MSP430單片機(jī)為核心的電子汽車限速器的設(shè)計(jì)方案

　為了滿足上述功能需求，限速器的核心本設(shè)計(jì)選用具有強(qiáng)大功能的MSP430F169單片機(jī)，其內(nèi)置有高速的12位ADC和DAC，能單片實(shí)現(xiàn)限速器的功能，無須再擴(kuò)展外部模塊，即可提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，降低系統(tǒng)成本，非常符合限速器的功能需求。
　實(shí)現(xiàn)限速器功能的主要模塊分析如下：
　(1)信號(hào)處理單元
油門踏板傳感器實(shí)際上是一個(gè)角度傳感器，可提取瞬間油門踏板的位置信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)控制器。以磁阻式油門踏板傳感器為例，為了將角度變化轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，磁阻元件往往做在同一塊基片上接成三端式結(jié)構(gòu)，且在片上一定高度處放一半圓形的磁鋼，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。當(dāng)主軸帶動(dòng)磁鋼旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁阻元件MR1、MR2的電阻值隨通過它們的磁通量Φ的變化而變化,從而有電壓信號(hào)從兩個(gè)磁阻元件中點(diǎn)輸出,經(jīng)過后面信號(hào)處理電路對此輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行放大。通過調(diào)節(jié)后級(jí)放大電路的放大倍數(shù)，可以得到所需要的、大小合適的電壓信號(hào)，其等效電路如圖6所示[1]。

　根據(jù)油門踏板傳感器的工作原理，限速器信號(hào)處理原理圖如圖7所示[2]。踏板傳感器輸出的電壓信號(hào)經(jīng)過運(yùn)算放大器降低輸出阻抗,然后輸入到MSP430F169的ADC輸入腳A3,利用MSP430F169內(nèi)部的12位ADC完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的采集。限速器將踏板傳感器的電信號(hào)采集后，用IIR濾波算法對其進(jìn)行濾波，進(jìn)行自學(xué)習(xí)算法計(jì)算、處理后，得到汽車行駛速度Vx，并與設(shè)定的限速值Vm比較,以比較的結(jié)果決定輸出模擬信號(hào)輸出的大小。輸出信號(hào)通過MSP430F169的D/A輸出引腳DAC0輸出,利用MSP430F169內(nèi)部的12位DAC實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換，并通過運(yùn)算放大器提升輸出模擬信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力。

(2)語音報(bào)警單元
　語音報(bào)警原理圖如圖8所示。為了保證行駛的安全性和平穩(wěn)性，必須在汽車停止?fàn)顟B(tài)下才能啟動(dòng)限速器或關(guān)閉限速器，因此配有語音報(bào)警器，以起到有效的提醒作用。該限速器使用帶功放的ML22865語音芯片，其芯片的SCL、SDA、(CBUSYB)腳分別接至MSP430F169的I/O口P5.2~P5.4,報(bào)警器的SPM、SPP腳接揚(yáng)聲器。

　(3)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元
　限速器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)原理圖如圖9所示。限速器要能設(shè)定速度上限值，以及提供給自學(xué)習(xí)算法所需的大量的存儲(chǔ)空間,因此必須具備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能,本設(shè)計(jì)使用24LC512存儲(chǔ)器。

(4)鍵盤和顯示單元
　利用MSP430F169的P3.4~P3.7實(shí)現(xiàn)4個(gè)獨(dú)立按鍵，功能分別為限速器開關(guān)鍵、數(shù)值增加鍵、數(shù)值減少鍵以及確認(rèn)鍵。顯示單元使用4個(gè)8段數(shù)碼管顯示，顯示4位的限速值。顯示數(shù)據(jù)通過MSP430F169的P1口提供。MSP430F169的P2.0~P2.3口作為數(shù)碼管的控制口，為了節(jié)省能耗，數(shù)碼管只有在按下鍵盤時(shí)才點(diǎn)亮，當(dāng)30 s內(nèi)不再操作鍵盤時(shí)數(shù)碼管熄滅。
3 限速器的軟件設(shè)計(jì)
　限速器的軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖10所示。為了保證行駛的安全性和平穩(wěn)性，必須在汽車停止?fàn)顟B(tài)下才能啟動(dòng)或關(guān)閉限速器。限速器工作過程如下：通過按鍵中斷程序判斷是否有啟動(dòng)或關(guān)閉限速器的按鍵，如果有按鍵信號(hào)，限速器根據(jù)主程序采集的踏板傳感器電信號(hào)，判斷是否有油門踏板動(dòng)作，如果有踩下油門踏板，語音報(bào)警，此操作無效；如果無踏板動(dòng)作，再次提醒是否處于行駛狀態(tài)，并且設(shè)置5 s延時(shí)，并再次按下該按鍵，才能將限速器開啟或關(guān)閉。如果判斷是關(guān)閉限速器按鍵，則關(guān)閉限速器，并設(shè)置關(guān)閉狀態(tài)，且將該狀態(tài)信息傳遞給主程序；如果是啟動(dòng)限速器，則開啟限速器工作，并設(shè)置開機(jī)狀態(tài)，且將該狀態(tài)信息傳遞給主程序。在主程序循環(huán)中，首先采集踏板傳感器信號(hào)并通過IIR濾波判斷是否有踏板動(dòng)作并將該信息反饋給鍵盤中斷程序，然后判斷是否有設(shè)置速度上限值按鍵。如果有，則設(shè)置相應(yīng)的速度值Vm，并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中；如果沒有，則讀入踏板傳感器的電信號(hào)A/D值Ux，Ux通過自學(xué)習(xí)算法得出行駛速度值Vx。Vx與Vm比較，如果VxVm，則Vy=Vx，通過D/A輸出Ux作為ECU的輸入信號(hào)；如果Vx≥Vm，則Vy=Vm，將設(shè)定的限速值Vm換算成對應(yīng)的傳感器電信號(hào)Um，通過D/A輸出Um作為ECU的輸入信號(hào)。