引言

　　由于各種原因，公交車總是不斷重復加速—減速或停車—再加速的過程。通過加裝本節能裝置，當汽車需要制動時，在主控單元的控制下，可將汽車行駛時具有的巨大動能通過空氣壓縮機轉化成高壓氣體的勢能并儲存起來，從而實現汽車減速或停車。當汽車需要啟動或加速時，用儲存起來的高壓氣體勢能代替燃油來驅動汽車，從而實現汽車能量的回收再利用，達到節能的效果。同時由于汽車在起動或加速時能耗最大，如果汽車是用燃油驅動，則此時油料燃燒不充分，燃燒效果最差，而且產生的噪音最大。

　　系統工作原理

　　本系統主要由三部分組成，即檢測部分，控制部分和執行機構。檢測部分包括踏板位置傳感器、曲軸位置傳感器、壓縮機活塞位置傳感器、汽車運行速度傳感器、儲氣罐壓力傳感器等信號的檢測。執行機構主要包括雙向可控電磁閥和電磁離合器。控制部分主要由ARM微處理器組成的控制系統及一些外圍電路構成。本文主要介紹該系統的控制部分。該裝置的作用就是將剎車時本應由摩擦來消耗掉的汽車動能，改為由氣體的勢能來消耗，在啟動時，利用剎車時儲氣罐內儲存的高壓氣體勢能來驅動汽車行走，當車速到達一定值如20km/h時，再切換到由汽車發動機驅動的模式。

　　系統硬件設計

　　由于該節能裝置需檢測的模擬量較多，如儲氣罐內的壓力、制動踏板的位置、車速、活塞運行位置和油門踏板位置等數據，而且有些是需實時監控的，如儲氣罐內的壓力等，需要使用多任務執行方可實現，而普通單片機無法滿足這一要求。因此需根據實際情況，選用合適的處理器芯片，加上各種數據和程序存儲芯片構成最小系統。同時，增加數據采集、顯示、通信接口、控制執行單元和電源管理模塊等，來組成一個完整的控制系統。由于目前汽車應用CAN現場總線比較廣泛，因此，為了與汽車的控制系統連接的方便，還增加了CAN總線接口，由此構成了整個硬件系統。系統的總體框圖如圖1所示。

　　
圖1 系統框圖

　　S3C44BOX

　　由于設計要求系統能隨車采集信號，并進行實時監控，對主控模塊的要求較高，因此主控制模塊應當是以高性能的微處理器為核心而組成的一個最小系統。根據具體應用的要求，實際應用的反映情況，選用了Samsung公司的ARM芯片S3C44BOX，其主要性能如下：

　　Samsung公司推出的16/32位RISC處理器S3C44BOX為一般類型的應用提供了高性價比和高性能的微控制器解決方案。為了降低成本，S3C44BOX提供了豐富的內置部件，包括:8KB的Cache，內部SRAM, LCD控制器，帶自動握手的2通道DART, 4通道DMA，系統管理器(片選邏輯，FP/EDO/SDRAM控制器)，帶有PWM功能的5通道定時器，I/O端口，RTC, 8通道10位ADC，IIC-BUS接口，IIS-BUS接口，同步SIO接口和PLL倍頻器。

　　S3C44BOX的突出特性是它的CPU核，是由ARM公司設計的16/32位ARM7TDMI RISC處理器(66MHz)。ARM7TDMI體系結構的特點是它集成了Thumb代碼壓縮器，ICE (In Circuit Emulator)斷點調試支持，和一個32位的硬件乘法器。

　　數據采集單元

　　數據采集單元的作用就是對需要的模擬信號進行采集、處理后送到處理器進行處理。在該單元中，核心是對模擬信號的調理。由于系統要采集到汽車的儲氣罐內的壓力數據、制動踏板的位置數據、車速、離合器切合位置和油門踏板位置等數據，因此需要多路數據采集通道。各通道的數據必須完成信號的調理后，才能送到處理器進行處理。該采集單元的信號采集通道框圖如圖2所示。

　　
圖2 信號采集通道

　　控制執行單元

　　控制執行單元的功能主要是接收處理器發出的數字量，經過隔離及驅動后，送到執行機構如電磁閥、繼電器、離合器等來使行相應的動作。功能框圖如圖3所示。

　　
圖3 控制執行單元

　　這一級相對來說較為簡單，但為了防止外界對系統的干擾，須采用隔離。隔離器件采用普通的光電禍器即可，系統中采用TLP521-1。

　　數據顯示模塊

　　在系統的設計中，為了對采集的數據進行監控，使得調試更為方便、直觀，因此增加了數據顯示模塊。S3C44BOX集成了LCD (Liquid Cristal Display)控制器，該控制器支持在LCD上的單色、4級、16級灰度、256色的顯示，具有很強的通用性，S3C44BOX的LCD控制器的作用是將緩存中的數據傳送到外部的LCD驅動器，并產生必須的LCD控制信號。LCD控制器可以編程支持不同水平和垂直點數(640×480，320×240，160×160等)、不同數據線寬度、不同接口時序和刷新速率的LCD，支持4位雙掃描、4位單掃描、8位單掃描模式，并支持水平/垂直滾動，以用來支持更大的屏幕顯示(如1280× 1280)。

　　由于不同尺寸的LCD具有不同數量的垂直和水平象素、數據接口、數據寬度、接口時間和刷新率，S3C44BOX中的LCD控制器可以對相應的寄存器值進行編程，以適應不同的LCD顯示板。LCD控制器邏輯框圖如下圖4所示。

　　
圖4 LCD控制器邏輯框圖

　　電源模塊

　　在本系統設計中，由外部供給系統單一的9V電源，通過三端穩壓AS1117-5.0, AS1117-3.3和AS1117-2.5，分別得到5.0V, 3.3V以及2.5V。AS1117系列穩壓器最大能提供800mA電流，由于本系統功耗較低，最大需求電流不超過300mA，因此用AS1117足以滿足系統的供電需求。另外的兩套±15V電源由DC/DC變換器供給。考慮到系統中有數字電路和模擬電路，由于數字電路的電流變化較快，容易產生脈沖干擾，從而影響模擬信號的采樣精度，因此應把數字地和模擬地分開。