基于SOPC的純電動(dòng)汽車(chē)熱泵型空調(diào)控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

【摘要】：隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的加快,地球資源的消耗越來(lái)越多,產(chǎn)生的污染越來(lái)越嚴(yán)重,針對(duì)這種局面,國(guó)家發(fā)布了一系列政策。這些可持續(xù)發(fā)展政策,旨在普及和推廣純電動(dòng)汽車(chē)及插電式混合動(dòng)力汽車(chē)。由于熱泵技術(shù)能夠解決純電動(dòng)汽車(chē)電能消耗的問(wèn)題,對(duì)熱泵型純電動(dòng)汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)的研究成為熱點(diǎn)。本文利用FPGA作為控制器,研發(fā)了一種基于SOPC的純電動(dòng)汽車(chē)熱泵型空調(diào)控制器。本系統(tǒng)使用片上系統(tǒng)SOPC技術(shù),采用自上向下的設(shè)計(jì)方法,將Nios II軟核處理器、PIO接口、JTAG控制器、EPCS Flash控制器、SDRAM存儲(chǔ)器、顯示控制器等外部設(shè)備嵌入到一片F(xiàn)PGA芯片中,通過(guò)CAN總線通訊方式,對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的直流壓縮機(jī)、電子膨脹閥、四通換向閥、內(nèi)風(fēng)機(jī)和外風(fēng)機(jī)等其他負(fù)載進(jìn)行控制,采用模糊控制算法實(shí)現(xiàn)車(chē)內(nèi)溫度的控制精度達(dá)到±1℃,同時(shí)實(shí)時(shí)顯示各工況的運(yùn)行狀態(tài)。本文對(duì)課題的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了研究和分析,根據(jù)系統(tǒng)需求,對(duì)FPGA芯片、EPCS Flash芯片、外部存儲(chǔ)器SDRAM、顯示器和溫度傳感器等進(jìn)行了芯片選型,確定了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。以E-PLAY-EP3C80 FPGA開(kāi)發(fā)板為平臺(tái),對(duì)顯示器、溫度采集、按鍵等外圍電路進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)。以Quartus II 9.0為硬件開(kāi)發(fā)工具,具體介紹了Nios II軟核處理器、SDRAM存儲(chǔ)器、JTAG控制器、EPCS Flash控制器、溫度數(shù)據(jù)采集接口、直流壓縮機(jī)控制和顯示控制器等模塊的硬件配置。借助軟件開(kāi)發(fā)工具Nios II IDE 9.0,結(jié)合C/C++語(yǔ)言,完成了各模塊的軟件設(shè)計(jì),進(jìn)行了軟件仿真和系統(tǒng)聯(lián)調(diào),完成了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與調(diào)試。結(jié)果表明,以FPGA為物理載體完成片上系統(tǒng)的設(shè)計(jì),具有可移植性強(qiáng)、靈活高效、成本低、設(shè)計(jì)周期短等優(yōu)點(diǎn)。最后,根據(jù)系統(tǒng)的調(diào)試結(jié)果,對(duì)所完成工作進(jìn)行了總結(jié)和分析,并提出了展望。 【關(guān)鍵詞】：熱泵型 SOPC 純電動(dòng)汽車(chē) 空調(diào)控制器 Quartus II Nios II
【學(xué)位授予單位】：中原工學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：U469.72;U463.851
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1.緒論10-16
• 1.1 課題研究的背景與意義10-12
• 1.2 課題研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)12-15
• 1.2.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀13
• 1.2.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 發(fā)展趨勢(shì)14-15
• 1.3 課題的研究?jī)?nèi)容15-16
• 2.總體方案設(shè)計(jì)16-19
• 2.1 系統(tǒng)參數(shù)要求16
• 2.2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)16-18
• 2.3 本章小結(jié)18-19
• 3.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)19-31
• 3.1 主控制模塊的電路設(shè)計(jì)19-20
• 3.1.1 主控制芯片介紹19-20
• 3.1.2 下載配置接口20
• 3.2 顯示控制模塊的電路設(shè)計(jì)20-22
• 3.3 外部存儲(chǔ)單元設(shè)計(jì)22-23
• 3.4 溫度數(shù)據(jù)采集模塊的電路設(shè)計(jì)23-25
• 3.5 直流壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速控制模塊硬件設(shè)計(jì)25-26
• 3.6 CAN總線接口電路設(shè)計(jì)26-27
• 3.7 其它外圍電路硬件設(shè)計(jì)27-29
• 3.7.1 電源電路27-28
• 3.7.2 系統(tǒng)復(fù)位電路及時(shí)鐘設(shè)計(jì)28-29
• 3.7.3 按鍵電路設(shè)計(jì)29
• 3.8 硬件抗干擾措施29-30
• 3.9 本章小結(jié)30-31
• 4.片上系統(tǒng)的硬件配置31-40
• 4.1 開(kāi)發(fā)工具和流程介紹31-33
• 4.1.1 Quartus II簡(jiǎn)介31-32
• 4.1.2 Nios II IDE簡(jiǎn)介32
• 4.1.3 片上系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)流程32-33
• 4.2 NiosⅡ軟核處理器33-34
• 4.2.1 Nios II處理器簡(jiǎn)介33
• 4.2.2 Avalon總線簡(jiǎn)介33
• 4.2.3 外部設(shè)備33-34
• 4.3 片上系統(tǒng)硬件配置34-39
• 4.3.1 Nios II系統(tǒng)硬件配置34-38
• 4.3.2 溫度數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)38
• 4.3.3 PWM波控制器模塊的設(shè)計(jì)38-39
• 4.3.4 時(shí)鐘模塊的硬件設(shè)計(jì)39
• 4.5 本章小結(jié)39-40
• 5.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)40-60
• 5.1 Nios II集成開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹40-41
• 5.2 系統(tǒng)的控制策略41-44
• 5.3 系統(tǒng)主控模塊的軟件設(shè)計(jì)44-46
• 5.3.1 系統(tǒng)主控程序設(shè)計(jì)44-45
• 5.3.2 模糊控制子程序設(shè)計(jì)45-46
• 5.4 溫度數(shù)據(jù)采集模塊的軟件設(shè)計(jì)46-51
• 5.4.1 溫度傳感器初始化46-47
• 5.4.2 溫度傳感器寫(xiě)操作47-48
• 5.4.3 溫度傳感器讀操作48-49
• 5.4.4 溫度數(shù)據(jù)采集49-50
• 5.4.5 溫度數(shù)據(jù)采集結(jié)果50-51
• 5.5 顯示控制模塊的軟件設(shè)計(jì)51-53
• 5.6 PWM占空比控制模塊的軟件設(shè)計(jì)53-54
• 5.7 空調(diào)系統(tǒng)控制流程54-56
• 5.8 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)56-59
• 5.9 本章小結(jié)59-60
• 6.總結(jié)與展望60-62
• 6.1 總結(jié)60
• 6.2 展望60-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 附錄:碩士研究生學(xué)習(xí)期間發(fā)表論文66-67
• 致謝67-68

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