及调试的方便，增加了串行通信RS-232C接口。另外，考虑到系统升级的方便，以及为了与现在流行的汽车总线接口的方便，增加了CAN现场总线的接口。
本系统中选用MAX232。MAX232可以实现TTL电平和RS-232电平之间的转换。由于在实际应用中，器件对电源噪声很敏感，因此MAX232 的VCC引脚必须要对地加0.lmF去耦电容，另外，为提高抗干扰能力，添加了四个l0mF电容，在连接在内部电源引脚输出端。MAX232芯片第7, 8引脚接入分别到串行口的第3, 2引脚;9, 10引脚接处理器的RXD, TXD引脚，实现与处理器的连接。
需要注意的是， MAX232是5V器件，而处理器芯片是用的是3V供电，因此需要考虑电平转换，否则将无法正常收发数据。由于Maxim公司已经注意到这点并推出了专用 3V供电的器件MAX3232C，利用它就可以无需考率3V到5V的电平转换问题。MAX3232C与处理器的接口电路如图5所示。
图5 RS-232C与处理器的通信接口电路
图6 系统主程序流程图
