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基于InfineonXC2785X的SCR电控系统平台开发

作　者: 王伟
导　师: 袁新枚
学　校: 吉林大学
专　业: 动力工程
关键词: SCR电控系统 XC2785X 开发平台硬件电路底层软件
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 71次
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内容摘要

为了维护人类赖以生存的自然环境，解决全球日益严峻的环境污染问题，各国政府都相继出台了一系列严苛的汽车排放法规。在我国，随着国IV、国V等排放法规的日趋推进，降低汽车污染物排放的控制技术也成为了一项重要的研究课题。目前，单纯地依靠机内净化技术已难以满足排放法规的要求，必须辅助有效的排放后处理技术，其中选择性催化还原技术（Selective Catalytic Reduction，SCR）以其良好的燃油经济性、较高的NOX转换效率，已被公认为未来柴油机排放后处理的主流控制技术。本文参考国外先进的汽车电控系统开发方案，分析了国内柴油机SCR电控系统开发的实际需求，提出了一套完整的柴油机SCR电控系统平台设计方案，并基于InfineonXC2785X微控制器实现了该方案。本文进行的主要工作如下：1.针对目前主流的柴油机SCR电控系统，详细地分析了其系统组成、工作原理及催化器内的主要化学反应过程。根据柴油机SCR电控系统开发平台所需的算法复杂程度及其对单片机外设的功能及数量需求，选用了Infineon XC2785X作为实现柴油机SCR电控系统平台设计的核心控制器。2.利用Infineon XC2785X微控制器内部自带的外设资源，设计完成了柴油机SCR电控系统开发平台的硬件电路。该电路除包括单片机基本的CAN通讯、JTAG调试接口等电路外，还针对SCR系统设计了用于采集压力、温度等传感器信号的10路信号调理电路；用于喷嘴、阀等执行器驱动的16路智能低端驱动电路；以及用于泵电机驱动的1路H桥驱动电路。3.完成了SCR电控系统开发平台的底层软件设计。利用初始化配置工具DAvE软件对InfineonXC2785X进行了系统初始化和基本函数库生成。在此基础上，通过在C语言结构体中加入函数指针，设计了一种以C语言形式实现面向对象的编程方法，完成了对底层软件中各个功能底层对象的封装。上层控制算法可以方便地调用和设置这些底层对象，实现对硬件资源的安全操作。4.利用Visual C++软件开发工具设计了专门的上位机软件。该软件通过USB-CAN接口卡与本平台硬件系统进行数据通讯，可以实现高速数据采集、实时信息显示、参数标定等功能，为SCR控制算法开发提供了方便的人机交互界面。5.利用实验室现有设备和条件搭建了开发平台功能测试环境，分别进行了CAN通讯、模拟量信号采集、脉冲调制信号捕捉、低端驱动等实验。实验结果表明，本系统可以很好地实现设计要求中的各项底层功能，满足SCR电控系统开发的需求。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
第1章绪论  13-21
  1.1 引言  13-14
  1.2 降低柴油机 NOx 排放的控制技术  14-16
  1.3 柴油机 SCR 技术的研究与应用现状  16-19
    1.3.1 国外研究及应用现状  16-18
    1.3.2 国内研究及应用现状  18-19
  1.4 课题的提出及本文主要研究内容  19-21
    1.4.1 课题的提出  19
    1.4.2 本文主要研究内容  19-21
第2章 SCR 电控系统原理分析及其平台方案设计  21-29
  2.1 SCR 电控系统原理分析  21-24
    2.1.1 SCR 电控系统的组成  21-22
    2.1.2 SCR 电控系统的工作原理  22-23
    2.1.3 SCR 降低 NOx 的主要化学反应  23-24
  2.2 SCR 电控系统平台的功能需求分析  24
  2.3 SCR 电控系统平台的总体方案设计  24-27
    2.3.1 微控制器芯片的选择  24-26
    2.3.2 总体方案设计  26-27
  2.4 本章小结  27-29
第3章 SCR 电控系统平台的硬件系统设计  29-39
  3.1 硬件系统架构设计  29-30
  3.2 微控制器模块设计  30-31
  3.3 电源管理模块设计  31-32
  3.4 信号调理模块设计  32-34
    3.4.1 模拟量信号调理电路  32-33
    3.4.2 开关量信号调理电路  33
    3.4.3 脉冲信号调理电路  33-34
  3.5 功率驱动模块设计  34-36
    3.5.1 低端驱动电路  34-35
    3.5.2 H 桥驱动电路  35-36
  3.6 CAN 通信接口设计  36-37
  3.7 JTAG 调试接口设计  37-38
  3.8 本章小结  38-39
第4章 SCR 电控系统平台的底层软件设计  39-55
  4.1 底层软件设计方法  39-41
  4.2 DIO 底层结构体设计  41-44
    4.2.1 模块功能分析  41-42
    4.2.2 底层结构体设计  42-44
  4.3 CAP 底层结构体设计  44-46
    4.3.1 模块功能分析  44-45
    4.3.2 底层结构体设计  45-46
  4.4 ADC 底层结构体设计  46-48
    4.4.1 模块功能分析  46-47
    4.4.2 底层结构体设计  47-48
  4.5 PWM 底层结构体设计  48-50
    4.5.1 模块功能分析  48-49
    4.5.2 底层结构体设计  49-50
  4.6 SPI 底层结构体设计  50-52
    4.6.1 模块功能分析  50-51
    4.6.2 底层结构体设计  51-52
  4.7 CAN 底层结构体设计  52-54
    4.7.1 模块功能分析  52-53
    4.7.2 底层结构体设计  53-54
  4.8 本章小结  54-55
第5章 SCR 电控系统平台的系统功能测试  55-63
  5.1 功能测试环境的搭建  55-56
  5.2 上位机软件的设计  56-57
  5.3 平台系统功能测试  57-62
    5.3.1 JTAG 及 CAN 通信测试  57-58
    5.3.2 模拟量信号采集测试  58-59
    5.3.3 脉冲调制信号捕捉测试  59-60
    5.3.4 功率驱动输出测试  60-62
  5.4 本章小结  62-63
第6章全文总结及工作展望  63-65
  6.1 全文总结  63-64
  6.2 工作展望  64-65
参考文献  65-69
致谢  69

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