基于嵌入式实时操作系统的怠速控制系统设计与研究

摘要

怠速控制是汽车发动机电子控制的一个重要内容。对怠速进行有效的控制对于提高汽车的燃油经济性，乘坐舒适性和降低排放有很大的意义。当汽车在交通拥挤的城市中行驶时，汽车经常处于怠速工况，有相当部分的燃油消耗于此。因此对发动机的怠速进行有效控制，对提高发动机经济性能指标有很大的影响。
　　 本论文设计了以单片机微控制器为硬件核心、实时操作系统μC/OS-Ⅱ为软件平台的嵌入式怠速控制系统。课题研究工作主要从以下四个方面展开：
　　 首先，介绍了怠速控制系统的功能与组成和怠速执行元件的类型选择以及怠速控制阀的控制策略。另外还介绍了怠速控制系统中所用到传感器的类型和工作原理。
　　 其次，硬件设计上采用了Fresscale公司的MC9S12XDP512作为主控单元，该芯片具有集成度高、运算速度快等优点，设计了单片机的最小系统包括电源电路、晶振电路、复位电路、BDM接口电路和数据通信接口电路。另外还分别设计了传感器信号调理电路和执行机构驱动电路。由其构成的控制系统所需外围电路少、程序运算速度更快，是提高控制系统可靠性与高效性的物质保证。
　　 再次，软件设计上采用嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ。在本系统硬件MC9S12XDP512上成功移植了μC/OS-Ⅱ。基于μC/OS-Ⅱ操作平台，进行了怠速控制系统的应用程序设计，通过将用户程序分割为多个任务并根据条件实现对不同任务的调度与管理。相比传统控制程序的顺序结构，该控制系统具有更强的实时处理能力。
　　 最后，利用MATLAB中的模糊逻辑工具箱建立了模糊控制器并制作了模糊查询表。在MATLAB的simulink模块中建立怠速控制系统的仿真模型，并对其进行了仿真。仿真结果表明本文设计的控制系统基本上可以满足怠速控制的要求，为以后设计汽油机电子控制系统提供了一定的基础。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 电控发动机的发展历程

1.3 汽油机怠速控制的研究意义和发展现状

1.3.1 怠速控制的研究意义

1.3.2 怠速控制发展现状

1.4 本文研究的主要内容

第二章 怠速控制系统的组成与工作原理

2.1 怠速控制系统的功能与组成

2.2 怠速执行元件

2.2.1 执行元件的类型选择

2.2.2 怠速控制阀的控制策略

2.3 传感器

2.3.1 传感器的发展趋势

2.3.2 传感器的分类

2.3.3 曲轴位置传感器

2.3.4 节气门位置传感器

2.3.5 冷却液温度传感器

第三章 发动机怠速控制系统的硬件设计

3.1 单片机的选型

3.1.1 MC9S12XDP512单片机

3.1.2 MC9S12XDP512主要的引脚及功能[24]

3.1.3 MC9S12XDP512单片机I/O口资源分配

3.1.4 协处理器

3.2 MC9S12XDP512最小系统硬件设计

3.2.1 时钟电路

3.2.2 串口电路

3.2.3 电源电路

3.2.4 复位电路

3.2.5 BDM接口电路

3.2.6 CAN总线接口电路

3.3 信号处理电路设计

3.3.1 模拟信号处理电路

3.3.2 数字信号处理电路

3.3.3 滤波处理电路

3.4 步进电机驱动电路设计

3.5 硬件抗干扰设计和PCB（Printed Circuit Board）设计

3.6 本章小结

第四章 发动机怠速控制系统的软件设计

4.1 软件设计概述

4.2 嵌入式实时操作系统的选择与移植

4.2.1 嵌入式实时操作系统简介

4.2.2 嵌入式实时操作系统的选择

4.2.3 软件的集成开发环境（IDE）

4.2.4 gC/OS-Ⅱ的简介[32]

4.2.5 μC/OS-Ⅱ的移植

4.3 系统测试

4.4 应用程序设计

4.4.1 任务划分

4.4.2 通信与同步设计

4.4.3 程序设计

4.5 本章小结

第五章 模糊控制在怠速系统中的应用

5.1 模糊控制理论

5.1.1 模糊控制的发展概况

5.1.2 模糊控制的特点

5.1.3 模糊控制器的基本结构

5.1.4 模糊控制器的设计步骤

5.2 怠速系统模糊控制器的设计

5.2.1 MATLAB模糊工具箱介绍

5.2.2 怠速模糊控制器的设计

5.2.3 模糊查询表的制定

5.3 系统仿真与结果分析

5.4 本章小结

第六章 总结和工作展望

6.1 总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文