毕业设计-基于pic单片机方法汽车中控系统的设计

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；PIC16F887MC9S12XSABSTRACTWITHTHERAPIDDEVELOPMENTOFAUTOMOBILEINDUSTRYINCHINA,PEOPLEBEGANGROWINGATTENTIONTOTHEPROBLEMOFROADTRAFFICSAFETYTHISARTICLEONTHEFUNCTIONOFCONTROLLEROFAUTOMOBILEBODYNEEDSANALYSIS,PROPOSEDADESIGNOFMODULESPECIFICIMPLEMENTATIONOFFUNCTIONDODESCRIBES,THENTOCARANTIHOLDDIEDBRAKEACASESFORFOCUSEXPANDONCARABSCONTROLLERECUOFRESEARCH,EXPLAINEDHASABSSYSTEMOFCONTROLPRINCIPLE,THISFOUNDATIONSHANGMOREDESCRIBESHASABSOFSTRUCTUREANDTHEPARTOFROLE,ONABSOFPARTELECTRONICUNITECUFORHASDESIGNRESEARCH,ONENTIREABSOFCONTROLPROCESSANDLOGICFORHASANALYSIS,DESIGNHASABSCENTRALCONTROLLERSYSTEMISCOMPOSEDOFABCMHOSTANDFOURREMOTECONTROL,WITHLOWPOWER,HIGHSPEEDANDDRIVINGABILITYOFSINGLECHIPPIC16F887ASTHEMAINCHIP,FULLCONSIDERATIONINTHEDESIGNPROCESSOFTHESYSTEMOFLOWPOWER,LOWCOSTANDHIGHRELIABILITYREQUIREMENTS,DESIGNASYSTEMOFHARDWARECIRCUIT,COMPLETEDABODYSTATECIRCUIT,WIRELESSRECEIVERANDREMOTECONTROLDESIGNOFEMISSIONCIRCUITELECTRONICCONTROLUNITECUMC9S12XSSINGLECHIP,INCLUDINGSIGNALINPUTCIRCUITTOCONTROLOUTPUTCIRCUITS,HARDWAREPARTSSUCHASDRIVEDISPLAYCIRCUITKEYWORDSINAUTOMOBILECONTROLSYSTEMANTILOCKCONTROLPIC16F887MC9S12XS目录摘要IABSTRACTII目录III1绪论111引言112研究的主要内容113采用的主要研究方法214文章内容结构安排22汽车中央控制系统概述321系统的分类及应用322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731中央控制系统总体设计732系统结构7321KEEL0Q技术简介8322单片机PIC16F887介绍833遥控系统工作过程1234系统各功能模块介绍134汽车防抱死控制系统设计2441防抱死制动系统（ABS）的基本组成24411ABS的组成2442防抱死制动系统（ABS）的工作原理26421ABS控制原理2643ABS控制器主要硬件部分2744汽车车速传感器的工作原理3145轮速处理算法3246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11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。12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PIC16F887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，接受遥控发射信息并执行相应的操作。13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。14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21系统的分类及应用根据汽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。22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06秒，雨刮器在洗涤开关打开后的0601S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0206S之内，则雨刮器刮刷一次。2）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03S后开始动作，雨刮器动作，每个刮刷动作完成时间为0701S，每个刮刷动作间隔时间是当车速0KM/H时在范围2607S（VR0欧姆）1801S（VR50000欧姆）内可调。当车速100KM/H以上时，在范围1002S（VR0欧姆）1001S（VR50000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T1202MIN，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，点火锁照明灯亮，并在门闭后T1101S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T15505S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T10301S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T10301SEC闪烁，门铃以T204501SEC间隔鸣叫，以T361SEC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T1303SEC内，电动窗可操作；若在T1303SEC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（0SEC40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工作电流一32KHZ、2OV时典型值为L1UA一4MHZ、2OV时典型值为220UA看门狗定时器电流一20V时典型值为1UA4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ULTRALOWPOWERWAKEUP，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32KHZ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125NS一比较，最大分辨率为200NS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20KHZPWM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20KHZ增强型USART模块一支持RS485、RS232和LIN20一自动波特率检测一遇到起始位时自动唤醒主同步串行口MASTERSYNCHRONOUSSERIALPORT，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。33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。34系统各功能模块介绍系统的总体设计主程序流程图如图35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号开关有无接收到遥控信号Y图35主程序流程图学习程序流程图如下图36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36学习程序流程图图37信号输入电路图图38输出驱动电路1AD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、ADCONLADC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BIT76ADCSAD转换时钟选择位00FOSC201FOSC810FOSC3211FRC由专用的内部振荡器产生频率最高为500KHZ的时钟BIT52CHS模拟通道选择位0000AN00001ANL0010AN20011AN30100AN40L01AN50110AN60111AN71000AN81001AN91010ANL01011ANLL1100ANL21101ANL31110CVREF1111固定参考电压06V固定参考电压BITLGODONEAD转换状态位1AD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。0AD转换完成或不在进行中BIT0ADONADC使能位L使能ADC0禁止ADC，不消耗工作电流2ADC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。BIT7ADFMAD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位读作0。BIT6未实现读为0BIT5VCFGL参考电压位1VREF引脚0VSSBIT4VCFGO参考电压位1VREF引脚0VDDBIT30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；MOVLWB0L000000MOVWFADCONOMOVLWB00001110MOVWFADCON1；除ANO外全部设为数字IOMOVLW4MOVWFCNT；采集4次，求平均值ADLOOPCALLDELLMSBSFADCON02；设定AD转换模块的状态ADWAITBTFSCADCONO2GOTOADWAITMOVFADRESH0；采集AD转换的高8位ADFM左移ADDWFADL，FBTFSCSTATUSOINCFADH；ADL溢出时，自加ADHDECFSZCNTGOTOADLOOP；4次采集结束，右移除以4BCFSTATUSCRRFADHRRFADLBCFSTATUSCRRFADHRRFADL2PWM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，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5S256165255从CCPRLL的255自减至052224000US52SCLRFSTATUSMOVLW0FFHMOVWFCCPRLL；设定起始占空比全为高电平然后在中断中逐渐减小至0BANKSELPIELBSFPIE1，TMR2IEMOVLW0FFHMOVWFPR2设定周期值BANKSELCCP1CONMOVLW0CHMOVWFCCPLCON；MOVLW00100110MOVWFT2CON；预分16，后分频5，TMR20N工作总渐灭时间25616525552224000US52SGOTOQUIT_RETURN_DINGDENG3车速采集车速采集部分需要采集三个车速值17KMH，40KMH，100KMH。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39所示，车速采集测量电路如图310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39车速采集流程图图310车速采集测量电路4电源电路模块L4949是MOTOROLA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55115V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311所示，1脚是电压输入端，8脚是电压输出端。当一个高于5V的电压输入后，输出为5V。图311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312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312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SOPM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UHFASK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430KHZ，基带解调器的低通滤波器带宽设置为21KHZ，接收器数据速率可达2KBS。MICRF007在315MHZ仅仅要求17MA电流，适用于低或者超低功耗应用。无线接收电路如下图313所示图313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HS4MHZ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314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1US，它的运行速度是很快的，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314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41防抱死制动系统（ABS）的基本组成411ABS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41所示图41制动防抱死系统（ABS）的基本组成ABS硬件原理图如下图42所示高性能微处理器电磁阀驱动电路EV1EV2EV3EV4EV5EV6EV7模拟量输入开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42ABS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41所示表41ABS的组成及各部件的功能组成元件功用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，各种方式均采用传感器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、保持或降低执行器ABS警告器ABS系统出现故障时，ECU将其点亮，发出报警，并可有其闪烁读出故障码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（ELECTRONICCONTROLUNIT）。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42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42ECU结构原理42防抱死制动系统（ABS）的工作原理421ABS控制原理汽车ABSANTILOCKBRAKINGSYSTEM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VRSV41）式中为车轮半径，为车轮制动时转速，轮速，为车速。基于轮RR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0TDV42）制动前0R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12IJJIOAVTA43）式中为采样周期，、为第、时刻测量的加速度值。T1JAJ1JABS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（1020），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（AUTOMOBILEDYNAMICCONTROLSYSTEM）是在汽车起步和加速时将滑移率控制在一定范围（515）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。43ABS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45（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45A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。存储器的功用是暂时存储压力减小时流出制动分泵的制动液。电磁阀用于调节制动分泵的制动液压力。在一般情况下，即无激励、不供能的情况下，在制动器总泵接口和车轮分泵接口之间有一个无障碍通道。此时，电磁阀中的两个弹簧，使进油阀在开启力作用下及时打开。采用这种方法有两个好处一是制动器压力能在没有ABS参与的常规情况下增压，二是压力也能在电子控制装置的作用下增加。此种状态为压力上升状态。当为使分泵中保持一定压力，不增加也不降低，须切断主泵与有抱死倾向的车轮的分泵接口。此时，最大电流的半值（保持电流）通过电磁线圈，产生了保持电流的电磁力，使柱塞移动到进油阀在卸荷阀打开前被关闭。此为压力保持状态。为了使分泵中的压力降低，就需接通车轮制动分泵和回油路、卸荷阀被打开，以使分泵压力降低。根据需要，当分泵压力降到一定程度后，电磁阀可以转到压力保持状态或转换到压力上升状态。当然这要根据电子控制装置的指令而定。这就是压力降低状态。制动压力调节装置简称液压调节器主要由8个2位2通调压电磁阀、1个双联式电动液压柱塞泵、2个储液室、2个低压储能室、1个电动液压泵和几个单向阀等组成。电动液压泵转速传感器产生的转速信号输入ECU，供ECU监测电动液压泵的运转情况。液压调节阀通过管路与制动主缸和各制动轮缸相连。液压调节器工作原理如下图46所示。1、助力器2、主缸3、三位三通电磁阀4、回液泵5、限位阀6、电动机7、回液过滤器8、油箱9、制动器图46液压调节器工作原理图5）电子控制单元（ECU）接收轮速、车速信号、发动机转速信号、制动信号、液位等信号，分析判定车轮制动状态，需要时发出调节指令，并具有报警、记忆、存储、自诊断和保护功能11。ECU控制原理如图47图47ABS控制电脑原理图6）油泵及储能器作用产生控制油压，使制动压力调节装置工作。7）制动压力调节器制动压力调节器是ABS系统中最主要的执行器，一般都设在制动总泵主缸与车轮制动分泵轮缸之间。（1）作用根据ECU的控制指令，自动调节制动分泵轮缸的制动压力。（2）分类根据动力来源分可以分为气压式与液压式。气压式主要用在大型客车和载重汽车上。液压式主要用在小轿车和一些轻型载重汽车上。根据结构关系分可以分为分离式与整体式。分离式制动压力调节器自成一体，通过制动管路与制动总泵相连。如图48整体式制动压力调节器与制动总泵构成一个整体。如图49图48分离式液压调节器组件图49整体式ABS系统总成根据调压方式分可以分为流通式与变容式。流通式在制动总泵和制动分泵之间串联一个或两个电磁阀，由电磁阀根据ECU的指令，通过控制，使制动分泵的制动液回到制动总泵或储液器，或使制动总泵或储能器的制动液流入制动分泵，或者使制动分泵的制动液既不流入也不流出，以实现制动分泵压力的减小、增大或保持。变容式如图410。在原制动管路中，并联一套液压装置，该装置中有一个类似活塞的装置。工作时根据ECU的指令，该装置首先将制动分泵和总泵隔离，然后通过电磁阀的开闭或电动机的转动等不同方式，控制活塞在调压缸中运动，使调压缸工作室至制动分泵的容积发生变化。容积增大，实现制动压力减小；容积减小，实现制动压力增大；容积不变，实现压力保持。1制动踏板2制动主缸3储能器4电动泵5储液室6电磁线圈7电磁阀8柱塞9电控单元10制动轮缸11转速传感器12车轮13单向阀14控制活塞图410可变容积式制动压力调节器8）ABS警示装置（1）作用报警灯可显示系统工作状态及自诊断报警。（2）黄色的ABS灯可显示ABS控制系统的故障（如4个轮速传感器、4个电磁阀、ABS主继电器、油泵继电器报警灯继电器等），它报警后汽车仍然能维持常规制动，但ABS系统已断电保护，停止工作。（3）红色的BRAKE灯亮，显示驻车制动开关、行车制动开关信号、液压高低信号、液位高低信号等有故障，危险性大，应停车检修。44汽车车速传感器的工作原理车辆自动强制限速装置，包括传感器、控制电路和操控机构。车辆限速器分为两种一种是在车辆超速时发出语音警报，提醒驾驶者减速；另一种限速器是在车辆超过限定速度后，通过车载电脑发出指令，强制降低车辆行驶速度。车辆遥控自动限速器由发射器和接收器组成，采用遥控专用编码集成块。通过对遥控限速进行编码，使每一组编码对应一种车速限制，并利用设置在路码表与之刻度同步上的光电传感器进而控制执行继电器切断和接续汽车起动、点火和熄火回路，从而达到控制车速的目的。限速器的发射器包括固定发射器和移动发射器，固定发射器安装在需限速道路路段的出入口处，移动发射器由执法人员掌握，接收器安装在各受控车辆的驾驶室内。车辆智能限速器由汽车传感器、微电脑速度控制仪和智能机械手组成12。其工作原理是当车辆速度低于设定值时，控制仪不启动机械手，车辆行驶如常；当车辆速度临界设定值时，控制器立即启动机械手拉起油门，等同于司机放松油门，汽车只能滑行减速不能加速，从而使车速得到控制；当车辆速度低于设定值时，控制器立即反向放松油门，使油门恢复如初。由于它的科学控速原理，车辆限速时呈自然、平稳状态，不易被站立的乘客察觉。电子限速的作用是限制车速过高，防止因车速过高造成事故。电子限速器可以实时监测车辆的速度，当车速达到一定值的时候，它就会控制供油系统和发动机的转速，这时即使踏下油门踏板，供油系统也不会供油。45轮速处理算法轮速是ABS程序中计算车轮加减速度的基础。对轮速的处理必须满足1实时性好。ABS的防抱死控制一秒钟要进行多次循环，因此对轮速处理的及时性要求很高，要求轮速处理程序不能过于复杂。2精度高。ABS轮速的精度对其以后的轮加减速度和参考车速的计算精度影响很大。轮速采集的方法通常有周期法和脉冲计数法，这里采用脉冲计数法。脉冲计数法是利用一定时间内轮速传感器采集进来的齿圈个数即脉冲数来计算轮速。其计算公式为（式2RFVZ44）式中，V为车轮线速度；R为车轮半径；Z为齿圈齿数；F为霍尔传感器采集的速度频率。为了计算出速度，通过飞思卡尔单片机的输入捕捉计数器功能，来捕捉霍尔速度传感器采集的速度频率F，由此上述公式计算出车轮线速度，并在液晶上显示出来。由于硬件条件限制，先计算出两路速度值，可以用实验室的脉冲发生器代替霍尔传感器产生速度脉冲，让两路速度脉冲接入单片机的输入捕捉PT0、PT1口。然后通过公式，分别计算出两路速度值。46防抱死制动系统软件设计软件设计应用C语言进行编写，实现模块化的设计，增强了程序的可读性和移植性。设计的软件内容主要涉及到以下几个方面的内容1能够适时捕捉轮速传感器的脉冲整形信号，能够实现宽范围的车速信号采集。2进行车速、轮速、滑移率等的计算3输出泵电动机、电磁阀的驱动电平信号。4能接收、判断外部故障信号，并采取相应的保护措施。图51程序中断流程图开始监视并采样当前两路轮速脉冲由V2RF/Z算出当前两路轮速值在液晶显示屏上显示两路速度值速度是否在制动范围内对应输出口输出相应PWM脉冲，且对应指示灯亮图52轮速处理流程图系统自检ABS正常否开始退出ABS,报警控制寄存器初始化，变量赋初值开实时中断是否满足ABS介入条件标志位置1，使ABS进入第一制动阶段取最大轮速作为当前车速，清除中断次数等是否满足ABS退出条件标志位清零，关闭ABS控制恢复到常规控制NYYNYN图53程序总体流程图本章小结通过研究汽车防抱死控制的结构和原理，利用车速传感器和轮速传感器对收集到的信息，用电子控制单元（ECU）进行分析处理，采取制动控制措施。在系统硬件的研究基础之上，进行软件的编写，利用MC9S12XS单片机控制ABS的的运作。实现控制的软硬结合。参考文献1梁锋华。车身控制系统在我国的发展趋势J汽车电器2车身控制系统功能说明合肥邦立电子有限公司内部资料，20083方佩敏RF发射芯片、接收芯片MICRFL02MICRF007J电子制作4黄丽雯,张俊,赵明富,PIC单片机的特点及应用,重庆工学院5罗毅，张宏伟PIC单片机应用系统开发典型实例M中国电力出版社，200546邱关源，罗先觉电路第5版北京高等教育出版社20067刘华东，王继波电子CAD技术北京大学出版社20078程军汽车防抱死制动系统的理论与实践M北京北京理工大学出版社9李岩，ABS信号采集与处理的试验研究与分析，北京理工大学学位论文10刘训忠汽车防抱死制动系统轮速算法研究J汽车电器11付百学，汽车电子控制技术，机械工业出版社,200812于东，汽车防抱死制动系统（ABS）控制方法仿真研究与控制器设计，山东大学论文，2007结束语本文在市场需求和产品功能需求的基础上，提出了集中式车身控制系统的总体设计方案。最后以汽车ABS防抱死控制为设计重点，从硬件和软件两方面进行研究，设计出满足设计要求的控制系统。在整个毕设过程中，我掌握了单片机的应用开发流程，了解了单片机在汽车行业的广泛应用，同时毕业设计也是对大学四年所学习到的知识的检查，对我的自学能力，独立思考能力，实际动手能力，以及全面分析解决问题能力的一次考验。在改造设计过程中遇到了许多的难题，有技术方面的，也有其它方面的，也让我知道了自己在许多方面的不足。然而更多的是一种收获，一种战胜困难的快乐通过这次毕业论文的锻炼，让我学会了更细心、更有耐心的去做一件事。致谢历时将近两个多月的时间终于将论文写完，本文完成之际，谨向给予我指导、关心和支持的老师、领导以及同学和亲人致以衷心的感谢首先感谢我的论文指导老师张丽杰老师，她对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进在整个论文实验和论文写作过程中，对我进行了耐心的指导和帮助，提出严格要求，引导我不断开阔思路，为我答疑解惑，鼓励我大胆创新，使我在这一段宝贵的时光中，既增长了知识、开阔了视野、锻炼了心态，又培养了良好的实验习惯和科研精神。其次感谢我身边的老师、朋友、同学，在制作毕业设计过程中我曾经向老师们和同学们请教过不少的问题，老师们的热情解答和同学们的热心帮助才使我的毕业设计能较为顺利的完成。在此我向你们表示最衷心的感谢，如果没有你们的帮助就没有今天我今日的满载而归。本文中部分内容和图表引自公开发表的文献，在此对原作者表示感谢最后，感谢我的父母。感谢他们给我物质上的支持和精神上的鼓励。附录程序INCLUDE/COMMONDEFINESANDMACROS/INCLUDE/DERIVATIVEINFORMATION/INCLUDE“LCD_DISH“DEFINEKEY_NULL0XFFDEFINEPI31415/圆周率/DEFINER3/半径/VOIDDLY_MSINTMSINTII,JJIFMS20000LCD_WRDATDATA1VOIDLCD_P8X16STRBYTEX,BYTEY,BYTECHBYTEC0,I0,J0WHILECHJ0LCD_SET_POSX,YFORWM0WM127CH20CHIICH21CHII1LCD_P14X16STRX,Y,CH2/显示汉字X14II2ELSECH20CHIICH210/字母占一个字节LCD_P8X16STRX,Y,CH2/显示字母X8II1VOIDSHOWSPEEDUNSIGNEDCHARX,UNSIGNEDCHARY,DWORDSHOW_DBYTERESU