Министерство образования и науки РФ ФГБОУ ВО «Сибирская государственная автомобильно-дорожная

академия (СибАДИ)»

Кафедра «Тепловые двигатели и автотракторное электрооборудование»

РАЗРАБОТКА АВТОМОБИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ НА БАЗЕ ARDUINO: УПРАВЛЕНИЕ РАБОТОЙ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

СибАДИМетодические указания

Составитель . . Зубарев

Омск • 2016

Рецензенты:

канд. техн. наук, доц. Ю.П. Макушев (СибАДИ); канд. техн. наук, доц. И.В. Никонов (ОмГТУ)

Работа утверждена редакционно-издательским советом СибАДИ в качестве методических указаний.

Разработка автомобильных электронных систем на базе ARDUINO : управление работой двигателя внутреннего сгорания [Электронный ресурс] : методические указания / сост. А.А. Зубарев. – Электрон. дан. − Омск : СибАДИ, 2016. – URL: http:// bek.sibadi.org/cgi-bin/irbis64r_plus/cgiirbis_64_ft.exe. - Режим доступа: для авторизованных пользователей.

В простой и доступной форме знакомят читателей с платами Arduino, языком программирования СибАДИProcessing, средой разработки программ Atmel Studio v.7 и Arduino Software (IDE) версии 1.6.11. Описанные устройства и программы для плат Arduino используются в лекционных демонстрациях и при проведении лабораторных работ.

Имеют интерактивное оглавление в виде закладок.

Предназначены для обучающихся всех форм обучения по направлениям и специальностям, изучающим электронные системы управления автомобилей и тракторов, в частности «Системы электроники и автоматики автомобилей и тракторов», «Микропроцессорные системы автомобилей и тракторов», «Проектирование микропроцессорных систем автомобилей и тракторов», «Датчики в системах управления автомобилей и тракторов» и т.п.

Могут быть использованы в курсовом и дипломном проектировании автоматических измер тельных управляющих систем различных агрегатов не только автомобильного назначен я.

Текстовое (символьное) издание (3,5 МБ)

Системные требования : Intel, 3,4 GHz ; 150 МБ ; Windows XP/Vista/7 ; DVD-ROM ;

1 ГБ свободного места на жестком диске ; программа для чтения pdf-файлов

Adobe Acrobat Reader ; Google Chrome

Редактор И.Г. Кузнецова

Техническая подготовка − Т.И. Кукина Издание первое. Дата подписания к использованию 21.10.2016

Издательско-полиграфический центр СибАДИ. 644080, г. Омск, пр. Мира, 5 РИО ИПЦ СибАДИ. 644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1

© ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2016

2

ВВЕДЕНИЕ

Постоянно растущее число автомобилей в нашей стране считается одной из основных причин загрязнения окружающей среды в крупных городах и ухудшения экологии в целом. К тому же законодатели нашей страны не торопятся с принятием законов, ограничивающих эксплуатацию старых автомобилей, не удовлетворяющих экологическим нормам, – даже Евро-3. Хотя планируется повысить налоги для водителей, эксплуатирующих такие автомобили, эти меры не идут ни в какое сравнение с требованиями законодательства европейских стран, запрещающих эксплуатацию автомобилей, удовлетворяющих экологическим требованиям Евро-4, особенно в крупных городах, где требуется соответствие Евро-5.

Тем не менее тенденция к запрету эксплуатации автомобилей, не удовлетворяющих экологическим требованиям, имеет место, и она порождает спрос у автолюбителей и профессионалов на модернизацию системы питания топливом своего автомобиля, для того чтобы она удовлетворяла экологическим требованиям путем замены старых агрегатов на новые. Но замена узлов и агрегатов двигателя влечет за собой необходимость замены электронного блока управления (ЭБУ) двигателем или хотя бы обновления программного обеспечения ЭБУ.

Необходимость замены ЭБУ возникает и у относительно новых автомобилей при их поломке. Однако нередко возникают проблемы нахождения блока нужной марки, его дороговизны, снятия с производства

требуются изменен е программного обеспечения ЭБУ, замена и установка новых датчиков и других деталей.

Постоянно растущий спрос на услуги по ремонту и модернизации систем электроники вызывает спрос на специалистов в этой области,

(ДВС), предварительно реализовав их программно на компьютере и записав в память ЭБУ.

На заводах, выпускающих автомобили, и в соответствующих НИИ для этих целей есть испытательные стенды с реальными ДВС и

специальным оборудованием. Стоимость таких стендов − десятки миллионов рублей.

Для учебного заведения можно проводить обучение на моделях, позволяющих реализовать те же функции с использованием аналогичной

3

элементной базы – микроконтроллеров и миниатюрных моделей, позволяющих исследовать работу блоков управления, разрабатывать и проверять на них алгоритмы и отлаживать программы для управления основными процессами, происходящими в работающем ДВС.

В методических указаниях рассматриваются натурные модели, на которых можно проверить работоспособность электронного блока на базе программируемых микроконтроллеров и отработать алгоритмы управления ДВС. Предложены макеты электронных блоков управления основными процессами, происходящими в работающем ДВС, которые можно использовать для лекционных демонстраций и лабораторных работ

влюбой учебной аудитории без дополнительного оборудования, не создавая шума и загрязнения воздуха. Они позволяют наглядно изучить и исследовать процесс дозирования топлива до момента воспламенения его

вцилиндре (доза впрыскиваемого топлива вычисляется по количеству

засасываемого воздуха).

На всех этапахСибАДИэтого процесса нужно обеспечить просмотр сигналов с датчиков и сигналов на схемах формирования импульсов, поступающих на микроконтроллер, управляющий процессом. Все этапы процесса сопровождаются программным кодом, написанным в среде разработки Arduino (или Ардуино).

4

1. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АРДУИНО

1.1. Платы Ардуино

Для ускорения разработки устройств на микроконтроллерах

обеспечивающих подключение платы к компьютеру, получение нужных напряжений питания и других. На плате имеются разъемы (линии штырьков или гнёзд), с помощью которых можно подсоединить датчики, индикаторы и исполнительные устройства к выводам микроконтроллера. В настоящее время наиболее популярны платы Ардуино. Схема простейшего из них Arduino Uno показана на рис. 1. На ней распаяны микроконтроллер ATMega328, разработанный фирмой Atmel (или в ранних версиях ATMega8, ATMega16), микросхема преобразователя интерфейса USAT в USB (FT232R илиСибАДИCH340G), кварцевый резонатор на 16 МГц и другие электронные компоненты. В настоящее время выпускаются десятки видов плат Ардуино с различными микроконтроллерами и плат с датчиками и другими устройствами, которые можно присоединить к плате Ардуино, – шилдов (shield – щит), собрав устройство в виде этажерки.

Рис. 1. Принципиальная электрическая схема Arduino Uno

Более подробная информация имеется в Интернете на сайтах и в книгах [1, 2, 3, 4].

5

1.2. Общие сведения о средах разработки

Для создания программ, которые носят название скетчи, и программирования плат Ардуино используется среда разработки и отладки программ (IDE – integrated development environment), которую можно бесплатно скопировать с сайта сообщества разработчиков www.arduino.cc (рис. 2).

Рис. 2. СтартовоеСибАДИокно программы для разработки программ для Ардуино

Скетч пишется в текстовом редакторе. На рис. 3 на светлом фоне выведена заготовка для нап сания программы. Здесь используется язык Processing, близкий по синтаксису к языку С. Окно вывода сообщений расположено ниже. Здесь на темном фоне печатаются сообщения о результатах компиляции программы, включающие полные отчеты об

ошибках и другую информацию.

Рис. 3. Окно текстового редактора для разработки программ для Ардуино

6

Кнопки панели инструментов позволяют проверить и записать программу, создать, открыть и сохранить скетч, открыть мониторинг последовательной шины. Дополнительная функциональность может быть добавлена с помощью библиотек. Существует множество специализированных библиотек, их можно скачать с сайтов разработчиков.

Обычно библиотеки пишутся так, чтобы упростить решение той или иной задачи и скрыть от разработчика детали программно-аппаратной реализации. Программы библиотек пишутся на языке С++.

Среда Arduino IDE поставляется с набором стандартных библиотек:

Serial, EEPROM, SPI, Wire и др.

Atmel Studio 7 – бесплатная интегрированная среда разработки приложений на микроконтроллерах семейств Atmel SMART и AVR и

Веб-платформы, которую можно скачать с сайта фирмы. Atmel START – мощный инструмент для создания и настройки встроенных приложений, драйверов и типовых проектов, позволяет разработчикам создавать собственные программные платформы. Atmel Studio 7 позволяет использовать скетчи, созданные в Arduino IDE, и конвертировать их в С++ проекты. Также эта среда позволяет разрабатывать и отлаживать

СибАДИ

Рис. 4. Стартовое окно программы Atmel Studio 7

7

РисСибАДИ. 5. Окно Atmel Studio 7, в котором выбирается среда для разработки программ для Ардуино

Рис. 6. Окно программы UnoArduSim

8