发布一个兼职项目

微型平台电子控制器
技术方案

















版本号：Ver1.0
2009年5月

目  录

1        项目概述        1
2        功能及技术指标要求        1
3        方案实现        2
3.1        硬件实现方案        2
3.2        软件实现方案        3
4        进度计划        4
5        成本估算及风险控制        5

1        项目概述
系统由传感器阵列及监测模块、GPS模块、控制模块、数据处理模块、电机驱动控制模块等几部分组成。系统组成框图如图 1所示。

图 1  微型平台电子控制器系统组成框图
传感器阵列在GPS模块的触发信号下以1Hz的频率输出数字信号，信号的占空比在0.25~0.75之间。传感器监测模块同步采集传感器阵列输出，采集结果由控制模块送到数据处理模块。数据处理模块对传感器输出及GPS输出进行整合后与信标电压进行比较，进而得到三路混合步进电机的运动控制数据。该数据反馈之控制模块对电机驱动控制模块进行配置，完成三路电机的运动控制。
控制模块控制整个系统的硬件资源，负责资源配置、数据读取/发送、外设控制（LCD、键盘、E2PRAM等）、通信接口、电源管理等任务。
2        功能及技术指标要求
?        接受GPS信号并同步触发传感器阵列输出；
?        12路传感器输出同步采集；
?        3路两相异步混合电机驱动控制；
?        128*64点阵LCD显示，4*4键盘输入；
?        LCD显示格式：数据，图形；
?        技术指标
?        传感器采样频率100Hz；
?        电机控制输出频率10Hz；
?        大量运算频率40Hz；
?        同步采样频率1Hz；
?        技术器时钟频率≥2MHz。
软件功能及数据处理模型待细化成任务书。
3        方案实现
3.1        硬件实现方案
系统硬件平台的总体结构框图如图 2所示。
每两路传感器及接口电路做成一个传感器组模块，12路传感器共6个模块。
数据结果通过ARM传递给数据处理模块的DSP，用于电机的运动控制。
CPLD中的ADC控制逻辑对ADC进行配置、控制、读取等操作，并将获得的采集数据缓存或发送给ARM处理器；其中，部分逻辑受ARM的程序控制，用于实现软硬件交互、模块与模块间的交互等功能。同时，CPLD根据GPS触发信号实时同步采集12路传感器输出。
数据处理模块中的DSP根据信标电压的采集结果和传感器的输出结果进行数据处理后生成三路电机的运动控制数据，并将该数据传递给ARM生成电机驱动其的控制逻辑。
ARM处理器为系统的处理核心。负责从功能键盘接口获得用户对模块的控制信息，并按用户的要求控制CPLD对ADC的采样过程进行控制；解析GPS传输的信息，完成CPLD对传感器阵列脉冲信号的采集控制；完成与DSP的数据交换；完成步进电机的驱动控制。
Flash可用来对数据进行缓冲或转存，可为采集数据提供大容量、高速、灵活的缓存空间。
LCD和键盘组成了模块和用户之间的人机接口。键盘采用4*4键盘，可为用户提供16个功能按键。LCD可显示步进电机的控制参数及曲线。
电源模块负责从供电输入产生系统需要的各种电源。

图 2 系统硬件平台总体框图
3.2        软件实现方案
模块软件设计主要包括GPS信号解调、传感器脉冲信号采集（计数器实现）、ADC采集控制、数据处理、步进电机控制逻辑、LCD控制、键盘输入监控、系统功能逻辑控制等。
传感器输出为脉冲信号，通过CPLD的I/O引入。使用频率不小于2MHz的采样时钟，可保证采集精度大于0.5μs。CPLD中的ADC采集控制部分完成对信标电压的采集，并把数据通过ARM上传给DSP。
ADC采集控制部分完成对ADC采集操作的启动/停止及采集数据的上传，CPLD与ARM进行交互，控制ADC器件工作；ADC完成模数转化后，将数据发送到ARM中，再送给DSP进行处理。
LCD控制部分是LCD显示屏的底层驱动程序，负责在LCD上显示文字、符号和图形，以及清屏、开关背光等操作。键盘输入监控则监视键盘输入，将对键盘上的按击转化为控制命令，发送到系统软件的其他模块中。

图2 软件结构框图
系统功能逻辑控制是根据当前系统的状态和参数对其他模块进行控制，并根据各个软件模块的工作状态、返回参数等信息更新系统状态和参数。通过系统功能逻辑控制部分的协调，各个软件模块按照设计进行工作，实现指定的功能，完成数据的采集和处理任务。
软件整体的结构框图如图2所示。
4        进度计划
5        成本估算及风险控制
风险控制上，ARM集成了较多外设，可以减小设计风险、调试风险，避免延长研发周期；CPLD控制ADC灵活性较大，容易满足系统在功能上的要求，同时方便日后升级。