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基于 MC9S12 单片机 巡航 控制系统 设计

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内容简介：

SY-025-BY-3毕业设计（论文）开题报告学生姓名王雪飞系部汽车工程系专业、班级车辆工程B05-17班指导教师姓名崔宏耀职称副教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称基于MC9S12单片机巡航控制系统设计一、课题研究现状、选题目的和意义1、研究现状：汽车巡航控制系统 (Cruise Control System简称CCS )。它实际上是一种辅助驾驶系统。是指当汽车在高速公路上行驶时，在驾驶员不踏加速踏板情况下，能使车辆随着道路坡度的变化以及汽车行驶中所可能遇到的阻力的变化情况,自动调节节气门开度，使之按驾驶员设定的车速定速行驶的系统。国外研发汽车自动巡航控制系统起步于20世纪60-70年代中期，当时的汽车巡航控制系统主要是机械式和气动式巡航控制系统。到了20世纪70年代中后期至80年代中后期，随着单片机技术的发展，特别是大规模集成电路及单片机的应用，出现了以数字技术为基础的巡航控制系统。当到了20世纪90年代，国外开始有以智能化为核心的汽车自动巡航控制系统和以定距离控制为主的自适应巡航控制系统(Self-adpation Cruise Control System，简称ACCS)。目前国外很多专家都在研究自适应巡航控制系统。由于国外道路交通系统和汽车工业的发展现状，目前已有不少车辆，特别是高级轿车已经把巡航控制系统作为标准配备设备或备选设备。我国汽车工业起步较晚，并且就目前我国公路状况和实际应用来说，对汽车巡航控制系统的研究应用主要是以单车定速控制为主。目前，模拟汽车定速控制器在我国已经投入生产和使用。例如：由江苏省某巡航设备厂生产的XD-1型汽车定速系统是一种机电式汽车巡航控制系统。该系统用汽车发动机工作时产生的真空度作为动力，通过简单的机电结构来稳定发动机的转速，使其产生的真空度保持最小的变化。然而该机电式巡航控制装置虽然结构简单，却有控制精度不高、稳定性不强等缺点。 2、选题目的和意义：本次设计的主要目的是设计基于MC9S12单片机的巡航控制系统，以电子节气门作为控制基础进行设计，以提高巡航控制系统的控制精度和稳定性，从而使其更有效的应用于现代的智能车辆并更好的服务于智能交通系统。随着社会的发展与进步，人们对汽车行驶安全性、舒适性的要求越来越高。为了满足人们的需求，汽车电子化程度也越来越高，特别是微处理器进入汽车控制领域后，给汽车的发展带来了划时代的变化，汽车的动力性、操作稳定性、安全性、燃油经济性及尾气的排放都得到了大幅度改善。同时由于汽车工业和公路运输业的发展，使得车辆驾驶的自动化已成为汽车发展的主要趋势之一。人们需要更加舒适、简便和安全的交通工具，以适应快速的生活节奏，因此对汽车智能化的要求更加迫切。汽车自动巡航控制系统不但可以有效地减轻驾驶员长途驾驶的疲劳，还减少了不必要的车速变化,最大限度地节省燃料,降低排气污染,提高发动机的使用效率,并可在一定程度上提高汽车的动力性和乘坐的舒适性。二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题1、基本内容（1）熟悉巡航控制系统的组成，巡航控制的原理，控制方法的分析与确定，进行汽车定速巡航控制系统的总体方案设计。选用飞思卡尔16位单片机MC9S12DG128作为控制核心，通过车速传感器采集实际车速信号，输入控制核心和预先设定的车速进行比较，从而控制电子节气门的开度，以实现间接的控制车速恒定。（2）掌握汽车在行驶过程中影响车速变化的因素，根据被控对象的变化特征及时的调整控制参数，使控制效果保持最佳。对巡航控制系统进行软件和硬件设计，搭建巡航控制实验台，通过实验验证巡航控制系统设计的合理性、可靠性等。（3）分析电子节气门的基本结构和控制原理，选择合适的电子节气门。设计电机驱动电路模块、PWM驱动模块以及位置传感器模块。通过试验方法确定电子节气门系统的关键参数，并对节气门位置传感器输出电压进行标定。根据所学的控制理论，设计相应的模糊、PID控制算法。2、解决的主要问题（1）信号的采集：对车速信号、节气门开度信号的采集方法进行分析，以确定最优的信号采集方法，初步选定为A/D，具体看实验情况而定。（2）控制算法的选择：为了实现巡航控制系统精确控制车速的要求，选用适当的控制方法是十分必要的，目前用于汽车巡航控制系统的控制方案主要有PID控制、自适应控制、模糊控制等，它们都有各自的特点。根据在汽车的行驶过程中，受外界负荷的扰动、汽车质量和传动系效率的不确定性等因素的影响，再具体确定控制算法。（3）电子节气门的控制：根据单片机对输入信号的分析处理，确定节气门的开度和车速对应的参数关系，从而使整个巡航控制系统达到最优。三、技术路线（研究方法）总体设计方案：基于MC9S12DG128单片机巡航控制系统的设计，首先要采集车速信号和节气门位置信号，将数据传输给单片机，经过巡航ECU对输入信号的分析确定实际车速与设定车速的偏差，经过巡航ECU的处理后输出相应的对节气门开度的控制信号，控制节气门使之保持与设定车速相对应的开度，从而间接实现使实际车速与设定车速相同的控制。通过软件和硬件的综合调试、使所设计的系统完善。软件方面：使用Freescale公司的16位S12系列MC9S12DG128微控制器的各模块功能和相应引脚的功能定义，用C语言编制相应的程序，并调试程序使巡航控系统进一步优化，用MATLAB建立系统仿真模型。硬件方面：按巡航控制系统的组成搭建基本模型，采用标准化、模块化的典型电路设计思路建立节气门的驱动电路设计，和相应的控制电路的设计，从而提高该汽车巡航控制系统的硬件结构设计的灵活性。根据总体设计方案建立的该巡航控制系统的硬件结构如图1.1巡航控制开关输入信号的采集和处理电路巡航控制ECU(MC9S12DG128)电机驱动模块执行机构车速变化车速传感器节气门位置传感器图1.1 汽车巡航控制系统的硬件结构图四、进度安排1、第1周（3月2日-3月6日）根据毕业设计任务书，查阅国内外关于巡航控制系统和电子节气门和Freescale公司S12系列单片机的资料，撰写开题报告；2、第2-3周（3月9日-4月20日) 对MC9S12DG128单片机的各模块的工作原理和功能进行学习，并制定巡航控制系统的总体设计方案，和做相关准备工作；3、第4-5周（3月23日-4月3日) 学习电子节气门相关的控制方法，编写程序初步实现对电子节气门的单独控制；4、第6-7周（4月6日-4月17日）进行巡航控制系统的硬件电路设计，根据总体设计方案确定控制方法，并编写巡航控制系统的控制程序；5、第8-9周（4月20日-5月1日）应用MATLAB软件当中的Simulink模块，建立巡航控制系统仿真模型，对相应系统参数进行优化；6、第10-12周（5月4日-5月22日）根据所设计的巡航控制系统在实验室搭建巡航控制模拟试验台，通过该试验台改变影响速度的因素，从而对所设计的巡航控制系统进行模拟实验，以验证所设计的巡航控制系统的可行性和稳定性；7、第13-14周（5月25日-6月05日）根据设计的内容，撰写毕业设计说明书；8、第15-16周（6月08日-6月19日）毕业设计审核、修改；9、第17周（6月22日-6月26日）毕业设计答辩准备及答辩。五、参考文献1薛玲.基于PIC16F873的汽车巡航控制系统的仿真与设计D.哈尔滨：哈尔滨理工大学，2005.03.2李昭晖.汽车电器及电子设备M.重庆：重庆大学出版社，2004.02.3邵贝贝.单片机嵌入式应用的在线开发方法M.北京：清华大学出版社，2004.4张立科.MATALAB7.0从入门到精通M.北京：人民邮电出版社，2006.05.5贾民平，张洪亭，周剑英.测试技术M.北京：高等教育出版社，2001.12(2008重印).6余志生.汽车理论第4版 M.北京：机械工业出版社，2006.05.7刘金琨.先进PID控制MATLAB仿真第2版 M.北京：电子工业出版社，2004.09.8王威等.HCS12微控制器原理及应用M.北京：北京航空航天大学出版社，2007.10.9孙同景. Freescale9S12十六位单片机原理及嵌入式开发技术M.北京：机械工业出版社，2008.07.10李朝青.单片机原理及接口技术第3版M.北京：北京航空航天大学出版社，2005.10.11党宏社，赵广社，韩崇昭.汽车巡航控制用传感器进展J.传感器技术，2002，21(l)：1-3.12ECT_16B8C Block User Guide V01.03 S12ECT1688CV1/DM, Motorola Inc.13