Science&TechnologyVision科技视界基于CPLD的汽车档位控制器的设计新乡学院机电工程学院张清枝牛联波渊袁河南新乡453003冤揖摘要铱本文在分析我国大型工程车辆变速箱档位控制器现状和CPLD在控制系统中的优越性的基础上袁以EPM7064ST44为例袁介绍了一种基于CPLD的档位控制器的软硬件设计方法袁并指出了CPLD在实际应用中的一些注意事项遥揖关键词铱档位控制器曰CPLD曰工程车辆曰DesignQuartusofIIVehicleZHANGShiftingQing-zhiControllerN陨哉BasedonCPLDEPM7064ST44揖Abstract铱Based(CollegeonanalyzingofMechanicalandElectricalEngineering,XinxiangLian-boUniversity,XinxiangHenan453003,China)mattersasanexample,introducesthecurrentasoftwareofChineseandhardwarelargeengineeringdesignmethodvehicleofShiftinggearboxControllerandtheadvantagebasedonofCPLD,CPLDandinpointscontroloutsystem,taking揖Keyneedingwordsattention铱Gearcontroller;inapplication.CPLDsomeCPLD;Engineeringvehicles;QuartusII0引言渊员冤大型工程车辆换档操作频繁袁驾驶员劳动强度很大袁这就要求其在+5V编程方式简便工作电平下可随时对正在工作的系统上的尧先进曰CPLD进行全变速器应具有换档操作力小尧操作简便尧接合迅速等特点,以降低司机部或部分地在系统编程遥此外还可以进行红外编程尧超声编程或无线的劳动强度袁提高行驶安全系数袁故操作简单尧省力尧换挡品质较高的编程遥电液控制变速器在国内大型工程车辆中得到广泛应用[1]渊圆冤系统主要有两种控制方式[2]遥其电液控制系统遥院4个电磁阀控制系统和5个电磁阀控制更加精确CPLD高速袁的时钟延迟可达纳秒级动作更加灵敏袁实时性更高袁结合其并行工作方式袁因此有有非常广阔的应用前袁逻辑控制虽然后者在控制柔和性和安全性等方面都较前者有了较大提高袁景遥但由于仍采用继电器构成其逻辑控制系统渊猿冤除了不存在高可靠性MCU所特有的复位不可靠与PC可能跑飞等固有缺进行功能改进时1冤使用的继电器个数较多陷外2冤袁工作量相当大袁曰接线复杂袁袁且为手动接线故存在以下缺点尧安装[3-4]院袁因此3冤长期磨损和疲劳工作PCB体积袁CPLD还几乎可将整个系统下载于同一芯片中袁大大缩小了4冤触点容易产生电弧袁产生误操作袁容易损坏触点袁引起严重的后果曰曰渊源冤袁易于屏蔽和管理遥由于开发周期短CPLD具有开发工具通用性尧设计语言标准化及设计过程几乎与所用的CPLD器件的硬件结构没有关系等特点袁所以设计成功的量电能也使局部电磁环境更加恶劣5冤与其他控制系统相比继电器控制系统体积庞大工作中继电器控的线圈产生大量的热量及噪声尧笨重曰遥袁不仅消耗了大各类逻辑功能块有很好的兼容性和可移植性袁从而大大提高了设计效因此针对我国重型车辆广泛使用电液变速箱的实际情况,参考国率遥内外多种方案,对其换挡控制系统进行改进,以有效降低驾驶员的劳动2产品设计强度尧提高换挡效率和可靠性遥本产品同时具有成本低尧结构简单尧易于维护尧无污染等诸多优点遥2.1综合考虑以上诸多因素硬件设计1设计要求与方案论证袁我们认为在存储数据不大尧逻辑运算较多的场合1.1CPLD遥本设计主要是针对大型工程车辆的换挡系统进行的开发设计设计要求,此量和整车其他控制信号输入到控制单元其主要控制过程为CPLD比MCU更有优势袁当手柄处于不同的挡位位置时袁所以本产品的控制部分采用CPLD中袁CPLD综合各路信袁挡位开关车型有四个前进挡尧四个后退倒挡和一个空档位,由多个继电器组成号进行分析尧判断袁并根据变速箱的控制要求袁输出相应的+24电压至逻辑控制系统袁执行对其电磁阀的控制任务遥这种控制方式反应缓慢尧变速箱操纵阀上的电磁阀袁电磁阀组合控制相关的油路袁再由液压油失误率高尧结构复杂遥所以本设计要求去掉继电器袁将电子芯片嵌入到推动相应的离合器袁从而实现方向和档位的控制遥控制系统中,使系统电路简单尧反应灵敏尧可靠性高袁便于今后的功能该产品硬件电路主要由电源电路尧输入电路尧输出电路尧主控电路升级以及指示电路等组成遥其中电源电路为各电路提供稳定尧可靠的工作1.2遥[5-6]电压袁主要由二极管尧电阻尧电容尧电感尧稳压块尧开关电源模块等组成曰输入电路采用的高压大电流达林顿晶体管阵列产品ULN2802袁具有(Complex目前可供选择的解决方案主要有两种方案论证院单片机方案渊MCU冤和CPLD电流增益高尧工作电压高尧温度范围宽尧带负载能力强等特点袁负责将8单片机具有体积小ProgrammableLogic尧便携性能好Device袁复杂可编程逻辑器件尧功耗低尧功能强大等优点)方案遥[7]路24V高电压控制信号转换为低压数字控制信号曰输出电路采用了驱有许多成功的开发经验可以借鉴袁而且动芯片ProgrammableBTS436L2袁以驱动大功率负载运算和逻辑功能的渊员冤由于MCU的通过内部的袁袁因此其工作效率和速度将大打折扣CPU但却存在一些难以克服的问题逐条执行软件指令来完成各种院曰度高尧开发工具先进LogicDevice)尧设计制造成本低复杂可编程逻辑器件曰主控电路采用尧保密性强尧袁性价比高等特点具有编程灵活CPLD(Complex尧集成遥本产品采用的ALTERA公司MAX7000S系列的EPM7064ST44芯片袁具工作渊圆冤MCU[8]袁在复位时间内一旦不能满足复位电平的条件的另一致命弱点是其必须经历一个复位过程才能正常袁系统就不能正常有工作曰2.2128个宏单元和+5V的在系统编程能力遥本文设计选用的软件是软件设计ALTERA公司的QuartusII软件袁利用其出正常的程序流程而跑飞渊猿冤在强干扰或某种偶然因素下[9]袁任何MCU的PC都极有可能越对CPLD与MCU相比袁CPLD的优势是多方面的和根本性的遥[10]院就是从该软件提供元器件库文中调出所需的元器件Quartus器件进行设计开发的一般设计流程如图II主要有原理图输入和文本输入两种方法1所示遥袁如遥院门电路原理图输入尧触发作者简介院张清枝渊1970要冤袁女袁硕士袁副教授袁研究方向为电力电子技术及其自动控制遥牛联波渊1980要冤袁男袁河南焦作人袁硕士袁研究方向为特种电机控制遥Science&TechnologyVision科技视界81.com.cn. All Rights Reserved.Science&TechnologyVision科技视界器尧计数器尧寄存器等袁根据逻辑关系将它们连接起来得到所需的逻辑随时进行修改和硬件升级袁应尽量选择ISP渊InSystemProgrammability冤电路图遥原理图输入具有显示直观尧分析方便尧易于理解等优点袁其缺器件曰最后在使用中要注意多余的输入引脚应接地或电源袁时序电路应点是效率低曰文本输入则是用VHDL或VerilogHDL硬件语言来完成有上电复位电路遥逻辑的实现袁它的优点是可以不考虑具体的工艺实现袁便于大规模的设计遥4结束语采用CPLD设计的档位控制系统袁使原来由继电器完成的硬件功能由软件程序来实现袁实现了系统的简化和性能的优化遥目前本控制器已在常林公司的相关车辆上进行了试验袁试验结果表明完全达到了设计要求遥该产品不仅工作性能稳定尧具有极强的抗干扰能力袁而且维修方便袁大大降低了车辆使用成本遥本控制器的推广和应用袁将对我国大型工程车辆换挡控制系统的自动化与智能化有较高的参考和借鉴价值遥咱员暂揖参考文献铱咱圆暂孙显龙.装载机液力变速器电液控制系统研究[D].长春院吉林大学,2009院1-4.图1软件开发流程2007,14(10):174-176.池智,王军伟,徐奉.装载机两种变速控制方式的比较[J].工程机械与维修,咱猿暂本设计采用的是原理图输入法遥设计前先根据厂家提供的继电器大学王贵亮.客车自动换挡技术及轻便换挡控制系统的开发[D].大连院大连理工控制系统电路图咱源暂Quartus袁技术与应用刘欣,2004院8-12.,王贵亮,梅博文,等.CPLD在客车轻便换挡控制系统中的应用[J].自动化成可用于编程下载的II软件袁功能仿真测试达到预期目标后画出与其等效的数字逻辑电路图袁将该电路输入JAM文件袁使用Altera公司的编程电缆将程序袁利用软件的编译器形咱缘暂量技术周锋,卞金洪,2004,23(5):41-43.,曹瑞.基于EPM3128的HDB3编译码器的实现[J].国外电子测写入EPM7064ST44芯片遥咱远暂3CPLD使用注意事项2009,杨洪波,2011,30(2):71-74..用CPLD实现电动汽车驱动系统的逻辑控制[J].咱苑暂191-193.夏志华卷标(1)院52-56.大功率变流技术,.基于单片机的温度控制系统的研究与实现[J].煤炭技术,2013,32(2)院厂家的产品在性能CPLD因其卓越的优点在许多控制系统中得到广泛应用尧价格尧逻辑规模以及对应的开发软件等方面各有袁各生产咱愿暂所长遥因此袁在器件选择上应综合考虑容量尧速度尧引脚数目等多个指206-208.王菊叶袁陈红军.基于单片机的煤矿带式输送机设计[J].煤炭技术,2012,31(6)院标遥为确保系统正常工作并为今后扩展和修改设计留下空间袁对所选咱怨暂机械设计与制造钟汉如,吴楚珊,苏缨墩.基于CPLD汽车变速箱手动换档电软轴优化设计[J].器件的逻辑单元和引脚数目应留有一定余量75%曰袁一般用到其资源的咱员园暂程,2012,32(11)院111-113.赵亚范,刘佳琪,2011袁48(6)院174-176.,王坤.基于2NQ的脉冲宽度测量装置的设计[J].舰船电子工对外界微小毛刺的灵敏反应会使系统处于不稳定的工作状态其次,需要注意的是所选芯片速度不是越高越好袁因为速度过高袁故芯片速度应与设计系统的最高工作速度一致曰第三,为保证所设计的系统可咱责任编辑院杨玉洁暂渊上接第29页冤渊猿冤通过对新型热管换热器尧普通热管换热器的经济性对比分析袁可以确定该新型热管换热器具有较大的发展空间和应咱源暂拟聂建虎袁陶文铨袁王秋旺.具有复杂结构的换热器出水管段内湍流的数值模用价值遥咱缘暂[J].咱员暂揖参考文献铱咱远暂陶文铨咱苑暂陶文铨.数值传热学[M].西安:西安交通大学出版社袁1988:1-19.工学报黄兴华.袁计算传热学的近代进展王启杰袁陆震.管壳式换热器壳程流动和传热的三维数值模拟[M].北京:科学出版社袁2005:1-5.[J].化咱圆暂于可真.9-11.高占民袁重力式热管吸附床的结构设计及性能研究张少平.降低电站锅炉排烟温度新技术研究[M].[J].大连海事大学节能技术,2006,24(1)院袁2010,6.咱愿暂学学报黄兴华袁2000袁51(3):297-302.袁2000袁34(9):1191-1194.袁陆震袁刘冬暖.换热器壳侧紊流流动特性的数值研究[J].上海交通大咱猿暂业大学学报王定标袁董其伍袁1999袁20(2):18-20.袁刘敏珊,等.纵流壳程换热器数值模拟的应用研究[J].郑州工咱责任编辑院杨玉洁暂渊上接第54页冤基础遥有了责任感,就会不满足现状,不断创新遥一个利任感的野人冶遥它非常注重学生情感的培养和激发,强调通过加强隐性己主义者,对他人和社会的利害漠不关心,那么许多需要解决的问题就课程建设等途径,对学生进行思想素质教育,从而为校园体育文化建设不会被他发现或引不起他的注意遥社会责任感能唤发出巨大的创造提供了强大的动力袁所以我们在推进教育改革中一定要注重校园体育力,并能促使他创造性地解决问题遥那么校园体育文化建设不仅有对文化建设在通识教育改革中的位置遥国家对人类负责的责任感,还要勇于对自己的工作和生活负责,有强烈的进取心遥只有对生活充满信心的人,才会以积极的态度对待人和事,揖参考文献铱不得过且过4.4,才能有创造性的思想行为和品格遥咱1暂通识教育是相对于体育教育而言的通识教育是培养校园体育文化建设创新技术人才的基石袁开展通识教育袁不是说取消咱2暂姜文闵或弱化专业技能教育袁二者相辅相成遥通识教育有如奠基袁体育文化好咱3暂王道俊.,哈佛大学王汉澜.教育学[酝].长沙(新编本:湖南教育出版社)[酝].,1996.32.咱4暂黄俊杰似建楼曰通识教育让人有灵魂尧有眼光袁体育专业教育使人有能力尧会2001(5)援蒋玲.高校校园体育文化是素质教育中最理想的潜在课程.大学通识教育的理念与实践北京[酝].:人民教育出版社武汉:华中师范大学出版社,1989.28.[J]援体育与科学,2004.27.,动手遥所以在推进体育建设改革中,应加强研究推进基础公共课程与咱5暂实用技能课程关联性尧针对性尧互补性,切不可完全照搬普通高等教育咱6暂白莉李宏.袁高校体育文化内涵与构成的研究朱晓武.高校体育文化建设的几点思考[J].黑龙江高教研究[J].上海体育科技,2005(3)援袁2000.5援公共基础课程的教学模式遥通识教育就是将大学生培养成为一个有理想尧有道德尧有社会责咱责任编辑院许丽暂82科技视界Science&TechnologyVision.com.cn. 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