基于嵌入式系统的MT换挡试验台换挡控制系统的开发

摘要

手动变速器换挡机械手，解决了依靠人工换挡时，费时费力，且换挡所施加给挡杆的力和速度难以达到一致或规定的值的弊端，广泛运用于手动变速器试验台中的换挡操作。嵌入式系统具有功能订制灵活的特性，用于试验台的嵌入式换挡机械手控制系统，可以灵活方便地对控制系统进行配置，并且通过重新配置硬件和软件后，可以方便的用到其他需要自动换挡的领域。所以基于嵌入式的换挡机械手的研制，具有重要意义。　　本文首先对当前常用机械手控制系统进行了简介，在研究了国内外现有机械手采用的控制系统后，根据手动变速器换挡实验台要求，提出了一种基于嵌入式系统的手动变速器换挡机械手控制系统方案。该方案采用上位机作为主控制器，嵌入式系统作为从控制器控制伺服驱动器驱动电动缸，通过接收光栅和力传感器反馈位置和力信号实现闭环控制。上位机与嵌入式系统通过以太网连接，嵌入式系统作为服务端，接收上位机信息并反馈。　　根据控制器功能要求和嵌入式系统特点，本文完成了控制器芯片的选型，电路原理图和 PCB的设计。原理图设计完成了晶振电路、外扩存储器电路、网络 PHY电路、功能选择开关、JTAG和USB接口、TF卡、CAN和SPI扩展接口、网口和串口接口、I/O扩展、光栅编码器接口、按钮和LED灯、力传感器接口、速度控制输出和电源电路的设计。PCB设计将控制器硬件分成了核心板和扩展板两部分，通过插座相连。核心板采用了4层PCB板设计，扩展板采用2层PCB板设计，所有PCB板都进行了双面铺铜，具有较好的电气性能。　　使用JSON语法定义了包括日期时间设置数据、挡位信息数据、换挡控制信息数据、循环换挡控制信息数据、控制指令数据和控制器信息数据等网络通信的数据的格式。　　对系统功能外设包进行了配置，给出了详细的配置参数，同时也给出了他们的使用方法。给出了功能性中间件软件，包括FATS、LwIP、FreeRTOS、USB_Device和Jansson的配置参数和使用方法。　　定义了用户中断程序，明确中断应用程序的功能。编写了控制系统功能进程，包括ethernetif_set_link进程、SD卡数据读写进程、信息接收和处理进程、自动换挡系统控制进程、自动换挡控制进程、手动换挡控制进程和X,Y轴机械手控制进程，并对控制器功能进行了验证。

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1绪论

1.1选题意义

1.2国内外研究现状

1.3主要研究内容和工作

2控制系统总体设计

2.1控制器功能需求和实现方法

2.2微控制器选型

2.3本章小结

3硬件设计

3.1接口划分

3.2原理图设计

3.3 PCB设计

3.4本章小结

4系统外设配置和中间件软件的移植

4.1系统功能实现方式

4.2系统时钟配置

4.3外设初始化流程

4.4微控制器外设的配置参数

4.5 ST硬件驱动库使用方法

4.6板上硬件配置

4.7中间件移植

4.8本章小结

5用户程序设计

5.1控制器基本设定

5.2控制器信息数据格式定义

5.3用户初始化程序

5.4用户中断函数

5.5用户进程

5.6本章小结

6系统功能验证

7总结与展望

7.1全文总结

7.2存在的问题和课题展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果