基于FPGA的混合动力汽车多能源管理系统

摘要

随着当今科学技术的迅速发展，智能控制技术也得到了广泛的应用，同时对信息的获取和数据的实时处理的要求也愈来愈高。原有的汽车控制系统基本上都是基于单片机，有少量的基于DSP技术的，控制比较复杂，处理速度慢，而且不易升级和维护，已经远远不能满足当代控制系统的需求。
　　在深入了解国内外混合动力汽车能源管理系统发展现状的基础上，本论文提出了一种新型的基于FPGA的混合动力汽车多能源管理系统的设计方案，根据动力源状态，完成动力源系统的自动控制功能。该系统主要有两部分构成，即外围电路和在SOPCBulider下建立的硬件电路，其中，外围电路主要用于辅助控制和提供其它的必需设备，由于外围电路包含有电源管理模块、继电器控制模块、信号采集模块、AD数模转换模块以及LCD显示模块等部分;系统的核心控制部分由FPGA实现的硬件电路，它负责对系统中各个动力源的自动切换和工作状态的检测，从而对整个系统进行智能控制。由于用FPGA构建的硬件系统可完成所有的控制逻辑、其效率高、速度快、外围接口多、可夸展，并且内部可以嵌入NoisⅡ软核，所以大大提高了设计和实用的灵活性。
　　在本文所设计的多能源管理系统中，以Altera公司推出的DE2-70开发板作为FPGA平台，完成整个系统的控制。有三个继电器用来控制三种动力源的工作状态，用继电器控制具有简单、方便、可靠性高等优点，可以完成三种动力源的随时切换。本系统先将信号采集模块采集到的信号通过AD转换送入主控芯片进行处理，最终控制继电器的通断和将数据实时的显示在LCD上面，以达到人们对动力源状态的实时了解。经过综合与实验，该系统使用方便，便于移动，避免了汽车在行驶过程中由于工况和怠速问题而引起的信号不稳定;而且由于采用了FPGA芯片，所以使以后系统的升级变得快速简便。系统整体操作简单，工作稳定可靠，快速高效，具有广阔的应用前景。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的背景及研究的意义

1．1．1 课题的研究背景

1．1．2 本课题研究的意义

1．2 发展过程及前景状况

1．3 混合动力汽车发展概况

1．3．1 国外混合动力汽车的发展

1．3．2 国内混合动力汽车的发展

1．4 课题管理对象及需求分析

1．5 论文结构

2 相关技术介绍

2．1 FPGA发展应用

2．1．1 FPGA概述

2．1．2 Altera系列的FPGA

2．1．3 FPGA设计流程-Altera Quartus Ⅱ开发平台

2．2 混合动力汽车技术

2．2．1 混合动力汽车分类

2．2．2 混合动力汽车的优越性

3 设计描述

3．1 avalon总线规范

3．1．1 Avalon接口的相关术语

3．1．2 从端口传输

3．2 总设计平台的描述

3．2．1 SOPC技术的介绍

3．2．2 Nios Ⅱ软核系统及组件

3．2．3 IP核

3．3 SOPC系统开发环境

3．4 总管理系统的设计

3．4．1 外部电路框架

3．4．2 SOPC设计框架

4 硬件设计

4．1 外部电路构建

4．1．1 电源管理模块

4．1．2 信号采集模块

4．1．3 A／D转换模块

4．1．4 存储模块

4．1．5 LCD显示模块

4．1．6 继电器模块

4．1．7 USB下载器模块

4．2 SOPC构建

4．2．1 PLL锁相环模块

4．2．2 SDRAM Controller模块

4．2．3 Nios Ⅱ模块

4．2．4 Tri-state Bridge模块

4．2．5 EPCS模块

4．2．6 PIO输入模块

4．2．7 PIO输出模块

5 软件设计

5．1 软件开发环境的介绍

5．2 总设计的软件架构

5．3 IP核软件应用的设计

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果