MSP430單片機為核心的電子汽車(chē)限速器的設計方案

　為了滿(mǎn)足上述功能需求，限速器的核心本設計選用具有強大功能的MSP430F169單片機，其內置有高速的12位ADC和DAC，能單片實(shí)現限速器的功能，無(wú)須再擴展外部模塊，即可提高系統運行的可靠性，降低系統成本，非常符合限速器的功能需求。
　實(shí)現限速器功能的主要模塊分析如下：
　(1)信號處理單元
油門(mén)踏板傳感器實(shí)際上是一個(gè)角度傳感器，可提取瞬間油門(mén)踏板的位置信號，并將其轉化為電壓信號傳遞給發(fā)動(dòng)機控制器。以磁阻式油門(mén)踏板傳感器為例，為了將角度變化轉化為電壓信號，磁阻元件往往做在同一塊基片上接成三端式結構，且在片上一定高度處放一半圓形的磁鋼，其結構如圖5所示。當主軸帶動(dòng)磁鋼旋轉時(shí)，磁阻元件MR1、MR2的電阻值隨通過(guò)它們的磁通量Φ的變化而變化,從而有電壓信號從兩個(gè)磁阻元件中點(diǎn)輸出,經(jīng)過(guò)后面信號處理電路對此輸出的電壓信號進(jìn)行放大。通過(guò)調節后級放大電路的放大倍數，可以得到所需要的、大小合適的電壓信號，其等效電路如圖6所示[1]。

　根據油門(mén)踏板傳感器的工作原理，限速器信號處理原理圖如圖7所示[2]。踏板傳感器輸出的電壓信號經(jīng)過(guò)運算放大器降低輸出阻抗,然后輸入到MSP430F169的ADC輸入腳A3,利用MSP430F169內部的12位ADC完成模數轉換，實(shí)現模擬信號的采集。限速器將踏板傳感器的電信號采集后，用IIR濾波算法對其進(jìn)行濾波，進(jìn)行自學(xué)習算法計算、處理后，得到汽車(chē)行駛速度Vx，并與設定的限速值Vm比較,以比較的結果決定輸出模擬信號輸出的大小。輸出信號通過(guò)MSP430F169的D/A輸出引腳DAC0輸出,利用MSP430F169內部的12位DAC實(shí)現數模轉換，并通過(guò)運算放大器提升輸出模擬信號的驅動(dòng)能力。

(2)語(yǔ)音報警單元
　語(yǔ)音報警原理圖如圖8所示。為了保證行駛的安全性和平穩性，必須在汽車(chē)停止狀態(tài)下才能啟動(dòng)限速器或關(guān)閉限速器，因此配有語(yǔ)音報警器，以起到有效的提醒作用。該限速器使用帶功放的ML22865語(yǔ)音芯片，其芯片的SCL、SDA、(CBUSYB)腳分別接至MSP430F169的I/O口P5.2~P5.4,報警器的SPM、SPP腳接揚聲器。

　(3)數據存儲單元
　限速器的數據存儲原理圖如圖9所示。限速器要能設定速度上限值，以及提供給自學(xué)習算法所需的大量的存儲空間,因此必須具備數據存儲功能,本設計使用24LC512存儲器。

(4)鍵盤(pán)和顯示單元
　利用MSP430F169的P3.4~P3.7實(shí)現4個(gè)獨立按鍵，功能分別為限速器開(kāi)關(guān)鍵、數值增加鍵、數值減少鍵以及確認鍵。顯示單元使用4個(gè)8段數碼管顯示，顯示4位的限速值。顯示數據通過(guò)MSP430F169的P1口提供。MSP430F169的P2.0~P2.3口作為數碼管的控制口，為了節省能耗，數碼管只有在按下鍵盤(pán)時(shí)才點(diǎn)亮，當30 s內不再操作鍵盤(pán)時(shí)數碼管熄滅。
3 限速器的軟件設計
　限速器的軟件設計流程圖如圖10所示。為了保證行駛的安全性和平穩性，必須在汽車(chē)停止狀態(tài)下才能啟動(dòng)或關(guān)閉限速器。限速器工作過(guò)程如下：通過(guò)按鍵中斷程序判斷是否有啟動(dòng)或關(guān)閉限速器的按鍵，如果有按鍵信號，限速器根據主程序采集的踏板傳感器電信號，判斷是否有油門(mén)踏板動(dòng)作，如果有踩下油門(mén)踏板，語(yǔ)音報警，此操作無(wú)效；如果無(wú)踏板動(dòng)作，再次提醒是否處于行駛狀態(tài)，并且設置5 s延時(shí)，并再次按下該按鍵，才能將限速器開(kāi)啟或關(guān)閉。如果判斷是關(guān)閉限速器按鍵，則關(guān)閉限速器，并設置關(guān)閉狀態(tài)，且將該狀態(tài)信息傳遞給主程序；如果是啟動(dòng)限速器，則開(kāi)啟限速器工作，并設置開(kāi)機狀態(tài)，且將該狀態(tài)信息傳遞給主程序。在主程序循環(huán)中，首先采集踏板傳感器信號并通過(guò)IIR濾波判斷是否有踏板動(dòng)作并將該信息反饋給鍵盤(pán)中斷程序，然后判斷是否有設置速度上限值按鍵。如果有，則設置相應的速度值Vm，并存儲在存儲器中；如果沒(méi)有，則讀入踏板傳感器的電信號A/D值Ux，Ux通過(guò)自學(xué)習算法得出行駛速度值Vx。Vx與Vm比較，如果VxVm，則Vy=Vx，通過(guò)D/A輸出Ux作為ECU的輸入信號；如果Vx≥Vm，則Vy=Vm，將設定的限速值Vm換算成對應的傳感器電信號Um，通過(guò)D/A輸出Um作為ECU的輸入信號。