ЭУР

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Юго-Западный государственный университет»

Кафедра _«Теоретическая механика и мехатроника»____________

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Компьютерное управление мехатронными системами»

(наименование учебной дисциплины)

на тему «Проектирование цифровой системы управления электромеханическим усилителем руля»

____________________________________________________________________

Председатель комиссии _________________________ ____________________

(подпись, дата) (инициалы, фамилия)

Члены комиссии _________________________ __________________________

(подпись, дата) (инициалы, фамилия)

_________________________ __________________________

(подпись, дата) (инициалы, фамилия)

Курск, 2011 г.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Юго-Западный государственный университет»

Кафедра _«Теоретическая механика и мехатроника»____________

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

Студент _____________________ шифр _________ группа _______

(фамилия, инициалы)

1.Тема «Проектирование цифровой системы управления электромеханическим усилителем руля»

2.Срок представления работы (проекта) к защите «15» мая 2011 г.

3.Исходные данные:

Спроектировать цифровую систему автоматического управления приводом усилителя руля посредством микроконтроллера.

Система управления должна:

1)Автоматическое изменение коэффициента усиления в зависимости от дорожной обстановки;

2)Обеспечивать автоматическую остановку усилителя при достижении конечного положения руля;

3)Предусматривать возможность экстренной остановки двигателя;

4)Время переходного процесса t<0,1с

5)Точность обеспечения заданного угла поворота фары <1%

6)Напряжение питание системы: 12 В 0.5В постоянного тока.

7)Диапазон рабочих температур: -40…+60 0С

Задание принял к исполнению ____________________________

(подпись, дата)

ДТ – датчик тока, измеряет ток якоря двигателя;

СС – сигнал о скорости автомобиля, микроконтроллер получает информацию со штатного датчика скорости движения автомобиля;

СЧ – сигнал о частоте вращения коленчатого вала, микроконтроллер получает информацию со штатного датчика частоты вращения;

У – усилитель, осуществляет усиление цифрового сигнала системы управления электродвигателем;

Д– электродвигатель постоянного тока.

4.Выбор электронных компонентов

Структурно электрическая схема состоит из 3 групп:

управляющий контроллер,

сенсорная система устройства, включающая в себя оптические энкодеры, тензомостовые датчики, инструментальные и операционные усилители сигналов,

силовая часть управления электродвигателем постоянного тока с датчиками тока.

4.1 Выбор микроконтроллера

Выбор микроконтроллера основывается необходимым объемом памяти для

записи управляющей программы, а также на рациональном и экономическом

факторах.

На данный момент рынок электроники более чем такими продуктами,

поэтому дополнительным критерием выбора явилось соотношение цена/характеристики и доступность информации об изделии, кроме того учитывалась необходимость наличия большого количества (26) линий ввода-

вывода данных. Наиболее подходящим является контроллер от фирмы Atmel –

ATMega16.

Отличительные особенности данного микроконтроллера следующие:

8-разрядный высокопроизводительный AVR микроконтроллер с малым потреблением

Прогрессивная RISC архитектура

o 130 высокопроизводительных команд, большинство команд выполняется за один тактовый цикл

o 32 8-разрядных рабочих регистра общего назначения o Полностью статическая работа

o Производительность приближается к 16 MIPS (при тактовой частоте 16 МГц)

oВстроенный 2-цикловый перемножитель

Энергонезависимая память программ и данных

o16 Кбайт внутрисистемно программируемой Flash памяти (In-

System Self-Programmable Flash)

o Обеспечивает 1000 циклов стирания/записи

o Дополнительный сектор загрузочных кодов с независимыми битами блокировки

Внутрисистемное программирование встроенной программой загрузки

oОбеспечен режим одновременного чтения/записи (Read-While- Write)

o 512 байт EEPROM

o Обеспечивает 100000 циклов стирания/записи

o 1 Кбайт встроенной SRAM

o Программируемая блокировка, обеспечивающая защиту программных средств пользователя

Интерфейс JTAG (совместимый с IEEE 1149.1)

o Возможность сканирования периферии, соответствующая стандарту JTAG

o Расширенная поддержка встроенной отладки

oПрограммирование через JTAG интерфейс: Flash, EEPROM памяти,

перемычек и битов блокировки

Встроенная периферия

oДва 8-разрядных таймера/счетчика с отдельным предварительным

делителем, один с режимом сравнения

oОдин 16-разрядный таймер/счетчик с отдельным предварительным делителем и режимами захвата и сравнения

o Счетчик реального времени с отдельным генератором o Четыре канала PWM

o 8-канальный 10-разрядный аналого-цифровой преобразователь o 8 несимметричных каналов

o 7 дифференциальных каналов (только в корпусе TQFP)

o 2 дифференциальных канала с программируемым усилением в 1, 10

или 200 крат (только в корпусе TQFP)

o Программируемый последовательный USART

o Последовательный интерфейс SPI (ведущий/ведомый)

o Программируемый сторожевой таймер с отдельным встроенным генератором

oВстроенный аналоговый компаратор

Выводы I/O и корпуса

o32 программируемые линии ввода/вывода

o40-выводной корпус PDIP и 44-выводной корпус TQFP

Рабочие напряжения

o4,5 - 5,5 В

Рабочая частота o 0 - 16 МГц

На рисунке 6.2 приведена цоколевка микроконтроллера ATmega16 и

далее приведено назначение выводов.

Рис. 6.2. Микроконтроллер фирмы ATMEL ATmega 16

Ниже приведено описание выводов микроконтроллера Atmega16. VCC - вывод источника питания

GND - земля

Port A (PA7..PA0) – служит в качестве аналоговых входов для АЦП.

Он также может быть использован как 8-ми битовый двунаправленный порт ввода/вывода, если АЦП не используется. Пины порта также могут подключать внутренние резисторы (выбранные для каждого бита). Выходные каналы порта имеют симметричные характеристики с высокой разрешающей и энергетической способностью. Когда пины РА0…РА7 используются как входы и внешнее сопротивление имеет очень малое значение, включаются внутренние резисторы микроконтроллера. При наличии условия сброса даже при

неактивном режиме работы часов происходит сброс единичных сигналов с линий порта.

Port В (PВ7..PВ0) – служит как 8-ми битовый двунаправленный порт ввода/вывода. Пины порта также могут подключать внутренние резисторы

(выбранные для каждого бита). Выходные каналы порта имеют симметричные характеристики с высокой разрешающей и энергетической способностью.

Когда пины РВ0…РВ7 используются как входы и внешнее сопротивление имеет очень малое значение, включаются внутренние резисторы микроконтроллера. При наличии условия сброса даже при неактивном режиме работы часов происходит сброс единичных сигналов с линий порта. Порт В также служит для реализации специальных возможностей, предусмотренных данным микроконтроллером.

Port С (PС7..PС0) – служит как 8-ми битовый двунаправленный порт ввода/вывода. Пины порта также могут подключать внутренние резисторы

(выбранные для каждого бита). Выходные каналы порта имеют симметричные характеристики с высокой разрешающей и энергетической способностью.

Когда пины РC0…РC7 используются как входы и внешнее сопротивление имеет очень малое значение, включаются внутренние резисторы микроконтроллера. При наличии условия сброса даже при неактивном режиме работы часов происходит сброс единичных сигналов с линий порта. При использовании JTAG интерфейса внутренние резисторы на пинах РС5, РС3,

РС2 сохраняют активное состояние даже при наличии сигнала сброса. Порт С также служит для реализации JTAG интерфейса и некоторых других специальных возможностей, предусмотренных данным микроконтроллером.

Port D (PD7..PD0) – служит как 8-ми битовый двунаправленный порт ввода/вывода. Пины порта также могут подключать внутренние резисторы

(выбранные для каждого бита). Выходные каналы порта имеют симметричные характеристики с высокой разрешающей и энергетической способностью.

Когда пины РD0…РD7 используются как входы и внешнее сопротивление

имеет очень малое значение, включаются внутренние резисторы микроконтроллера. При наличии условия сброса даже при неактивном режиме работы часов происходит сброс единичных сигналов с линий порта. Этот порт также служит для реализации некоторых других специальных функций данного микроконтроллера.

RESET - Вход сброса. Удержание на входе низкого уровня в течение двух машинных циклов (если работает тактовый генератор), сбрасывает устройство.

XTAL1 - Вход инвертирующего усилителя генератора и вход внешнего тактового сигнала.

XTAL2 - Выход инвертирующего усилителя генератора.

AVCC – Пин, осуществляющий подачу питания на порт А и АЦП. Он должен присоединяться к пину VCC, даже если не используется ADC. Если используется ADC, то должен присоединяться к VCC через фильтр низкого уровня.

AREF – Аналоговый вход на АЦП.

Функциональная блок-схема микроконтроллера ATmega16 представлена на рисунке 6.3.