毕业设计基于PIC单片机方法汽车中控系统的设计

1、摘 要 随着我国汽车工业的迅猛发展，人们开始日益重视道路交通安全问题，本文通过对车身控制器的功能需求分析，提出了汽车中控系统的总体设计方案。本文首先对汽车中控系统控制的模块具体实现的功能做介绍，接着以汽车防抱死制动一例为重点展开对汽车abs控制器ecu的研究,解释了abs系统的控制原理，在此基础上详细介绍了abs的结构以及各部分的作用，对abs的核心部件电子控制单元（ecu）进行了设计研究,对整个abs的控制过程和逻辑进行了分析，设计了abs中央控制器。系统由一个bcm主机和四个遥控器组成。采用具有低功耗、运行速度高、驱动能力强的单片机picl6f887为主控芯片，在设计的过程中充分考虑系统的

2、低功耗、低成本以及高可靠性等要求，设计了系统的硬件电路，完成了对车身状态采集电路、输出驱动电路、电源电路、无线接收电路和遥控发射等电路的控制设计。电子控制单元（ecu）采用mc9s12xs单片机，包括信号输入电路，控制输出电路，驱动显示电路等硬件部分。关键词：汽车中控系统；防抱死控制；pic16f887;mc9s12xsabstractwith the rapid development of automobile industry in china ,people began growing attention to the problem of road traffic safety .

3、this article on the function of controller of automobile body needs analysis ,proposed a design of module specific implementation of function do describes , then to car anti-hold died brake a cases for focus expand on car abs controller ecu of research , explained has abs system of control principle

4、 ,this foundation shang more describes has abs of structure and the part of role , on abs of part electronic unit ecu for has design research , on entire abs of control process and logic for has analysis , design has abs central controller . system is composed of a bcm host and four remote control ,

5、 with low power , high speed and driving ability of single chip pic16f887 as the main chip , full consideration in the design process of the system of low power , low cost and high reliability requirements , design a system of hardware circuit , completed a body state circuit , wireless receiver and

6、 remote control design of emission circuit . electronic control unit ecu mc9s12xs single chip , including signal input circuit to control output circuits , hardware parts such as drive display circuit .keywords : in automobile control system ; anti-lock control ; pic16f887 ; mc9s12xs 目录摘要iabstractii

7、目录iii1绪论11.1 引言11.2 研究的主要内容11.3 采用的主要研究方法21.4 文章内容结构安排22 汽车中央控制系统概述32.1 系统的分类及应用32.2 车身中央控制系统具体的功能实现243 汽车中央控制系统的总体设计73.1 中央控制系统总体设计73.2 系统结构73.2.1keel0q技术简介83.2.2单片机pic16f887介绍83.3 遥控系统工作过程123.4 系统各功能模块介绍134 汽车防抱死控制系统设计244.1 防抱死制动系统（abs）的基本组成244.1.1 abs的组成244.2防抱死制动系统（abs）的工作原理264.2.1 abs控制原理264.3

8、abs控制器主要硬件部分274.4 汽车车速传感器的工作原理314.5 轮速处理算法324.6 防抱死制动系统软件设计32参考文献36结束语37致 谢38附录39程 序391绪论1.1 引言动力控制，底盘控制，车身电子,防抱死制动和车载电子构成了汽车电子的五大组成部分。随着汽车技术发展以及用户对汽车体验的增强，车身中央控制系统在全球市场上的需求逐年增加，但是目前车身中央控制系统市场的主导份额仍把持在外国厂商手中。英飞凌、飞思卡尔、nec、大陆集团等厂家为目前多数车身中央控制系统的主要提供商，它们根据不同的市场，开发有针对性的产品，预计在今后的发展中车身汽车中的作用将愈加重要，车身中央控制系统在

9、汽车成本中也将逐步提高。目前车身中央控制系统主流技术分为分布式控制，集中式控制两中。分布式控制技术车身控制可以为车内人员提供差异化及高品质的用户体验，被广泛应用在目前主流车型及高端车型中。集中式控制技术可以有效的控制车身中央控制系统的制造成本，将为今后市场发展的主要趋势1。1.2 研究的主要内容本文通过有针对性的分析目前车身中央控制系统的主流技术和市场需求，设计出满足用户使用安全性，方便性的车身中央控制系统，主要工作内容包括车身中央控制系统的硬件设计和软件设计。1、硬件设计从系统的低功耗，可靠性出发，设计车身中央控制系统的硬件部分，本设计是以pic16f887为核心搭建硬件电路，微控制器pic

10、16f887有很强的处理能力。本设计电路包括车身状态采集模块电路、输出驱动电路、电源电路模块、无线接收电路，遥控发射电路和液晶显示电路等。这些电路主要负责采集车身输入信号、自动控制外部模块和显示车身状态信息和报警信息等功能。2、 软件设计整个人车身中央控制系统的软件包括车身控制程序和keel0q解码程序。主体车身控制程序a/d转换模块、pwm模块、车速采集测量模块、开关量采集模块、无线信息接收模块、遥控发射模块等几个部分。车身各个电器单元的控制部分的软件主要完成上电后系统的初始化，对各个子模块进行检测，采集车身输入信号，对车身各电器单元进行智能控制，显示车身设备的状态信息和报警信息，接受遥控发

11、射信息并执行相应的操作。1.3 采用的主要研究方法要实现汽车的中央控制，必须从汽车的硬件和软件两方面着手，汽车的硬件包括汽车的性能、制造材料及实际使用情况等，软件方面则是汽车的软控制方式。软控制主要是电路控制及程序控制，软控制是汽车控制的核心，控制电路的好坏直接关系到汽车控制的可操作性。我以软件protel99se模拟设计电路的可行性，再通过codewarrior进行c程序汇编检测。在软件开发过程中，通常需要经过以下几个步骤： (1) 新建：创建新项目，源文件； (2) 编辑：按照一定的规则编辑源代码，注释； (3) 编译：将源代码编译成机器码，同时还会检查语法错误和进行编译优化； (4) 链

12、接：将编译后的独立的模块链接成一个二进制可执行文件； (5) 调试：对软件进行测试并发现错误。1.4 文章内容结构安排文章以pic16f887单片机为汽车中央控制芯片，以集中控制的方式控制汽车各个功能模块的信息交流及处理，其中各个模块又有相应的控制芯片，本文最后以汽车防抱死控制为重点，采用mc9s12xs控制芯片实现对汽车的防抱死制动。文章结构有如下安排：第一章，对汽车中控系统作概要介绍，以及研究的内容和方法;第二章，介绍控制系统实现的功能,各模块之间的信息交流；第三章，汽车中控系统总体设计；第四章,abs的硬件和软件设计，对设计进行总结。2 汽车中央控制系统概述2.1 系统的分类及应用根据汽

13、车电子装备在汽车不同控制的应用情况大致可以分为：车身电子及防盗系统，底盘控制及安全系统，车载信息娱乐系统和发动机控制系统等。随着汽车电子控制的不断发展，为了满足消费者对舒适性和安全性的要求，汽车车身中电子与电气设备的使用数量一直在增加。车身电子及防盗系统主要包括多种开关控制，灯光控制，防盗系统，门锁控制，车窗控制，玻璃除霜控制，座椅控制，雨刮控制等车身电子的控制。汽车电子技术也已经走过了单一控制的历史阶段，因此，使用基于微控制器的车身中央控制系统已成为大势所趋。主要涉及中央防盗门锁、室内灯、电动车窗、玻璃除霜、雨刮器、遥控、转向灯、前后组合灯、前雾灯、喇叭、天窗、座椅、后视镜等的控制。汽车车身

14、控制通过对电子设备的多方面协调，实现对多个目标的综合控制。汽车中央控制系统自身需要具有通用性、可靠性、抗干扰性和可扩展性。根据不同的控制策略，车身中央控制系统主要分为分散式车身中央控制系统、集中式车身中央控制系统、分布式车身中央控制系统。分散式车身中央控制系统由多个独立的微控制器模块组成，各个模块之间基本上不存在信息互交。集中式车身中央控制系统由一个或几个微控制模块，集中采集需要控制的所有信号，并通过信号处理，信号输出控制各相关执行机构，达到集中控制的目的。分布式车身中央控制系统由多个微控制器模块组成，和分散式不同的是，这些模块之间并非独立的，而是将它们接挂在总线上，通过总线实现通信，所以各个

15、模块之间的 通信能力就成为了关键的问题。对于不同性能的要求，采用不同的控制策略，这几种车身中央控制系统分别应用在不同的车型上，各有利弊，只有通过综合的考虑，才能得到最优的配置。由于车身控制技术的不断进步及新技术的不断涌现，很多中高档车上的功能也逐步应用在了抵挡车上。集中式车身中央控制系统可以充分提高微控制器的资源利用率，有效降低成本，在降低成本的同时对于系统的功耗和可靠性提出了更高的要求，主要应用在价格敏感的车型上。在分布式车身中央控制系统模块之间总线通信，不仅简化线束结构，减少线束用量，也实现了系统的统一调度，而且可以在原有系统挂接或去除其他模块，很具有灵活性，主要应用在中高档车型上。对于控

16、制系统的的选择还是按照功能的实际要求做出判断比较理性。对于控制相对简单，成本要求很低的配置，这样采用集中式控制就能完全满足要求，即使采用分布式控制，现在性能也不会提高很多，但成本却会提高不少，这样就不合适了。但同样，如果性能要求已经复杂到一定程度，用集中式控制就需要有很多连线，甚至连线会多到很难实现的地步，这样显然就不如采用分布式控制了。2.2 车身中央控制系统具体的功能实现21）前/后洗涤器连动雨刮器控制点火开关置于on档，若洗涤开关打开时间超过0.6秒，雨刮器在洗涤开关打开后的0.60.1s动作，直至洗涤开关关闭，再刮刷3次，若洗涤开关打开时间在0.2-0.6s之内，则雨刮器刮刷一次。2）

17、感应车速型简写前雨刮器控制点火开关处于on档，间歇开关打开0.3s后开始动作，雨刮器动作，每个刮刷动作完成时间为0.70.1s，每个刮刷动作间隔时间是当车速=0km/h时在范围2.60.7s（vr=0欧姆）18.01s（vr=50000欧姆）内可调。当车速=100km/h以上时，在范围1.00.2s（vr=0欧姆）10.01s（vr=50000欧姆）内可调。3）后玻璃除霜时间控制发电机处于工作状态，打开除霜开关，除霜继电器开始工作，并持续t1(202min)，若两次按下除霜开关时间小于t1则在第二次按下除霜开关时，除霜功能被取消。4）点火钥匙孔照明控制点火开关处于off档，左右前门任意一门打开

18、，点火锁照明灯亮，并在门闭后t1(101s)后熄灭；若前门打开点火开关置on档，照明灯熄灭。5）驾驶员前顶照明控制将前顶灯设置在door档，前门打开，前顶灯亮，门关闭后，若点火开关处于acc档，前顶灯经过t1(5.50.5s)渐灭；若点火开关处于on档，前顶灯直接熄灭。6）启动、制动警告控制点火开关处于on档，驻车手柄未松开，当车速高于17km/h时，门铃以t1(0.30.1s)的间隔鸣叫，若此时松开驻车手柄，则停止鸣叫；若车速低于17km/h时，不发出提示。7）安全带声光控制点火开关处于on档，驾驶员为系安全带，安全带警告灯以占空比50%，时间t1(0.30.1sec)闪烁，门铃以t2(0.

19、450.1sec)间隔鸣叫，以t3(61sec)为周期；驾驶员系上安全带，警告灯闪烁一个周期，不发出警告音；解开安全带，警告灯闪烁，并发出提示音，再系上安全带，提示音停止。未系安全带提示灯闪烁一个周期后亮，相反，安全带指示灯闪烁一个周期后熄灭。8）电动窗时间控制点火开关处于on 档，前门关闭，电动窗可操作，点火开关处于lock或acc档时，在t1(303sec)内，电动窗可操作；若在t1(303sec)内前门打开，电动窗不能操作。9）尾灯自动熄灭控制任何状态灯光开关（组合开关左开关）由off到on，尾灯熄灭有以下几种控制：光开关（组合开关左开关）由on到off；当钥匙拔出后，驾驶席门打开，同时

20、发生，尾灯将熄灭；若此时再将钥匙插入，尾灯亮。10）后雾灯控制当点火开关处于off档时，灯光开关打开（组合开关左），并且前雾灯开关打开条件下，打开后雾灯开关，后雾灯不亮；当点火开关处于on档，灯光开关打开置小灯档（组合开关左），前雾灯开关打开，此时打开后雾灯开关，后雾灯亮，若此时关闭前雾灯，则后雾灯同时被关闭；当灯光开关打开至灯档，后雾灯工作不受前雾灯控制，即前雾灯开关关闭，后雾灯开关自行可以控制后雾灯。11）电动门闩控制驾驶席与副驾驶席可控制四门的门锁，驾驶席关闭门锁，闭锁器输出闭锁信号，门被锁住；驾驶席打开门锁，闭锁器输出开锁信号，门锁打开。副驾驶席门锁控制过程也相同。12）车钥匙管理控制

21、当钥匙未拔出，驾驶席门打开时，驾驶席按一下闭锁开关，闭锁器输出一个开锁信号，门不能被锁上；若按住闭锁开关不放，t2秒后，闭锁器输出一个开锁信号，并在此后输出3次开锁信号；若按住闭锁开关后t3（0sec.t340年运行时读写程序存储器在线调试器(板上)3低功耗特性：待机电流：一20v时典型值为50na工作电流：一32 khz、2ov时典型值为l 1ua一4 mhz、2ov时典型值为220ua看门狗定时器电流：一20v时典型值为1 u a4外设特性：35个带有方向可单独控制的io引脚：一高灌拉电流可直接驱动led一可单独编程的弱上拉引脚一超低功耗唤醒(ultra lowpower wake-up，

22、ulpwu)模拟比较器模块具有：一两个模拟比较器一可编程片上参考电压(cvref)模块(占vdd的百分比)一固定的参考电压(06v)一可从外部访问比较器的输入和输出一sr锁存模式一外部定时器选通(使能计数)ad转换器：一10位分辨率和14个通道增强型timerl：一带预分频器的16位定时器计数器一外部选通输入模式一专用低功耗32 khz振荡器timer2：带8位周期寄存器、预分频器和后分频器的8位定时器计数器增强型捕捉、比较和pwm+模块：一16位捕捉，最大分辨率为12.5 ns一比较，最大分辨率为200 ns一带有l、2或4个输出通道和可编程“死区时间”的10位pwm，最大频率为20 khz

23、pwm输出转向(steering)控制捕捉、比较和pwm模块：一16位捕捉，最大分辨率为125ns一16位比较，最大分辨率为200ns一10位pwm，最大频率为20 khz增强型usart模块：一支持rs-485、rs-232和lin 20一自动波特率检测一遇到起始位时自动唤醒主同步串行口(master synchronous serialport，mssp)模块支持3线spi(总共4种模式)和带有12c地址屏蔽功能的i2c伸主从模式。3.3 遥控系统工作过程遥控器发送信号，当整个系统正常工作时，无线接收模块micrf007接受到由遥控器发射出的信息后，将信息传输给单片机pic16f887，再

24、通过pic16f887对信息进行接收、解码、判断和相应的处理3。如果识别密码和本车相同，那么信息会传输给执行部件，控制继电器和相关部件动作，从而实现对汽车的无线控制。当用户按一下遥控器上的开锁按键，打开驾驶座一侧的门锁。按一下遥控器上的锁门按键则所有的车门锁住，同时车内灯熄灭。按一下遥控器的行李箱锁键就可以打开行李箱盖锁。如果用遥控器开锁后30s内未动作，车门锁或行李箱锁将自动锁闭，系统重新进入警戒状态。3.4 系统各功能模块介绍系统的总体设计主程序流程图如图3.5 复位初始化进入程序主循环进入报警子程序进入学习子程序执行相应的程序rf信息判断报警条件是否满足有无学习器学习信号有无相应的外部信

25、号开关有无接收到遥控信号y图3.5主程序流程图学习程序流程图如下图3.6所示：学习程序定时器清零并运行打开报警灯清除eeprom中的钥匙记录接收信息10s超时是否已经学习过解密比较识别码是否相等报警灯闪烁两下，间隔500ms表示此钥匙学习成功四把钥匙是否学习完返回nyynnyy图3.6学习程序流程图图3.7 信号输入电路图图3.8 输出驱动电路1. ad转换模块的应用早期的单片机内部一般没有集成ad转换器，因此要想采集模拟信号，必须外接a/d转换器。我选用的picl6f887内部有一个十位、八路的ad转换器，不需外接ad转换器，其参考电压可以为电源电压vdd，也可以是外部参考电压(vref引脚

26、)4和ad转换模块的工作模式和设定有关的寄存器主要有adcon0、adconl：adc控制寄存器adcon0用于控制adc的操作，是一个8位可读写的寄存器，各位的含义如下：bit 7-6 adcs：ad转换时钟选择位00=fosc2 01=fosc8 10=fosc3211=frc (由专用的内部振荡器产生频率最高为500 khz的时钟)bit 52 chs：模拟通道选择位0000=an0 0001=anl 0010=an2 0011=an30100=an4 0l 01=an5 01 10=an6 011 1=an71 000=an8 1 001=an9 1010=anl0 1011=anll

27、1100=anl2 1101=anl3 1110=cvref1111=固定参考电压(06v固定参考电压)bit l godone：ad转换状态位1=ad转换正在进行。将该位置1启动ad转换。当ad转换完成以后，该位由硬件自动清零。0=ad转换完成或不在进行中bit 0 adon：adc使能位l=使能adc0=禁止adc，不消耗工作电流2. adc控制寄存器adconl主要用于控制相关引脚的功能选择，它们可以被设置成模拟输入、参考电压输入或者通用数字io引脚。bit 7 adfm：ad转换结果格式选择位l=结果右对齐，adresh寄存器的高6位读作o；0=结果左对齐，adresh寄存器的低6位读

28、作0。bit 6 未实现：读为0bit 5 vcfgl：参考电压位1=vref引脚0=vssbit 4 vcfgo参考电压位1=vref+引脚0=vddbit 3-0 未实现：读为0通过设置端口，选择通道，选择参考电压，设定adc的转换格式，选择ad时钟源等一系列操作之后实现ad转换。当ad转换完成后，我可以通过dresl和adresh这两个寄存器得到转换后的数字信号值。雨刮器间隙调节功能的实现就是通过采用picl6f887内置的模拟转换器模块，我在此选用电源电压vdd作为基准电压信号，通过电位计的调节，单片机引脚上的模拟信号在o25v范围之内变化，经过ad转换器的转换，一个模拟信号就对应一个

29、数字值，这个数字值再经过内部程序的运算，即可得到最终对应的间隙时间。所以，外部电位计旋钮的变化导致单片机模拟口电压的变化，通过ad转换，不同的电压对应不同的数字值，再经过查表或者运算，也就是得到了需要的间隙时间，进而满足雨刮器间隙调节的功能要求。ad转换程序如下：；-ad采集程序；movlw b0 l 000000movwf adconomovlw b000011 10movwf adcon1 ；除ano外全部设为数字iomovlw 4movwf cnt ；采集4次，求平均值ad loopcall dellmsbsf adcon02 ；设定ad转换模块的状态adwaitbtfsc adcono

30、2goto adwaitmovf adresh0 ； 采集ad转换的高8位(adfm左移) addwf adl，fbtfsc statusoincf adh ；adl溢出时，自加adhdecfsz cntgoto ad loop ；4次采集结束，右移除以4bcf statuscrrf adhrrf adlbcf statuscrrf adh rrf adl2. pwm模块的应用顶灯照明渐灭控制功能就是通过pwm实现的5。pwm模块的功能是可以输出周期一定、占空比可以调制的方波信号。通过改变方波的占空比，来调节灯具的发光强度大小占空比越低高电平在整个周期中的时间就越短灯具的有效发光强度就越低，

31、所以可以实现顶灯的渐灭控制。picl6f887内置ccp模块，通过这个模块选择pwm输出功能。通过在ccplcon寄存器中设定ccp模块的工作模式来实现功能选择。ccpicon寄存器为8位寄存器，pwm方式的选择主要取决于它的第l，2，3，4位。通常使用rp2寄存器存储pwm信号的周期值，使用ccprxl寄存器存储信号的高电平时间值。进一步通过编写软件程序，逐渐减小输出信号的高电平工作时间，再外接场效应管驱动顶灯，实现驾驶员顶灯照明渐灭控制功能，即所有车门关闭后车内灯延迟渐渐熄灭的功能。软件程序：；-pwm输出，渐灭5s256*16*5*255(从ccprll的255自减至0)=5222400

32、0us=5.2s clrf statusmovlw 0ffhmovwf ccprll ；设定起始占空比全为高电平然后在中断中逐渐减小至0banksel pie lbsf pie 1，tmr2iemovlw 0ffhmovwf pr2 ：设定周期值banksel ccp1conmovlw 0chmovwf ccplcon；movlw 00100110movwf t2con；预分16，后分频5，tmr20n工作总渐灭时间256*16*5*255=52224000us=5.2sgoto quit_return_dingdeng3. 车速采集车速采集部分需要采集三个车速值：17kmh，40kmh，10

33、0kmh。在速度采集程序中，portb的pb0引脚作为外部中断信号输入，对车速传感器的信号的上升沿跳变产生中断响应，计数器加1。设置ticon寄存器中的tmrics控制位为0，使tidrl作为定时器使用。其计数时钟源自于程序运行时的指令周期。设置标志位，用以判断车速是否在相应的范围内。其车速采集流程图如图3.9所示，车速采集测量电路如图3.10所示：入栈保护现场计数器cnt加1出栈恢复现场返回速度口rb0外部中断500ms定时中断时间到读取计数值cnt车速值比较采集处理计数器cnt清零判断其他中断nyny图3.9 车速采集流程图图3.10车速采集测量电路4. 电源电路模块l4949是motor

34、ola生产的低压差，一个单片集成的多功能精密稳压器，能够提供稳定的电压和电流。它是专为供应微型计算机控制系统，尤其是应用在汽车上。低功耗设计是bcm设计的重点，l4949符合低功耗设计的要求。其可将+55+115v之间的电池电压转换为+5v输出，并在整个电压范围内提供looma输出电流，压降小于04v，效率高于90。l4949所需外围器件较少，包括输入旁路电容、滤波电容和电阻，不需要任何补偿元件。为降低电源对信号的干扰，6脚rset外接lok的rset电阻。为防止输入电源电压过高而损坏电源模块，将二极管d25串联在电源输入端，作为电源反接保护。电源电路如图3.11所示，1脚是电压输入端，8脚是

35、电压输出端。当一个高于5v的电压输入后，输出为5v。图3.11 电源电路5. 防抱死制动控制作用于车轮制动分泵上的制动管路压力，使汽车在紧急刹车时车轮不会抱死，这样就能使汽车在紧急制动时仍能保持较好的方向稳定性。在后文有详细的介绍。6. 遥控发射电路模块6为降低成本，发射电路通过常用的载波发生电路实现。采用下图3.12所示的电路作为遥控发射电路。调制方式为ook，发射频段为315mhz，采用声表器件解决了发射机早期因使用lc振荡器，频率漂移严重的问题。其频率稳定性与晶振大体相同，频稳度高，与晶振相比电路却极其简单。声表面波谐振器，其外壳最好能够良好的接地，这样有利于提高电路的抗干扰性能。c2组

36、成电源滤波网络，r2、c4组成反馈网络。l为高频发射天线。当有按键按下时，待发射数据由hcs300的6脚输出进行移位发射，当输出为高电平(逻辑1)时，三极管导通，振荡电路工作，输出为低电平(逻辑0)时，振荡电路截止。图3.12 遥控发射电路模块7. 无线接收电路主要用于接收遥控发射器发出的信号，并分析然后做出回应。它消除了手动调节和减少了生产成本具有高可靠性并能以低价格解决问题。它用一个内部的本机振荡器，根据外部基准晶体或时钟固定在一个单一频率，micrf007采用sop(m)一8封装，芯片内电路可分为uhf下变换器、ook解调器和基准控制三部分。uhf下变换器包含rf放大器、混频器、中频放大

37、器、带通滤波器、峰值检波器、合成器、agc控制电路；ook解调器包含低通滤波器、比较器；基准控制电路包含基准振荡器和控制逻辑电路n引。仅需外接2个电容器cagc和cth，1个晶振以及电源去耦电容即可构成1个uhf ask接收器，所有的rf和if调谐都在芯片内自动完成，是一个真正”无线输入一数据输出”的单片器件。rf中心频率由完全集成的pllvco频率合成器控制，与基准振荡器外接晶振有关口41。中频带通滤波器的带宽为430 khz，基带解调器的低通滤波器带宽设置为21 khz，接收器数据速率可达2 kbs。micrf007在315mhz仅仅要求17ma电流，适用于低或者超低功耗应用。无线接收电路

38、如下图3.13所示：图3.13 无线接收电路8.单片机时钟接收电路模块单片机要正常工作就必须由外界为它提供一个时钟信号，然后它按照时钟节拍一步一步执行7。pic系列单片机设计了4种类型的时基振荡方式可供用户选择旧1：标准的晶体振荡器陶瓷谐振器振荡器xt，高频的晶体振荡器hs(4mhz以上)，低频的晶体振荡器陶瓷谐振器lp，外接电阻电容元件的阻容振荡方式rc，为了提高硬件系统的实时性和运行速度，本系统采用第二种方式高频晶体振荡器，时钟电路如图3.14所示。我采用频率为4mhz晶振作为系统的时钟，而pic单片机的指令周期是时钟周期的4倍，本系统执行条汇编指令所需要的时间为1 u s，它的运行速度是

39、很快的，这样可以保证控制系统的实时在很大程度上减少了控制系统的误差，保证了控制系统的精度。图3.14 单片机时钟电路以上是对汽车中央控制系统的总体设计概要，及各部分的功能介绍，由于汽车中央控制系统是一个很大的概念，所以我择其一做，设计重点为汽车防抱死控制系统的设计与研究。4 汽车防抱死控制系统设计4.1 防抱死制动系统（abs）的基本组成4.1.1 abs的组成abs由传感器、电子控制元件（ecu）和执行器三部分组成8。如图4.1所示：图4.1制动防抱死系统（abs）的基本组成 abs硬件原理图如下图4.2所示：高性能微处理器电磁阀驱动电路ev1ev2ev3ev4ev5ev6ev7模拟量输入开

40、关量输入功率放大电路开关量输出can总线接口电路电源电路存储器扩展电路ev8图4.2 abs的硬件原理图abs由传感器、电子控制元件（ecu）和执行器三部分组成。各部分功能如下表4.1所示：表4.1 abs的组成及各部件的功能组成元件功用传感器车速传感器检测车速，给ecu提供车速信号，用于滑移率控制方式轮速传感器检测轮速，给ecu提供轮速信号，各种方式均采用减速度传感器检测制动时汽车的减速度，识别是否是冰雪等易滑路面，只用于四轮驱动控制系统执行器制动压力传感器接受ecu的指令，通过电磁阀的动作，控制制动系统压力的增加、保持或降低abs警告器abs系统出现故障时，ecu将其点亮，发出报警，并可有

41、其闪烁读出故障码ecu接受车速、轮速、减速度等传感器的信号，计算出车速、轮速滑移率和车轮减速度、加速度并将这些信号加以分析、判断、放大，由输出级输出控制指令，控制各种执行器工作abs的核心部件是电子控制单元ecu（electronic control unit）。ecu电路主要包括四个模块:电源模块、轮速信号处理模块、运算模块、电磁阀驱动电路，其基本功能是要实现轮速的采集、abs的故障检测、按照控制规律对电磁阀发控制信号9。ecu结构原理如下图4.2所示 ：单片机电源电路制动信号轮速处理电路故障诊断电路dialup轮速传感器功率驱动液压源电机故障指示灯电磁阀图4.2 ecu结构原理4.2防抱死

42、制动系统（abs）的工作原理4.2.1 abs控制原理汽车abs(antilock braking system)是改善汽车主动安全性的重要装置，通过调节制动力，使汽车获得良好的制动效能并保持较高方向操纵稳定性。abs最重要的功能并不是为了缩短制动距离，而是为了能够尽量保持制动时汽车的方向稳定性。abs起作用时，车轮与路面的摩擦属滚动摩擦，它会充分利用车轮与路面之间的最大附着力进行制动，从而提高制动加速度，缩短制动距离，但最重要的还是保证汽车的方向稳定性。abs工作时就相当于以很高的频率进行点刹。制动总泵不断调整制动压力，从而对制动踏板产生连续的反馈力。其核心是通过调节制动车轮滑移率，使得在制

43、动过程中，车轮滑移率尽量在附着系数相对应的滑移率区域，从而获得尽量大的制动效能，并保持较高的方向操纵性能10。为描述车轮制动过程中与道路接触的状态，引入滑移率： （式4.1） 式中：为车轮半径，为车轮制动时转速，轮速，为车速。基于轮缸压力函数的制动时参考车速计算方法，适合制动时有稳定压力源的液压制动系统。选择合适的加速度传感器可以检测车辆制动过程的车速。 （式4.2） 制动前根据制动时传感器给出的轮速和加速度，用梯形公式计算出不同时刻的速度值。由加速度求车速的表达式为: （式4.3） 式中：为采样周期，、为第、时刻测量的加速度值。abs系统在制动过程中通过传感器感知车轮与路面的滑移，由abs电

44、控单元做出判断，并通过电磁阀调整制动力的大小，使轮胎滑移率保持在一个理想的范围（10%20%），来保证车辆制动时有较大的纵向制动和抗侧向外力的能力，防止可能发生的后轮侧滑，甩尾，提高车辆在制动过程中的方向稳定和转向操纵的能力，并能提高附着系数利用率，缩短制动距离，减少轮胎磨损。电子控制防抱死系统是目前提高车辆行驶安全性的有效措施之一。汽车驱动防滑系统asr（automobile dynamic-control system）是在汽车起步和加速时将滑移率控制在一定范围（5%15%）内，防止驱动轮快速滑动，提高汽车的驱动力。asr在控制中，通过轮速传感器反馈来的信号经控制单元处理后发出指令，调节发

45、动机的输出转矩，从而调节驱动轮的驱动转矩。目前asr的装备大多是在abs系统增设一部分部件的方法来实现，可看成是对abs系统的完善和补充。4.3 abs控制器主要硬件部分abs 系统主要由车轮转速传感器、制动压力调节装置，电子控制器(ecu)三部分组成。感器传1）轮速传感器（1）作用：检测车轮运动状态，获得车轮转速信号，并将车轮的减速度（或加速度）信号送给ecu。典型轮速传感器外形与基本结构如图4.5（2）安装：一般在车轮处，但也有设置在主减速器或变速器中。图4.5 (a)轮速传感器外形(b)轮速传感器的基本结构2）车速传感器 作用：检测车速，给ecu提供车速信号，用于滑移率控制方式。3）减速

46、度传感器作用：在汽车制动时，获得汽车减速度信号。因为汽车在高附着系数路面上制动时，汽车减速度大，在低附着系数路面上制动时，汽车减速度小，因而该信号送入ecu后，可以对路面进行区别，判断路面附着系数高低情况。当判定汽车行驶在雪地、结冰路等易打滑的路面上时，采取相应控制措施，以提高制动性能。多用于四轮驱动控制系统。4)制动压力调节装置压力调节器是abs的执行器。功用是根据电子控制装置传送的命令信号控制制动总泵向车轮制动分泵提供的液压或气压，从而控制车轮速度。它在自动调节总泵或气室的压力时，不受驾驶员控制。它装在制动总泵与车轮分泵之间，使分泵能实现压力增高、压力保持和压力降低的功能。 压力调节器主要分两大类型：滑阀式和柱塞式。每种类型又有多种不同的形式和结构。一般由回油泵、存贮器和电磁阀组成。 回油泵的功用是在制动分泵压力减小的过程中，抽吸制动分泵的制动液，并泵回到制动总泵里。存