基于ARM的车辆制动自动监控系统设计

摘要

旅客列车是人们出行的重要交通工具之一，随着我国国民经济的发展，信息化时代的到来，车辆能否安全运行已经成为人们关注的焦点。在高速状态下列车车辆能否安全地停下来是安全运行的一个关键，在车辆方面上就是解决制动问题。在这样的前提下，对车辆制动系统的研究就显得必然和重要。 本次设计的任务是实时监测列车车辆的运行速度，并根据车辆制动状态，自动控制车辆的制动系统，实现车辆的制动安全防护。所以本次设计设计了一种基于ARM——高性能嵌入式微处理器、CPLD——新型高性能可编程逻辑器件、CAN总线——有效支持分布/实时控制的串行通信网络和μC/OS-II操作系统的车辆制动自动监控系统。文中介绍了车辆制动控制原理、对系统进行了总体的方案设计，介绍了嵌入式系统开发的原理及设计方法，着重讲解了以Samsung公司32位嵌入式微处理器S3C44BOX为核心的系统软硬件设计方案，并开发了基于μC/OS-II操作系统的应用程序。 应用程序模块主要包括远程通讯模块、数据采集模块、数据处理与传输模块、部件寿命记录模块、故障参数监视和报警模块。远程通讯模块将车辆制动状态以CAN总线的通讯方式上传给机车控制室主机；数据采集模块由具有高速逻辑处理能力的CPLD自动实现数据采集及电平转换，ARM控制数据采集的启动和采集结束后对数据的处理或传输；在部件寿命记录模块中电磁阀的动作次数、通电使用时间和总时间以及各传感器的通电时间和使用总时间可每隔一段时间记录下来，掉电后也不会丢失，可以作为故障发生、诊断、排除和维护的数据依据。 在实验室及模拟实验台上经过多次软、硬件结合的调试改进过程，本次设计基本上实现了车辆制动自动监控系统的功能，制动缸压力的控制特性及控制精度得到了有效的提高，在实验室调试中实现了车辆制动系统的故障检测和报警及部件的寿命记录等功能，验证了设计方案的可行性及合理性，达到了预期的设计效果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1 课题背景及国内外发展情况

1.2 嵌入式系统发展状况

1.3 主要研究内容

第2章 系统总体方案设计

2.1 车辆制动系统工作原理

2.2 车辆制动自动监控系统总体结构设计

2.3 摩擦制动控制单元设计

第3章 嵌入式系统设计及规划

3.1 嵌入式系统的一般设计方法

3.2 嵌入式系统的软硬件协同设计技术

3.3 系统硬件规划

3.4 系统软件规划

第4章 硬件设计

4.1 系统硬件设计整体结构

4.2 传感装置与电磁阀选型

4.2.1 速度传感装置选型

4.2.2 压力传感器选型

4.2.3 电磁阀选型

4.3 外围电路设计

4.3.1 电源电路

4.3.2 复位电路

4.3.3 时钟电路

4.3.4 FLASH存储器接口电路

4.3.5 SDRAM存储器接口电路

4.3.6 串行接口电路

4.3.7 IIC总线接口电路

4.3.8 JTAG接口电路

4.3.9 A/D转换电路

4.3.10 CAN接口电路

4.3.11 车辆速度检测接口电路

4.3.12 电磁阀接口电路

4.3.13 CPLD接口电路

第5章 软件设计

5.1 系统功能要求

5.2 μC/OS-Ⅱ简介

5.3 μC/OS-Ⅱ移植概述

5.3.1 OS_CPU.H文件的修改

5.3.2 OS_CPU_C.C文件的修改

5.3.3 OS_CPU_C.C文件的修改

5.4 main()函数代码

5.5 各功能模块软件设计

5.5.1 CAN总线通讯模块

5.5.2 CAN与RS232通信转换模块

5.5.3 串口通讯模块

5.5.4 制动缸压力控制模块

5.5.5 防滑控制模块

5.5.6 停车制动控制模块

5.5.7 故障检测控制模块

5.5.8 部件寿命记录控制模块

5.6 CPLD软件设计

5.6.1 Verilog HDL基本程序结构

5.6.2 CPLD控制A/D采样软件设计

5.6.3 CPLD与电磁阀端口连接软件设计

第6章 系统调试

6.1 调试框图

6.2 MAX plusⅡ调试设置及操作

6.2.1 启动MAX plusⅡ

6.2.2 建立项目

6.2.3 建立新文件

6.2.4 器件选择

6.2.5 工程编译

6.2.6 管脚锁定

6.2.7 器件编程及程序下载

6.3 ARM调试设置及操作

6.3.1 建立ADS1.2的IDE

6.3.2 建立新工程

6.3.3 添加程序

6.3.4 设置Debug目标参数

6.3.5 运行ADS1.2调试器AXD

6.3.6 AXD调试参数的设置

6.3.7 运行状态

6.3.8 FLASH程序下载

6.4 功能调试

第7章 结论

致 谢

参考文献

附录

攻读硕士研究生期间发表的论文