基于CAN总线的车载空气质量监控系统的设计与研究

摘要

随着汽车电子技术的发展，各种车载电子控制单元被开发出来，以提高汽车性能，改善其舒适性、安全性。然而车内空气污染依然严重危害驾乘人员的身体健康。因此设计安全方便、多功能的车载空气质量监控系统具有重要意义。
　　首先，对监控器进行了总体方案设计。将监控器分为监测单元与执行单元，两者通过CAN总线通信，监测单元将采集的空气污染物浓度发送给执行单元，如果污染物浓度超过设定值执行单元将驱动电机转动，带动风扇净化装置排出污染物。在硬件设计时，监控器采用 MQ138半导体气体传感器，以及自带ADC和CAN控制器的STM32微控制器。监测单元包括MQ138信号采集、CAN通信、下载调试和触屏电路；执行单元包括CAN通信、直流电机驱动、电机测速、串口通讯等硬件电路。监测单元基于多任务内核μC/OS-II进行软件设计，创建的任务主要包括ADC采集、CAN数据发送等。
　　其次，利用基于模型的设计完成执行单元的功能，实现PID调速。首先将微控制器 MCU的驱动程序封装在simulink库模块中，在模型文件中搭建simulink框图实现电机测速算法设计，利用自动生成代码工具将算法下载到 MCU中运行以获得速度响应。然后估算电机传递函数，以此为模型调节PID参数。最后将直流电机PID调速算法框图下载到MCU中运行即可。结合串口完成了MATLAB与MCU协同工作，以此实现了方便实时的软硬件联合调试。
　　最后，制作监控器，并完成试验。实验结果表明，当车内空气污染物浓度超过设定值时，会输出相应占空比的PWM。电机PID调速可使速度误差在±0.3r/min范围内，精度达0.3％，控制性能良好。

目录

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注释表

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2汽车电子单元开发的进展

1.3车内空气质量监控系统的研究现状

1.4研究内容与论文结构

第二章 车载空气质量监控系统的硬件设计

2.1系统整体方案设计

2.2主要元器件的选用

2.3 CAN通信协议概要及其实现

2.4硬件电路设计

2.5本章小结

第三章 系统软件设计

3.1系统程序设计

3.2μC/OS-II在STM32上的实现

3.3传感器采集驱动程序设计

3.4 CAN通信驱动程序设计

3.5触摸屏驱动程序设计

3.6在应用编程功能

3.7本章小结

第四章 基于模型设计的PID调速

4.1基于模型设计的流程与优势

4.2 PID算法原理与应用

4.3基于模型设计的PID调速的实现

4.4串口调试交互组件

4.5本章小结

第五章 仿真分析与实验测试

5.1 STM32硬件平台的测试

5.2系统软件测试

5.3基于模型设计的PID调速的仿真与实验

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1工作总结

6.2展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文