ARM系统在汽车制动测试系统中的应用

1、湖南文理芙蓉学院课程设计报告课程名称： 专业课程设计 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 王丽娟 完成时间： 2014年 5月 30日 报告成绩： 评阅意见： 评阅教师 日期 目 录摘要.IABSTRACT.II1、 设计题目.1二、设计要求.2三、设计作用与目的.2四、所用设备及软件.2 五、系统设计方案.2 5.1系统工作原理.2 5.2制动过程分析.2 5.3测试标准与测试内容.46、 系统硬件设计.4 6.1系统硬件部分总体设计.4 6.2传感信号调理.5 6.3 ARM微处理器LPC2294.5 6.4系统电源电路.6 6.5复位晶振电路.7 6.6键盘扩展电路.8 7、 系统软件设

2、计.10 7.1系统软件总体设计.10 7.2 ARM微处理器与上位计算机串行通信.11 八、仿真调试分析.11九、设计中的问题及解决方法.12十、嵌入式系统学习心得.13十一、参考文献.14附录一 硬件原理图.15附录二 程序清单.16摘 要汽车的制动性能是汽车性能的重要指标之一，是汽车检测中的重要项目。目前制动性能检测有台架法和路试法，台架法虽然被广泛使用，但是由于其检测结果不能完全反应汽车实际制动过程中的运动变化，存在一定的缺陷。而路试法能确切的检测汽车道路行驶制动的性能。随着计算机技术的飞速发展，越来越多的融入先进技术的便携式道路制动性能测试系统被研制出来。本文介绍了GB7258-20

3、04机动车运行安全技术条件对路试法检测制动性能的测试标准和测试内容的规定，分析了行车制动的过程，提出了测试各运动量的测试方法。基于这些测试方法设计了一种基于路试法检测汽车制动性能的测试系统。该系统采用目前先进的嵌入式软硬件技术，设计了采集和处理试验数据的ARM系统。ARM系统部分以ARM7内核的微处理器LPC2294为核心，扩展了键盘、液晶显示、试验数据存储、USB接口等硬件模块，通过A/D和定时器捕获等功能接口，采集来自ARM系统前端的非接触式传感器的车速信号和制动踏板力信号，处理后的数据可以在液晶上显示出来，存储在数据存储单元，同时也可以通过USB接口将采集和计算的各种数据传送到上位机中。

4、设计了上位机上对制动性能分析与评价软件，它可以绘制出制动过程中的速度-时间等曲线，并对制动性能做出评价。 关键词：汽车；制动性能；ARM；C/OS-AbstractThe automobile braking performance is one of the important guidelines automobile performance and an absolutely necessarily in automobile inspect. At present there are two kinds of methods to check braking performance.

5、The one is Roller test method and the other is Road test. Although norms method is used extensively. But because of its detection result can not fully reflect the actual process of sports car brake changes. Along with the rapid development of computer technology, more and more into the advanced tech

6、nology of portable road braking performance test system were developed.This paper introduces the GB7258-2004 motor vehicle safety operation technology conditions of automobi ShiFa detection braking performance testing standards and test content regulation, analyzes the process of crane brake, puts f

7、orward the testing all level of test method. Based on these tests designed a kind of ShiFa detection based on road car brake performance test system, Puts forward testing all level of test method. Based on these tests designed a kind of ShiFa detection based on road car brake performance test system

8、. The ARM system of the kernels microprocessor ARM7 LPC2294 as the core, expanded the keyboard, LCD display, test data storage, USB interface hardware modules, through A/D and timer function such as interface, collection, captured from ARM systems front-end non-contact sensor speed signal and the br

9、ake pedal force signal, the processed data can be displayed on the LCD, storage in data storage cell, can also use USB interface will collection and calculation of various transfer data to the upper machine. Design of the upper machine braking performance analysis and evaluation software, it can dra

10、w the braking process of speed - such as time of braking performance curve, and make comments.Keywords: Car, The braking performance, ARM, UC/OS-1、 设计题目ARM系统在汽车制动性能测试系统中的应用二、设计要求采用ARM系统构建一个路试法的汽车制动性能测试系统。检测项目有：制动距离充分发出的平均减速度制动踏板力制动时间。这些检测的数据采集和处理，要求的实时性和精度都非常高，而且需要很多扩展功能，为满足汽车的制动性能检测的要求。三、设计作用与目的 汽车

11、制动性的测试是汽车安全性能检测中的重要内容。通过制动性的测试可以提高汽车的安全性。 四、所用设备及软件 计算机、ARM硬件仿真器、ARM实验开发平台、ARM芯片ARM嵌入式处理器五、汽车制动性能测试方法5.1 系统工作原理汽车制动距离是指期限和在规定的初速度选急刹车，从驾驶员脚接触动踏板至汽车停住时，汽车行驶过的距离。因此，本测试系统要测定的制动过程是在规定的制动初速度下，从制动踏板踩下，到汽车安全停住。制动开始通过检测制动踏板触发的开关信号获得，力传感器检测制动踏板力；非接触式车速传感器检测车速。当汽车安全停住，整个制动过程结束。图5-1 测试系统总体构成框图5.2 制动过程分析图5-2所示

12、是汽车制动过程中制动踏力板、速度、减速度、距离随时间变化的理想曲线。图5-2 制动过程中理想曲线变化如图5-2（a）驾驶员接到紧急制动信号，由于驾驶员有个反应过程，不可以立即采取行动，需要经过时间才开始踩制动踏板，这段时间叫驾驶员反应时间。它包括驾驶员发现障碍，识别障碍并作出决定，脚从油门踏板换成制动踏板的时间，以及消除制动间隙时间。这一般时间为。接下来驾驶员持续踩下制动踏板，踏板力不断增加，一直到达最大值，这段时间踏板力增大时间，如图5-2（）从脚踩下制动踏板，到汽车开始减速需要经过时间，这些主要用于消除制动的一些间隙，减速度从1点开始持续增加，到最大值的2点，此后减速度保持不变，持续制动到

13、3点，汽车停止在3点，这段时间称持续制动时间从时间内，由于汽车并未产生减速，这段时间内，汽车基本上保持匀速运动，从1点以后，由于有减速度，速度一直减小直至停止，如图5-2（）。通过以上的制动分析可知，本系统测量的制动过程是制动踏板被踩下到汽车完全停止住，故汽车的制动是，这段时间汽车驶过的距离就是制动距离，如图5-2（）。5.3 测试标准与测试内容5.3.1 制动距离检测行车制动性能标准制动距离是指汽车在规定初速度下急刹车，从脚接触制动踏板至汽车停时汽车驶过的距离。制动稳定性要求：机动车的任何部位不允许超出规定宽度的实验通道的边缘线。表5-1是机动车运行安全技术条件路试法测试行车制动性能对制动距

14、离和制动稳定性要求。表5-1 制动距离与制动稳定性要求汽车类型制动初速度满载制动距离要求空载制动距离要求实验通道宽度三轮汽车202.5乘用车502.5总质量的低速货车302.5其它总质量的汽车502.5其它汽车、汽车列车303.05.3.2 充分发出的平均减速度检验行车制动性能标准充分发出的平均减速度其中：实验车制动初速度，；-0.8，实验车速，；-0.1，实验车速，；-实验车速从到之间车辆行驶距离，；-实验车速从到之间车辆行驶距离，；六、系统硬件部分设计6.1 系统硬件部分总体设计从制动性能测试系统的功能要求出发，设计了测试系统。包括微处理器、信号输人、键盘驱动电路、液晶显示、接口、数据存储

15、等模块。微处理器采用芯片，其核心是，它是一款基于16/32位，既可以执行32位的指令，也可以执行16位指令，支持实时仿真和跟踪的。内部有16静态和256的，有高速接口8，路 10位转换器。6.2 传感器信号调理 踏板开关信号经过光电隔离后在经过反向后输入到的外部中断1引脚；速度传感器的速度脉冲信号经过光电耦合后经过反向后输入到的定时器捕获引脚。光耦输出端使用的电源经过DC-DC模块隔离的。这样就实现了踏板开关信号、速度信号与信号输入端的隔离。踏板力传感器输出的信号是012V的电压信号，而的A/D口的模拟电压输出范围是03.3V，实现这一电压转换使用两级运算放大器是实现。6.3 ARM微处理器L

16、PC2294LPC2294是基于一个支持实时仿真和跟踪的16/32位CPU，并带有256 k字节嵌入的高速Flash存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用16位Thumb模式将代码规模降低超过30%，而性能的损失却很小。 由于LPC2292/2294的144脚封装、极低的功耗、多个32位定时器、8路10位ADC、2/4（LPC2292/LPC2294）路CAN、PWM通道以及多达9个外部中断使它们特别适用于汽车、工业控制应用以及医疗系统和容错维护总线。LPC2292/2294包含76（使用了外部存储器）112（单片

17、）个GPIO口。由于内置了宽范围的串行通信接口，它们也非常适合于通信网关、协议转换器以及其它各种类型的应用。LPC2294主要特征：1. 16/32位ARM7TDMI-S微处理器，LQFP144封装。2. 16 kB片内静态RAM和256kB片内Flash程序存储器。128位宽接口/加速器可实现高达60MHz的工作频率。3. 通过片内boot装载程序实现在系统编程（ISP）和在应用编程（IAP）。512字节行编程时间为1ms。单扇区或整片擦除时间为400ms。4. EmbeddedICE-RT和嵌入式跟踪接口使用片内RealMonitor软件对任务进行实时调试并支持对执行代码进行无干扰的高速实

18、时跟踪。5. 2/4(LPC2292/2294)个互连的CAN接口，带有先进的验收滤波器。多个串行接口，包括2个16C550工业标准UART、高速I2C接口（400 kbit/s）和2个SPI接口。6. 8路10位A/D转换器，转换时间低至2.44s。7. 2个32位定时器（带4路捕获和4路比较通道）、PWM单元（6路输出）、实时时钟和看门狗。8. 向量中断控制器。可配置优先级和向量地址。9. 通过外部存储器接口可将存储器配置成4组，每组的容量高达16Mb，数据宽度为8/16/32位。10. 多达112个通用I/O口（可承受5V电压），9个边沿或电平触发的外部中断引脚。 11. 通过片内PLL

19、可实现最大为60MHz的 CPU操作频率。12. 片内晶振频率范围：130 MHz。13. 2个低功耗模式：空闲和掉电。14. 通过外部中断将处理器从掉电模式中唤醒。15. 可通过个别使能/禁止外部功能来优化功耗。16. 双电源。CPU操作电压范围：1.651.95 V(1.8 V 0.15 V)；I/O操作电压范围：3.03.6 V(3.3 V 10%)，可承受5V电压。6.4 系统电源电路LPC2294使用双电源，其内核CPU采用+1.8V电压，I/O口使用+3.3V电压，而液晶显示模式使用+5V电压，踏板力传感器和非接触式传感器使用+12V电压供电。故需为系统提供以上四种电压，本系统中电

20、源部分采用+12V电压输入。外部提供+12V电源，经过两级DC-DC转换可以得到LPC2294所需要的两种电压，第一级经过L7805CV将12V转到+5V，第二级则分别使用DC-DC模块SPX1117M3-3-3和SPX1117M3-1.8是将+3.3V到+1.8V。系统电源转换电路如图6-1所示。 图6-1 系统电源电路6.5 复位晶振电路复位是将微处理器初始化为某个确定的初始化状体，复位信号的产生电路有很多种，最简单的阻容复位电路，但这种复位电路可靠性较差，不能保证任何情况下都能对微处理器进行复位。图6-2是使用SP708S扩展的外部手动的复位电路。图6-2 系统复位电路SP708S支持高

21、/低电平两种复位方式，LPC2294是采用低电平复位，选择SP708S的低电平复位引脚7与LPC2294的复位引脚连接，可以产生200ms宽度的复位脉冲，实现对LPC2294的复位。LPC2294在使用外部晶振时，微控制器仅支持1-30HZ的外部晶振， LPC2294的振荡器可以在工作在从属模式和振荡模式，本系统外部晶振模式时，晶振电路图如图6-3。图6-3 系统晶振电路6.6 键盘扩展电路6.6.1 特点1. I2C串行接口提供键盘中断信号方便与处理器接口；2. 可驱动8位共阴数码管或64只独立LED和64个按键；3. 可控扫描位数可控任一数码管闪烁；4. 提供数据译码和循环移位段寻址等控制

22、；5. 8个功能键可检测任一键的连击次数；6. 无需外接元件即直接驱LED可扩展驱动电流和驱动电压；7. 提供工业级器件多种封装形式PDIP24 SO24引脚图如6-4所示。图6-4 ZLG7290的引脚图6.6.2 功能描述（一）键盘部分ZLG7290可采样16个按键或传感器可检测每个按键的连击次数其基本功能如下。1.键盘去抖动处理当键被按下和放开时可能会出现电平状态反复变化称作键盘抖动若不作处理会引起按键盘命令错误，所以要进行去抖动处理以读取稳定的键盘状态为准。2.双键互锁处理当有两个以上按键被同时按下时ZLG7290只采样优先级高的按键优先顺序为S1S2S64。如同时按下S2和S18时采

23、样到S2。3.连击键处理当某个按键按下时，输出一次键值后如果该按键还未释放该键值连续有效就像连续压按该键一样。这种功能称为连击连击次数计数器RepeatCnt，可区别出单击某些功能不允许连击如开。关或连击判断连击次数可以检测被按时间以防止某些功能误操作如连续按5，秒经入参数设置状态。4.功能键处理功能键能实现2个以上按键同时按下来扩展按键数目或实现特殊功能如PC机上的Shift，Ctrl，Alt键典型应用图中的S57-S64为功能键。ZLG7290的内部结构如图6-5所示。图6-5 ZLG7290的内部功能框图键盘扩展电路如图6-6所示。图6-6 键盘扩展电路七、系统软件部分设计7.1 系统软

24、件总体设计系统软软件部分主要由系统层、驱动层和应用层组成。系统层设计首先是进行嵌人式操作系统内核的移植，再对内核扩形成一个简单、高效的操作系统。驱动层是在系统层上开发硬件驱动程序，它是实现应用层对硬件使用的接口。应用层设计是在操作系统的基础上进行任务设计，如数据采集任务、数据处理任务 、通讯任务、显示任务和键盘扫描任务。系统软件部分总体设计框图如图7-1所示。图7-1 系统软件部总体设计框图软件部分主要由系统层和应用层组成。系统层设计首先是进行嵌入式操作系统内核的移植，再对内核扩展形成一个简单、高效的操作系统。应用层设计是在操作系统的基础上进行数据采集任务、数据处理任务、通讯任务、显示任务和键

25、盘扫描任务的设计。 系统层以免费、成熟的C/OSII操作系统内核为基础进行扩展。根据C/OSII的体系结构，它的移植包括OS_CPU.H，OS_CPU_A.ASM，OS_CPU_C.C三个文件中的代码进行移植，以及对与之应用设置相关的OS_CFG.H、INCLUDE.H两个文件中的代码进行移植。在C/OSII提供的任务调度内核的基础上通过设计驱动程序模块、操作系统的API函数、系统的任务、任务调度模块等模块对操作系统内核进行扩展。通过设计实现LCD和USB设备的接口函数，建立驱动程序模块，使操作系统API函数和底层硬件分离开；操作系统的API函数部分主要是设计图形用户接口（GUI）函数，建立系

26、统API函数库；系统任务设计液晶显示屏刷新任务、按键扫描任务两个基本任务，并随操作系统的启动而运行。7.2 ARM微处理器与上位计算机串行通信将ARM微处理器采集的车速、轮速等数据通过串行通信的方式传递给上位计算机，并由上位计算机中己编制好的Visual Basic6.0程序进行数据计算，以实现对汽车制动性能的评价。串行通信的控件属性设置方法如下：在VB窗体上布置一MSComm控件，作为串行通信的通道，将属性窗口中的CommPort属性值修改为2，将RTHreshold属性设为1，即只要外界传送任何字符串，随即引发事件，实现数据在ARM微处理器与上位计算机之间的传输。7.3 程序流程图图7-2

27、程序流程图八、测试效果应用设计的测试系统，对某型号乘用汽车在平坦、干净干燥、附着系数大于0.7的水泥路面上进行实验，制动初始车速为50km/h，测试得到车速时间曲线如图8-1。图 8-1 车速-时间曲线其它计算数据如表8-1，由此可以得出此车按照GB7258-2004规定制动性能良好的结论。表8-1 计算数据 数据项目数值 制动时间 1.4s 制动距离17.2m 平均减速度 7.0 踏板力305N 九、设计中问题以及解决方法1.在应用滤波电容的过程中，一开始是把电容串联在电路中，导致电路无法导通，而后我们短路电容，解决了问题。2.电源指示灯上，一开始发现接上电源，指示灯不亮，经过仪器测量发现正

28、负极接反，问题解决。3.焊接完成后接上电源发现数码显示管最后一个某一段不发光，经过检查之后发现了虚焊点，重焊之后正常显示。4.由于源程序的多处错误，使得仿真无法通过，后经过单步调试，把存在的错误一一排除，通过了软件仿真。十、嵌入式系统学习心得基于ARM的汽车制动性能测试系统，可以在路试条件下测量汽车的制动运动数据，弥补台架法测量条件理想化和价格高的缺陷，将当前先进的嵌入式技术应用于汽车检测仪器上，能够使测试系统的精度和速度更加优越。本系统既可以作为汽车专业的教学试验，也可以作为汽车检测部门对车辆的检测使用。在为期两周的实习当中感触最深的便是实践联系理论的重要性，当遇到实际问题时，只要认真思考，

29、运用所学的知识，一步一步的去探索，是完全可以解决遇到的一般问题的。本次实习的目的主要是：使我们嵌入式作系统及LINUX相关操作有一定的感性和理性认识，培养和锻炼我们的实际动手能力。使我们的理论知识与实践充分地结合，作到不仅具有专业知识，而且还具有较强的实践动手能力，能分析问题和解决问题的应用型技术人才，为以后的顺利就业作好准备。此次实习学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。在此，感谢老师及其他老师的细心指导，也同样谢谢其他各组同学的无私帮助！通过本次课程的设计，我进一步加深

30、对ARM基础知识的理解，并且对汽车的制动性能有了一定的了解，对ARM应用领域有了一定的了解。十一、参考文献1 黄智伟ARM9嵌入式系统设计基础教程（M）北京航空航天大学出版社2 秦文虎一种便排式汽车侧动性能监侧仪（J）测试仪器3 贝绍秩汽车侧动性能检侧系统的研究与开发（J）仪表技术4 周立功嵌人式基础教程（M）北京航空航天大学出版社5 百度网、豆丁学习网站1 GB7258-2004机动车运行安全技术条件S6 秦文虎一种便携式汽车制动性能监测仪J测试仪器，2002，21（9）347 贝绍秩汽车制动性能检测系统的研究与开发J仪表技术，2004，6.1620 8 周立功ARM 嵌入式基础教程M北京：

31、北京航空航天大学出版社，2005附录一：硬件原理图附录二 程序清单部分串行通信程序代码如下：long UARTEnable (long I Port，long I DataRate，long I DataBits，long I StopBits，long I Parity，long I EvenParity) unsigned rharpuePtr=(unsigned char)HwBaseAddress：/硬件的基地址long I Rates12=115200，76800，57600，38400，28800，19200，14400，9600，4800，2400，1200，110： /串口波特

32、率 long I Divisorx12=1，2，3，5，7，11，15，23，47，95，191，2094；long I Idx，I Config：for(I Idx=0；I Idx12；I Idx+)If( I RatesI Idx=I DataRate )Break；if(I Idx=12)return(0)；I Config=I DivisorsI Idx；switch(I DataBits) /设置有效的数据位宽度case5：I Config=HwUartControlDataLength5;break;case6:Default: return(0);if(I StopBits=2)

33、 /设置停止位个数I Config=HwUartControlTow StopBits;else if(I StopBits!=1)return(0);if(I Parity) /设置奇偶位效验I Config=HwUartControl ParityEnable;程序源代码Void CDrawCurveDlg:OnBtnDrawcurvel()/TODO:Add your control notification handler code herem_CurveGraph.SetXAttrib(5000,35000,0);m_CurveGraph.SetXAttrib(5000,25000,

34、0);m_CurveGraph.SetLable(“蓝色线，红色I曲线”)；m_CurveGraph.index=0；/画I曲线Int i;CString strText;double df_G=m_CurveParam.df_G*9.8;double df_hg=m_CurveParam.df_hg;double df_b=m_CurveParam.df_b;double df_a=m_CurveParam.df_a;COORD_DATA CoordData30001;CURVE_DATA CurveData;m_CurveGraph.ShowCurve(4,FALSE);m_CurveGraph.ShowCurve(5,FALSE);m_CurveGraph.ShowCurve(6,FALSE);m_CurveGraph.ShowCurve(7,FALSE);m_CurveGraph.ShowCurve(8,FALSE);m_CurveGraph.ShowCurve(9,FALSE);m_CurveGraph.ShowCurve(10,FALSE);m_CurveGraph.ShowCurve(11