ARM嵌入式汽車(chē)節能控制系統*

　　摘要： 本文以節約能源為切入點(diǎn)，針對城市公交車(chē)頻繁剎車(chē)的特點(diǎn)，設計了一種節能控制裝置，通過(guò)該裝置把汽車(chē)剎車(chē)時(shí)由原來(lái)通過(guò)摩擦片產(chǎn)生阻力停車(chē)，改為帶動(dòng)空氣壓縮機工作，把汽車(chē)行駛時(shí)的動(dòng)能轉化為高壓氣能，利用能量的轉換使汽車(chē)停下來(lái)。在汽車(chē)啟動(dòng)時(shí)，利用儲存起來(lái)的高壓氣能帶動(dòng)汽車(chē)行走，從而達到節約能源的目的。

　　關(guān)鍵詞： 汽車(chē)節能;嵌入式系統;ARM

　　引言

　　由于各種原因，公交車(chē)總是不斷重復加速—減速或停車(chē)—再加速的過(guò)程。通過(guò)加裝本節能裝置，當汽車(chē)需要制動(dòng)時(shí)，在主控單元的控制下，可將汽車(chē)行駛時(shí)具有的巨大動(dòng)能通過(guò)空氣壓縮機轉化成高壓氣體的勢能并儲存起來(lái)，從而實(shí)現汽車(chē)減速或停車(chē)。當汽車(chē)需要啟動(dòng)或加速時(shí)，用儲存起來(lái)的高壓氣體勢能代替燃油來(lái)驅動(dòng)汽車(chē)，從而實(shí)現汽車(chē)能量的回收再利用，達到節能的效果。同時(shí)由于汽車(chē)在起動(dòng)或加速時(shí)能耗最大，如果汽車(chē)是用燃油驅動(dòng)，則此時(shí)油料燃燒不充分，燃燒效果最差，而且產(chǎn)生的噪音最大。

　　系統工作原理

　　本系統主要由三部分組成，即檢測部分，控制部分和執行機構。檢測部分包括踏板位置傳感器、曲軸位置傳感器、壓縮機活塞位置傳感器、汽車(chē)運行速度傳感器、儲氣罐壓力傳感器等信號的檢測。執行機構主要包括雙向可控電磁閥和電磁離合器?？刂撇糠种饕?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/ARM">ARM微處理器組成的控制系統及一些外圍電路構成。本文主要介紹該系統的控制部分。該裝置的作用就是將剎車(chē)時(shí)本應由摩擦來(lái)消耗掉的汽車(chē)動(dòng)能，改為由氣體的勢能來(lái)消耗，在啟動(dòng)時(shí)，利用剎車(chē)時(shí)儲氣罐內儲存的高壓氣體勢能來(lái)驅動(dòng)汽車(chē)行走，當車(chē)速到達一定值如20km/h時(shí)，再切換到由汽車(chē)發(fā)動(dòng)機驅動(dòng)的模式。

　　系統硬件設計

　　由于該節能裝置需檢測的模擬量較多，如儲氣罐內的壓力、制動(dòng)踏板的位置、車(chē)速、活塞運行位置和油門(mén)踏板位置等數據，而且有些是需實(shí)時(shí)監控的，如儲氣罐內的壓力等，需要使用多任務(wù)執行方可實(shí)現，而普通單片機無(wú)法滿(mǎn)足這一要求。因此需根據實(shí)際情況，選用合適的處理器芯片，加上各種數據和程序存儲芯片構成最小系統。同時(shí)，增加數據采集、顯示、通信接口、控制執行單元和電源管理模塊等，來(lái)組成一個(gè)完整的控制系統。由于目前汽車(chē)應用CAN現場(chǎng)總線(xiàn)比較廣泛，因此，為了與汽車(chē)的控制系統連接的方便，還增加了CAN總線(xiàn)接口，由此構成了整個(gè)硬件系統。系統的總體框圖如圖1所示。

圖1 系統框圖

　　S3C44BOX

　　由于設計要求系統能隨車(chē)采集信號，并進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，對主控模塊的要求較高，因此主控制模塊應當是以高性能的微處理器為核心而組成的一個(gè)最小系統。根據具體應用的要求，實(shí)際應用的反映情況，選用了Samsung公司的ARM芯片S3C44BOX，其主要性能如下：

　　Samsung公司推出的16/32位RISC處理器S3C44BOX為一般類(lèi)型的應用提供了高性?xún)r(jià)比和高性能的微控制器解決方案。為了降低成本，S3C44BOX提供了豐富的內置部件，包括:8KB的Cache，內部SRAM, LCD控制器，帶自動(dòng)握手的2通道DART, 4通道DMA，系統管理器(片選邏輯，FP/EDO/SDRAM控制器)，帶有PWM功能的5通道定時(shí)器，I/O端口，RTC, 8通道10位ADC，IIC-BUS接口，IIS-BUS接口，同步SIO接口和PLL倍頻器。

　　S3C44BOX的突出特性是它的CPU核，是由ARM公司設計的16/32位ARM7TDMI RISC處理器(66MHz)。ARM7TDMI體系結構的特點(diǎn)是它集成了Thumb代碼壓縮器，ICE (In Circuit Emulator)斷點(diǎn)調試支持，和一個(gè)32位的硬件乘法器。

　　數據采集單元

　　數據采集單元的作用就是對需要的模擬信號進(jìn)行采集、處理后送到處理器進(jìn)行處理。在該單元中，核心是對模擬信號的調理。由于系統要采集到汽車(chē)的儲氣罐內的壓力數據、制動(dòng)踏板的位置數據、車(chē)速、離合器切合位置和油門(mén)踏板位置等數據，因此需要多路數據采集通道。各通道的數據必須完成信號的調理后，才能送到處理器進(jìn)行處理。該采集單元的信號采集通道框圖如圖2所示。

圖2 信號采集通道

　　控制執行單元

　　控制執行單元的功能主要是接收處理器發(fā)出的數字量，經(jīng)過(guò)隔離及驅動(dòng)后，送到執行機構如電磁閥、繼電器、離合器等來(lái)使行相應的動(dòng)作。功能框圖如圖3所示。

圖3 控制執行單元

　　這一級相對來(lái)說(shuō)較為簡(jiǎn)單，但為了防止外界對系統的干擾，須采用隔離。隔離器件采用普通的光電禍器即可，系統中采用TLP521-1。

　　數據顯示模塊

　　在系統的設計中，為了對采集的數據進(jìn)行監控，使得調試更為方便、直觀(guān)，因此增加了數據顯示模塊。S3C44BOX集成了LCD (Liquid Cristal Display)控制器，該控制器支持在LCD上的單色、4級、16級灰度、256色的顯示，具有很強的通用性，S3C44BOX的LCD控制器的作用是將緩存中的數據傳送到外部的LCD驅動(dòng)器，并產(chǎn)生必須的LCD控制信號。LCD控制器可以編程支持不同水平和垂直點(diǎn)數(640