液压助力转向电控系统说明书

1、 液压助力转向电控系统汽车与交通学院课程设计说明书课 程 名 称:汽车电控系统实习及课程设计 课 程 代 码: 106010319 题 目: 液压助力转向电控系统 年级/专业/班: 2013级车辆工程汽电(1)班 学 生 姓 名: XX 学 号: 开 始 时 间: 2017 年 1 月 4 日完 成 时 间: 2017 年 1 月 10 日课程设计成绩：文献查阅（10）标准运用（10）设计手段应用（20）说明书内容（40）说明书质量（10）答辩 （10）总 分（100）指导教师签名： 年 月 日 目 录 摘要31 引言41.1问题的提出41.2国内外研究的现状41.3任务与分析41.3.1硬件

2、需求41.3.2软件需求42 设计方案52.1系统设计方案论证52.1.1信号输入方案设计52.1.2系统显示方案设计52.1.3 信号输出的方案设计52.2 总体设计方案框图62.2.1 方案一设计框图62.2.1 方案二设计框图72.3最终方案确定73系统硬件设计83.1 AT89C51介绍83.2 ADC0804芯片介绍113.2.1 ADC0804芯片的时钟频率113.2.1 ADC0804采集的信号处理113.3 LCD1602液晶显示器123.4L298电机驱动芯片 124 系统软件设计134.1 主程序流程图134.2 子程序流程图144.2.1 助力控制策略子流程图144.2.

3、2 ADC0804子流程图154.2.2 PID控制算法子流程图165. 系统调试过程175.1 原题图和印制板图绘制和检测175.1.1 在Protel99se绘制原理图175.1.2 在Protell99se生成PCB图185.1 keil程序调试195.3 Proteus 仿真调试 19结论23致谢24参考文献 25附录原题图和印制板图26C语言代码 摘 要 本次课程设计的内容是液压助力转向电控系统。系统基于89C51单片机，通过AD0804数模转换芯片采集电压信号转换为数字量输入控制器，以此同时按键输入速度信号结合AD采集的方向盘扭矩信号通过相应的助力策略以及控制算法输出最佳的助力扭矩

4、。在Proteus软件绘制硬件电路，通过keil程序编译软件编写相应的C语言代码，以及相应的控制算法，输出PWM信号，经过仿真基本实现任务要求。最后用protel软件绘制硬件原理图以及PCB板的制作。该设计基本实现了汽车低速行驶的转向轻便性以及高速行驶的转向安全性的任务要求。关键词：XX1 引 言 1.1 问题的提出 本次课程设计的任务要求是.1.2国内外研究的现状 机械转向系统不能保证在不同的方向盘扭矩与汽车行驶速度给出相应的助力，因此在汽车发展过程中，就出现了EPS，EHPS，以及线控助力转向。在液压助力转向电控系统的研究及发展已经有半个世纪了，因此该系统也相对成熟，在基于simulati

5、on X电控液压助力转向系统中就有对输入转矩以及汽车速度时的系统仿真，改仿真基本实现了转向助力的要求，在汽车电器与电子技术书内也讲解了对助力策略的内容，因此该设计思路也是基于改助力策略展开的。1.3任务与分析 本课题主要的目的是为了保证汽车转向时的助力最优化，需要对汽车方向盘的转动扭矩以及汽车驾驶的速度分析，在预先设定的助力策略中给定相对优化的助力转矩，实现汽车转向的轻便性以及安全性。分析了上述的任务要求，并且查阅了相应的文献，确定了硬件方面采用89C51单片机控制芯片，使用非接触式扭矩传感器采集方向盘的转向扭矩，集成式霍尔传感器采集发动机转速，输入至控制器中计算分析，由助力策略给出相应的助力

6、转矩，输入至电动机驱动液压泵实现助力转向，再由电机的反馈转速至控制器中，经过增量式控制算法得到优化的驱动电机的PWM。1.3.1硬件需求.1.3.2软件需求.2 设计方案 2.1 系统设计方案论证2.1.1信号输入方案设计方案1：方向盘扭矩信号是有非接触式扭矩传感器产生差分电压信号，因此采用AD0804采集电压信号，AD芯片不需要定时器以及外部中断口的使用，比较简单。方案2：方向盘扭矩信号是有非接触式扭矩传感器产生差分电压信号，采用ADC0809，该芯片的使用有查询或者中断的方式得到采集信号，相比第一种方案要复杂很多。.2.2总体设计方案框图2.2.1 方案一设计框图LED显示AD0809电压

7、采集89C51反馈转速M驱动放大等电路DA转换驱动电流输出控制端口复位电路脉冲信号输入时钟电路XTAL1，XTAL2 P0RES P2 P2.1 INT0P1 IN1 方案一：使用AD0804采集电压信号模拟方向盘转矩，使用的是查询方式的话系统控制效率不好，采用中断方式就需要使用其中一个外部中断端口，由于此方案端口不够，采用查询方式，脉冲信号的频率表示发动机的转速，需要采用一个外部中断以及一个定时器才能实现对脉冲频率的测量，两者的信号输入控制器计算后在LED上显示，使用P0口加上拉电阻驱动LED动态显示汽车速度，P2端口的某些口为控制端口，比如AD转换，DA转换的WR,CS等控制，P2.1输出

8、控制电流经过DA转换得到模拟信号经过隔离电路，放大电路以及保护电路驱动电机，最后由电机反馈实时转速至控制器进行PID控制算法。2.2.2 方案二设计框图LCD1602显示器XTAL1 XTAL2 P0 RST P2 P1 P3.2时钟电路复位电路汽车行驶速度设定按键相应的控制端口P3.6 P2.1脉冲信号输入输出驱动信号ADC0804转换电路反馈电机转速输入P3.3图2.2 系统总体框图方案二：采用ADC0804模数转换芯片采集信号模拟汽车转向扭矩，按键输入汽车速度，将信号输入控制器中通过助力策略得出相应的PWM占空比，由P2.1口输入L298驱动芯片驱动电机，再由电机反馈转速至单片机进行增量

9、式PID控制算法得到最终的PWM占空比。2.3最终方案确定方案一对比于方案二较为复杂，.3 系统硬件设计3.1 AT89C51单片机介绍AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C51单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。 以下主要是设计过程中使用的引脚及其功能的设计。P0口：方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0

10、写“1”时，可作为高阻抗输入端用。 将单片机需要显示的结果由P0口向LCD1602输入。P1口：P1 是一个带内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL 逻辑 门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。本次设计将AD芯片采集的模拟量转换结果由单片机的P1端口输入。例如为5V电压则输出0xff,向全部P1端口输入高电平。P2口：P2口与P1口相差不大，在此次设计中的将某些端口定义为某些控制端口，比如AD模数转换的控制端CS，RD，WR等，以及PWM信号输出也由P2.1口向L298芯片输出。P3口：较以上端口来说，P3口

11、的大多口都有复用功能。在此次设计中就用到了P3.2端口的复用功能外部中断0，以及P3.4，P3.5的计数功能等。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 .XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。设计中将XTAL1，XTAL2输入外部硬件产生的时钟信号。3.2 ADC0804芯片介绍ADC0804是一款8位、单通道、低价格A/D转换器，主要特点是：模数转换时间大约100us；方便TTL或CMOS标准接口；可以满足差分电压输入；具有参考电压输入端；内含时钟发生器；单电源工作时（05）V输入电压范围是05V

12、；不需要调零等等。 Vin（+）Vin(-)：两模拟信号输入端，用以接收单极性、双极性和差模输入信号；DB7DB0：具有三态特性数字信号输出口；AGND：模拟信号地；DGNA：数字信号地；CLK：时钟信号输入端；CLKR：内部时钟发生器的外接电阻端，与CLK端配合可由芯片自身产生时钟脉冲，其频率为1/(1.1RC)；CS：片选信号输入端，低电平有效，一旦CS有效，表明AD转换器被选中，可启动工作WR：写信号输入，低电平启动AD转换；RD：读信号输入，低电平输出端有效；INTR：AD转换结束信号，低电平表示本次转换已完成；Vref/2：参考电平输入，决定量化单位；Vcc：芯片电源5V输入；3.2

13、.1 ADC0804芯片的时钟频率ADC0804的工作时钟频率允许在范围为100KHZ-1460KHZ之间，本次设计采用640KHZ的时钟频率，根据1/(1.1RC)公式计算采用. 3.2.2 ADC0804采集的信号处理.3.3 LCD1602液晶显示器 LCD1602是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，其中相应的引脚作用如下VSS：电源地；VCC：电源；V0： 电源显示偏压，接入滑动变阻器可调节显示屏亮度；R/S： 命令/数据选择的引脚，当写入0时为指令选择，此时输入的信号为指令信号，当写入1时，就为数据信号。R/W： 该端口为读/写端口，写入1为读数据，写入0为写数据。由于

14、此次课程设计只选用写的功能，在Proteus的连线将此端口接地。E： 使能端，写1即选中。DB0-DB7：并行数据端口。BLA,BLK：为被光源正负级端口。3.4 L298电机驱动芯片介绍 L298驱动芯片下面是L298引脚及相应功能介绍：在本次课程设计由于.4 系统软件设计4.1主程序流程图 结 束调用显示子程序按键输入速度信号助力控制策略处理输入信号调用增量式PID控制算法AD0804电压信号采集 开 始介工作过程.4.2 子程序流程图4.2.1 助力控制策略子流程图 开 始计算车速Yv0&v20&v30&v40&v60&v=90K(v)=0.8511K(v)=0.4379 K(v)=0N

15、 返 回 电控转向助力控制策略流程图介工作过程.4.2.2 ADC0804子流程图 开 始转换启动，写准备读数据，读准备 均值滤波 返 回 ADC0804数据采集流程图介工作过程.4.2.2 PID控制算法子流程图流程图加介绍。 5 系统调试过程 通过上面的设计，设计已经基本完成。下面主要实现Protell99se的原理图、印制板图的绘制和做相关检测，对Keil进行相应的检查和调试，并用Proteus对所设计系统进行仿真。5.1原理图和印制板图绘制和检查5.1.1 在Protel99se绘制原理图打开Protel99se，绘制系统的原理图。原理图包括能输出时钟电路，驱动电路以及复位电路。绘制完

16、成的原理图如下图所示： 图5.1.11 原理图的绘制具体大图见附录1。绘制完原理图之后，对原理图进行同一网络命名多个网络名称检测、未连接的电路标号检测、未连接的电源检测、电路编号重号检测、元件编号重复检测等检测。ERC检测结果如图5.2: 图5.1.12 ERC电气规则检查5.1.2 在Protell99se生成PCB图在创建完原理图后，对各元器件的引脚进行封装，对于生成的PCB图中各器件进行调整，并布线，最终生成PCB图。结果如图5.1.21所示: 图5.1.21 生成PCB图在图中将电源线，和地线均加粗处理。5.2 Keil程序调试程序调试结果如图5.2所示： 图5.2 程序调试结果5.3

17、 Proteus仿真调试1.在proteus仿真开始，速度为0，PWM=0，电机不转。2.方向盘转矩为3.927牛顿米，速度为17千米每小时，PWM脉冲占空比较大，电机助力较大。3. 方向盘转矩为3.863牛顿米，速度为34千米每小时，PWM脉冲占空比较大，电机助力较大。4.方向盘转矩为2.454牛顿米，速度为57千米每小时，PWM脉冲占空比较小，电机助力较小。5.方向盘转矩为1.542牛顿米，速度为94千米每小时，PWM脉冲占空几乎为0，电机几乎不产生助力。6.方向盘转矩为1.542牛顿米，速度为119千米每小时，PWM脉冲占空几乎为0，电机几乎不产生助力。综上仿真结果可知，基本达到了任务要求，实现了低速驾驶的转向轻便性与高速驾驶的安全性。 结