本文關(guān)鍵詞：基于CAN總線的車載空氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與研究

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【摘要】：隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展,各種車載電子控制單元被開發(fā)出來,以提高汽車性能,改善其舒適性、安全性。然而車內(nèi)空氣污染依然嚴重危害駕乘人員的身體健康。因此設(shè)計安全方便、多功能的車載空氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)具有重要意義。首先,對監(jiān)控器進行了總體方案設(shè)計。將監(jiān)控器分為監(jiān)測單元與執(zhí)行單元,兩者通過CAN總線通信,監(jiān)測單元將采集的空氣污染物濃度發(fā)送給執(zhí)行單元,如果污染物濃度超過設(shè)定值執(zhí)行單元將驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動,帶動風扇凈化裝置排出污染物。在硬件設(shè)計時,監(jiān)控器采用MQ138半導體氣體傳感器,以及自帶ADC和CAN控制器的STM32微控制器。監(jiān)測單元包括MQ138信號采集、CAN通信、下載調(diào)試和觸屏電路;執(zhí)行單元包括CAN通信、直流電機驅(qū)動、電機測速、串口通訊等硬件電路。監(jiān)測單元基于多任務內(nèi)核μC/OS-II進行軟件設(shè)計,創(chuàng)建的任務主要包括ADC采集、CAN數(shù)據(jù)發(fā)送等。其次,利用基于模型的設(shè)計完成執(zhí)行單元的功能,實現(xiàn)PID調(diào)速。首先將微控制器MCU的驅(qū)動程序封裝在simulink庫模塊中,在模型文件中搭建simulink框圖實現(xiàn)電機測速算法設(shè)計,利用自動生成代碼工具將算法下載到MCU中運行以獲得速度響應。然后估算電機傳遞函數(shù),以此為模型調(diào)節(jié)PID參數(shù)。最后將直流電機PID調(diào)速算法框圖下載到MCU中運行即可。結(jié)合串口完成了MATLAB與MCU協(xié)同工作,以此實現(xiàn)了方便實時的軟硬件聯(lián)合調(diào)試。最后,制作監(jiān)控器,并完成試驗。實驗結(jié)果表明,當車內(nèi)空氣污染物濃度超過設(shè)定值時,會輸出相應占空比的PWM。電機PID調(diào)速可使速度誤差在±0.3r/min范圍內(nèi),精度達0.3%,控制性能良好。
【關(guān)鍵詞】：車內(nèi)空氣質(zhì)量 CAN 監(jiān)控系統(tǒng) 基于模型的設(shè)計 PID調(diào)速
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U463.6
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 注釋表12-13
• 第一章 緒論13-20
• 1.1 研究背景及意義13-15
• 1.2 汽車電子單元開發(fā)的進展15-17
• 1.2.1 CAN總線技術(shù)15-16
• 1.2.2 基于模型設(shè)計的開發(fā)方法16-17
• 1.3 車內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4 研究內(nèi)容與論文結(jié)構(gòu)18-20
• 第二章 車載空氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計20-35
• 2.1 系統(tǒng)整體方案設(shè)計20-21
• 2.2 主要元器件的選用21-26
• 2.2.1 氣體傳感器的選用21-22
• 2.2.2 微控制器MCU的選型22-24
• 2.2.3 電機驅(qū)動芯片的選型24-25
• 2.2.4 觸摸屏的選型25-26
• 2.3 CAN通信協(xié)議概要及其實現(xiàn)26-30
• 2.3.1 CAN協(xié)議的層次與標準26
• 2.3.2 CAN的報文格式26-28
• 2.3.3 CAN位時序28
• 2.3.4 CAN在STM32上的實現(xiàn)28-30
• 2.4 硬件電路設(shè)計30-34
• 2.4.1 氣體傳感器電路30-31
• 2.4.2 CAN收發(fā)電路31
• 2.4.3 USB轉(zhuǎn)串口一鍵下載電路31-32
• 2.4.4 STM32最小系統(tǒng)電路32-33
• 2.4.5 觸摸屏電路33-34
• 2.4.6 電機驅(qū)動電路34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計35-49
• 3.1 系統(tǒng)程序設(shè)計35-38
• 3.2 μC/OS-Ⅱ在STM32上的實現(xiàn)38-41
• 3.2.1 μC/OS-Ⅱ基本功能的實現(xiàn)39-40
• 3.2.2 將μC/OS-Ⅱ移植到STM32上40-41
• 3.3 傳感器采集驅(qū)動程序設(shè)計41-42
• 3.4 CAN通信驅(qū)動程序設(shè)計42-45
• 3.5 觸摸屏驅(qū)動程序設(shè)計45-46
• 3.5.1 液晶屏顯示程序設(shè)計45
• 3.5.2 觸摸程序設(shè)計45-46
• 3.6 在應用編程功能46-48
• 3.7 本章小結(jié)48-49
• 第四章 基于模型設(shè)計的PID調(diào)速49-59
• 4.1 基于模型設(shè)計的流程與優(yōu)勢49-50
• 4.2 PID算法原理與應用50-51
• 4.3 基于模型設(shè)計的PID調(diào)速的實現(xiàn)51-57
• 4.3.1 MCU與MATLAB/SIMULINK串口通訊的實現(xiàn)52
• 4.3.2 測速子系統(tǒng)52-53
• 4.3.3 電機傳遞函數(shù)的估算53-55
• 4.3.4 PID參數(shù)的調(diào)節(jié)55-56
• 4.3.5 基于模型設(shè)計的PID調(diào)速框圖56-57
• 4.4 串口調(diào)試交互組件57-58
• 4.5 本章小結(jié)58-59
• 第五章 仿真分析與實驗測試59-69
• 5.1 STM32硬件平臺的測試59-60
• 5.2 系統(tǒng)軟件測試60-65
• 5.2.1 輔助功能的測試60-62
• 5.2.2 監(jiān)控器測試62-64
• 5.2.3 氣體濃度標定與測量64-65
• 5.3 基于模型設(shè)計的PID調(diào)速的仿真與實驗65-68
• 5.3.1 MATLAB串口通訊與動態(tài)繪圖的測試65
• 5.3.2 電機速度測量的分析與改進65-66
• 5.3.3 PID參數(shù)的調(diào)節(jié)與優(yōu)化66-68
• 5.3.4 實物效果68
• 5.4 本章小結(jié)68-69
• 第六章 總結(jié)與展望69-71
• 6.1 工作總結(jié)69-70
• 6.2 展望70-71
• 參考文獻71-74
• 致謝74-75
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術(shù)論文75

【參考文獻】

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本文編號：751470