專利名稱：基于PowerPC處理器的工程機(jī)械車載智能控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工程機(jī)械控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于PowerPC處理器的工程機(jī)械車載智能控制器。
背景技術(shù)：
隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展，工程車在交通建設(shè)、工程建筑等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越大的作用，需求數(shù)量也在逐年遞增。作為工程機(jī)械車控制系統(tǒng)的核心，工程機(jī)械車載控制器接收外部傳感器、開關(guān)、踏板、操縱桿等輸入裝置的輸入信號(hào)，同時(shí)也控制工程車輛的動(dòng)態(tài)狀態(tài)，完成車載電機(jī)、電磁閥、燈、機(jī)械傳動(dòng)裝置的啟動(dòng)與停止等操作。工程機(jī)械車載控制器對(duì)各種輸入輸出接口的種類與數(shù)量、運(yùn)行可靠性有較高的要求，工程機(jī)械車載控制器的性能水平直接決定了工程機(jī)械車的實(shí)際作業(yè)的性能水平。目前，工程機(jī)械車載控制器多被歐美等國家的產(chǎn)品壟斷，國內(nèi)能從事相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的單位較少，且性能水平與國外產(chǎn)品還存在一定的差距，現(xiàn)有的控制器輸入端口或輸出端口種類不夠豐富、數(shù)量不夠多、通用性不強(qiáng)，也不具有防雷擊、防錯(cuò)接等保護(hù)功能，在使用中有諸多不便，因而不能滿足生產(chǎn)建設(shè)中的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于PowerPC處理器的工程機(jī)械車載智能控制器，以滿足工程機(jī)械系統(tǒng)的對(duì)控制器接口種類和數(shù)量、控制器可配置性和可靠性的要求。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為基于PowerPC處理器的工程機(jī)械車載智能控制器，其特征在于，包括輸入模塊、主控制器模塊、輸出模塊、電源管理模塊、監(jiān)控模塊和看門狗模塊，所述輸入模塊與主控制器模塊相連接，將外界輸入的信號(hào)傳輸給主控制器模塊， 主控制器模塊與輸出模塊相連接，將控制信號(hào)傳輸給輸出模塊；監(jiān)控模塊分別與主控制器模塊、看門狗模塊、輸出模塊相連接，將輸出模塊的工作狀態(tài)傳輸給主控制器模塊和看門狗模塊，同時(shí)，主控制器模塊與看門狗模塊也通過監(jiān)控模塊控制輸出模塊的輸出；電源管理模塊與其它模塊相連接，為其提供電源，主控制器模塊還對(duì)電源管理模塊的電源輸出進(jìn)行控制。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為輸入端口和輸出端口的種類與數(shù)量大大擴(kuò)展，可以直接收電阻/電壓/電流型傳感器的模擬輸入信號(hào)、開關(guān)量信號(hào)、頻率計(jì)數(shù)信號(hào)、 編碼信號(hào)等，可以輸出多路PWM信號(hào)、開關(guān)量信號(hào)、最高15A輸出的大電流信號(hào)以及動(dòng)態(tài)連續(xù)可調(diào)電壓信號(hào)等，因而通用性強(qiáng)；另外，由于采用了保護(hù)性的安全措施，具有防雷擊、防水、防塵、抗震動(dòng)、防錯(cuò)接等特點(diǎn)，是一款通用性強(qiáng)、可靠性高的工程機(jī)械車載控制器，其功能和性能要優(yōu)于國內(nèi)同類產(chǎn)品，與國外高端產(chǎn)品相當(dāng)，可滿足多種工程機(jī)械車的實(shí)際應(yīng)用需求。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明的基于PowerPC處理器的工程機(jī)械車載智能控制器原理框圖。圖2為本發(fā)明的基于PowerPC處理器的工程機(jī)械車載智能控制器中高精度模擬量輸入模塊電路圖。圖3為本發(fā)明的基于PowerPC處理器的工程機(jī)械車載智能控制器中動(dòng)態(tài)連續(xù)可調(diào)電壓輸出模塊電路圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的一種基于PowerPC處理器的工程機(jī)械車載智能控制器，包括輸入模塊、 主控制器模塊、輸出模塊、電源管理模塊、監(jiān)控模塊和看門狗模塊，所述輸入模塊與主控制器模塊相連接，將外界輸入的信號(hào)傳輸給主控制器模塊，主控制器模塊與輸出模塊相連接， 將控制信號(hào)傳輸給輸出模塊；監(jiān)控模塊分別與主控制器模塊、看門狗模塊、輸出模塊相連接，將輸出模塊的工作狀態(tài)傳輸給主控制器模塊和看門狗模塊，同時(shí)，主控制器模塊與看門狗模塊也通過監(jiān)控模塊控制輸出模塊的輸出；電源管理模塊與其它模塊相連接，為其提供電源，主控制器模塊還對(duì)電源管理模塊的電源輸出進(jìn)行控制。所述輸入模塊包括高精度模擬量輸入模塊、模擬/數(shù)字量輸入模塊、頻率計(jì)數(shù)輸入模塊、編碼輸入模塊和點(diǎn)火信號(hào)輸入模塊。高精度模擬量輸入模塊包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、 第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第一電容Cl、第二電容C2、N溝道MOS管Tl和P溝道MOS管T2，信號(hào)輸入端a與第一電阻Rl的一端連接，信號(hào)輸入端a同時(shí)與第二電阻R2的一端連接，第一電阻Rl的另一端與第一電容Cl的一端連接，第一電阻Rl的另一端同時(shí)與信號(hào)輸出端d連接，第一電容Cl的另一端接地，第二電阻R2的另一端與第三電阻R3的一端相連接，第二電阻R2的另一端同時(shí)與N溝道MOS管Tl的漏極連接，第三電阻R3的另一端與第四電阻R4的一端連接，第三電阻R3的另一端同時(shí)與P溝道MOS管T2的漏極、第七電阻R7的一端連接，第七電阻R7的另一端接地，第四電阻R4的另一端與第二電容C2的一端連接，第四電阻R4的另一端并與信號(hào)輸出端e連接，第二電容C2的另一端接地，信號(hào)輸入端b與N溝道MOS管Tl的柵極連接，N溝道MOS管Tl的源極接地，輸入信號(hào)端b與第五電阻R5的一端連接，第五電阻R5的另一端與地連接，信號(hào)輸入端c與P溝道MOS管T2的柵極連接，信號(hào)輸入端c同時(shí)與第六電阻R6的一端連接，第六電阻R6另一端與供電電源+VDD 連接，P溝道MOS管T2的源極與供電電源+VDD連接。主控制器包括PowerPC架構(gòu)的處理器及其配置電路、擴(kuò)展的大容量SRAM、FLASH、 EEPROM和調(diào)試下載電路。所述的通信接口模塊包括了 1路RS232、1路LIN、2路CAN接口及其匹配電路和保護(hù)電路。所述輸出模塊包括2. 5A PWM輸出模塊、4A PWM輸出模塊、4A開關(guān)量輸出模塊、15A 雨刷器驅(qū)動(dòng)輸出模塊和動(dòng)態(tài)連續(xù)可調(diào)電壓輸出模塊。動(dòng)態(tài)連續(xù)可調(diào)電壓輸出模塊包括第八電阻R8、第九電阻R9、第十電阻R10、第十一電阻R11、第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5、第六電容C6、運(yùn)算放大器U1、濾波電感 Li，信號(hào)輸入端f與第八電阻R8的一端連接，第八電阻R8的另一端與第三電容C3的一端連接、第八電阻R8的另一端同時(shí)與第九電阻R9的一端連接，第三電容C3的另一端與地連
5接，第九電阻R9的另一端與第四電容C4的一端連接，第九電阻R9的另一端同時(shí)與運(yùn)算放大器Ul的同相輸入端連接，第四電容C4的另一端接地，運(yùn)算放大器Ul的反相輸入端與第十電阻RlO的一端連接，運(yùn)算放大器Ul的反相輸入端同時(shí)與第十一電阻Rll的一端、第五電容C5的一端、第六電容C6的一端連接，第十電阻RlO的另一端接地，第五電容C5的另一端接地，運(yùn)算放大器Ul的輸出端與第六電容C6的另一端連接，運(yùn)算放大器Ul的輸出端同時(shí)與濾波電感Ll的一端連接，濾波電感Ll的另一端與第十一電阻Rll的另一端連接，濾波電感Ll的另一端同時(shí)與信號(hào)輸出端g連接，運(yùn)算放大器Ul的正電源端與供電電源+VDD連接，運(yùn)算放大器Ul的負(fù)電源端與地連接。所述的電源管理模塊包括控制器內(nèi)部電源輸出模塊、復(fù)位控制模塊、外部傳感器供電模塊，并可為主控投制模塊和看門狗模塊提供復(fù)位信號(hào)。所述的監(jiān)控模塊包括板溫監(jiān)測模塊、電源電壓監(jiān)測模塊、輸出電流監(jiān)測模塊，負(fù)責(zé)對(duì)整板工作狀態(tài)的跟蹤監(jiān)視，所述的監(jiān)控模塊還包含輸出控制模塊，負(fù)責(zé)接收主控制器模塊或看門狗模塊輸出的控制信號(hào)，使能或關(guān)閉向外的輸出。所述的看門狗模塊包括看門狗處理器、配置模塊以及外部擴(kuò)展模塊。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述
所述的輸入模塊包括8路高精度模擬量輸入通道、12路模擬/數(shù)字量輸入通道、8路頻率計(jì)數(shù)輸入通道、5路數(shù)字編碼輸入通道和1路點(diǎn)火信號(hào)輸入通道。輸入模塊的高精度模擬量輸入通道可配置成電壓式、電流式或電阻式三種不同的工作方式，以適應(yīng)不同類型的傳感器接口。模擬/數(shù)字量輸入接口輸入電壓不超過IOV0頻率計(jì)數(shù)輸入可以接收ΙΟ-ΙΟΟΟΟΗζ 的頻率量，最高輸出電壓不超過車載電池電壓。的數(shù)字電壓量的輸入。點(diǎn)火輸入信號(hào)為控制器的使能開關(guān)，控制器檢測到點(diǎn)火開關(guān)有效后，才使能電源輸出。
所述的主控制器模塊選用了 PowerPC處理器MPC555，工作頻率40MHz，32位總線寬度，具有集成端口豐富、可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。為了保證MPC555能夠正常運(yùn)行， 對(duì)其進(jìn)行了外部擴(kuò)展，具體擴(kuò)展了 512KB的外部RAM用以實(shí)時(shí)運(yùn)行程序、2MB的外部FLASH 用以存儲(chǔ)程序，128K的外部EEPROM用以保存配置信息。MPC處理器正常運(yùn)行時(shí)，能夠接收處理各種外部輸入信號(hào)，控制各種輸出信號(hào)，并實(shí)時(shí)電壓值和PWM輸出的電流值。主控制器模塊包括了 1路RS232、1路LIN、2路CAN接口及其匹配電路和保護(hù)電路。RS232最高支持 115200bps的波特率，LIN接口最高支持20kpbs的波特率，CAN接口最高支持5001cbpS的波特率。支持終端匹配或無終端匹配兩種不同的端接方式。三種接口都具有保護(hù)功能，可防止意外高壓對(duì)接口電路的損壞。所述的輸出模塊包括8路2. 5A PWM輸出通道、4路4A P麗輸出通道，16路4A開關(guān)量輸出通道、3路15A雨刷器驅(qū)動(dòng)輸出通道、2路動(dòng)態(tài)連續(xù)可調(diào)電壓輸出通道。2. 5A PWM和 4A PWM輸出分別支持最高2. 5A和4A的輸出電流，由MPC555進(jìn)行控控制。對(duì)于2. 5A P麗輸出，其實(shí)際輸出的電流值由監(jiān)測模塊實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測，以保證輸出的精度。所有的PWM輸出、 4A開關(guān)量輸出和15A雨刷器驅(qū)動(dòng)都有短路保護(hù)、開路檢測功能。動(dòng)態(tài)連續(xù)可調(diào)電壓輸出支持209Γ80%外部電池電壓的輸出，支持范圍內(nèi)電壓動(dòng)態(tài)連續(xù)可調(diào)。所述的監(jiān)控模塊包括板溫監(jiān)測、電池電壓監(jiān)測、+5V電壓監(jiān)測、+3. 3V電壓監(jiān)測、外部傳感器+5V/+10V電壓監(jiān)測、PWM/開關(guān)量/雨刷器驅(qū)動(dòng)輸出上拉電壓值監(jiān)測和2. 5Α PWM 輸出電流值監(jiān)測電路。在監(jiān)測模塊中，所有的電壓監(jiān)測都是通過電阻分壓得到合適的電壓值后接入MPC555，由MPC555實(shí)時(shí)跟蹤電壓值的變化。而對(duì)于2. 5A PWM輸出電流值的監(jiān)測， 則將電流值通過一只高精度的電阻，將電阻兩端的壓降通過運(yùn)算放大器放大后輸入MPC555 再進(jìn)行測量。所述的看門狗模塊包括看門狗處理器及其外圍擴(kuò)展電路。MPC555可以控制所有輸出接口的輸出，但需要看門狗與MPC555 —同有效時(shí)，輸出才會(huì)有效。MPC555與看門狗協(xié)同控制的方式，可以大大提高控制器的可靠性。看門狗為一套獨(dú)立的運(yùn)行體系，它也可以實(shí)時(shí)監(jiān)測板溫和電壓值，當(dāng)它發(fā)現(xiàn)有異常產(chǎn)生的情況下可以切斷所有的對(duì)外輸出。所述的電源管理模塊包括控制器電源輸出供應(yīng)、復(fù)位控制、外部傳感器供電電路。 電源管理模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)控制器的供電管理，可輸出控制器內(nèi)部電路所需的+5V、+3. 3的電源電壓，以及+6V的PWM/開關(guān)量/雨刷器驅(qū)動(dòng)輸出上拉電壓，也可輸出供外部傳感器使用的+5V/+10V電壓。在點(diǎn)火開關(guān)信號(hào)有效的情況下電池管理模塊才會(huì)向外輸出，反之點(diǎn)火開關(guān)無效的情況下電源管理模塊進(jìn)入休眠模式，以節(jié)約電能。另外，電源管理模塊還向控制器提供復(fù)位信號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種基于PowerPC處理器的工程機(jī)械車載智能控制器，其特征在于，包括輸入模塊、 主控制器模塊、輸出模塊、電源管理模塊、監(jiān)控模塊和看門狗模塊，所述輸入模塊與主控制器模塊相連接，將外界輸入的信號(hào)傳輸給主控制器模塊，主控制器模塊與輸出模塊相連接， 將控制信號(hào)傳輸給輸出模塊；監(jiān)控模塊分別與主控制器模塊、看門狗模塊、輸出模塊相連接，將輸出模塊的工作狀態(tài)傳輸給主控制器模塊和看門狗模塊，同時(shí)，主控制器模塊與看門狗模塊也通過監(jiān)控模塊控制輸出模塊的輸出；電源管理模塊與其它模塊相連接，為其提供電源，主控制器模塊還對(duì)電源管理模塊的電源輸出進(jìn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PowerPC處理器的工程機(jī)械車載智能控制器，其特征在于，所述輸入模塊包括高精度模擬量輸入模塊、模擬/數(shù)字量輸入模塊、頻率計(jì)數(shù)輸入模塊、編碼輸入模塊和點(diǎn)火信號(hào)輸入模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于PowerPC處理器的工程機(jī)械車載智能控制器，其特征在于，高精度模擬量輸入模塊包括第一電阻[R1]、第二電阻[R2]、第三電阻[R3]、第四電阻 [R4]、第五電阻[R5]、第六電阻[R6]、第七電阻R[7]、第一電容[Cl]、第二電容[C2]、N溝道 MOS管[Tl]和P溝道MOS管[T2]，信號(hào)輸入端a與第一電阻[R1]的一端連接，信號(hào)輸入端 a同時(shí)與第二電阻[R2]的一端連接，第一電阻[R1]的另一端與第一電容[Cl]的一端連接， 第一電阻[R1]的另一端同時(shí)與信號(hào)輸出端d連接，第一電容[Cl]的另一端接地，第二電阻 [R2]的另一端與第三電阻[R3]的一端相連接，第二電阻[R2]的另一端同時(shí)與N溝道MOS 管[Tl]的漏極連接，第三電阻[R3]的另一端與第四電阻[R4]的一端連接，第三電阻[R3] 的另一端同時(shí)與P溝道MOS管[T2]的漏極、第七電阻[R7]的一端連接，第七電阻[R7]的另一端接地，第四電阻[R4]的另一端與第二電容[C2]的一端連接，第四電阻[R4]的另一端并與信號(hào)輸出端e連接，第二電容[C2]的另一端接地，信號(hào)輸入端b與N溝道MOS管[Tl] 的柵極連接，N溝道MOS管[Tl]的源極接地，輸入信號(hào)端b與第五電阻[R5]的一端連接，第五電阻[R5]的另一端與地連接，信號(hào)輸入端c與P溝道MOS管[T2]的柵極連接，信號(hào)輸入端c同時(shí)與第六電阻[R6]的一端連接，第六電阻[R6]另一端與供電電源+VDD連接，P溝道MOS管[T2]的源極與供電電源+VDD連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PowerPC處理器的工程機(jī)械車載智能控制器，其特征在于，所述輸出模塊包括2. 5A PWM輸出模塊、4A PWM輸出模塊、4A開關(guān)量輸出模塊、15A雨刷器驅(qū)動(dòng)輸出模塊和動(dòng)態(tài)連續(xù)可調(diào)電壓輸出模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于PowerPC處理器的工程機(jī)械車載智能控制器，其特征在于，所述動(dòng)態(tài)連續(xù)可調(diào)電壓輸出模塊包括第八電阻[R8]、第九電阻[R9]、第十電阻[R10]、 第十一電阻[R11]、第三電容[C3]、第四電容[C4]、第五電容[C5]、第六電容[C6]、運(yùn)算放大器[U1]、濾波電感[Li]，信號(hào)輸入端f與第八電阻[R8]的一端連接，第八電阻[R8]的另一端與第三電容[C3]的一端連接、第八電阻[R8]的另一端同時(shí)與第九電阻[R9]的一端連接，第三電容[C3]的另一端與地連接，第九電阻[R9]的另一端與第四電容[C4]的一端連接，第九電阻[R9]的另一端同時(shí)與運(yùn)算放大器[U1]的同相輸入端連接，第四電容[C4] 的另一端接地，運(yùn)算放大器[U1]的反相輸入端與第十電阻[R10]的一端連接，運(yùn)算放大器 [U1]的反相輸入端同時(shí)與第十一電阻[R11]的一端、第五電容[C5]的一端、第六電容[C6] 的一端連接，第十電阻[R10]的另一端接地，第五電容[C5]的另一端接地，運(yùn)算放大器[U1] 的輸出端與第六電容[C6]的另一端連接，運(yùn)算放大器[U1]的輸出端同時(shí)與濾波電感[Li]的一端連接，濾波電感[Li]的另一端與第十一電阻[R11]的另一端連接，濾波電感[Li]的另一端同時(shí)與信號(hào)輸出端g連接，運(yùn)算放大器[U1]的正電源端與供電電源+VDD連接，運(yùn)算放大器[U1]的負(fù)電源端與地連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于PowerPC處理器的工程機(jī)械車載智能控制器。該控制器采用模塊化、智能化的設(shè)計(jì)思路，通過一體化設(shè)計(jì)技術(shù)、可靠性硬件設(shè)計(jì)與嵌入式底層固件整合技術(shù)和防水防雷設(shè)計(jì)技術(shù)，以高可靠性、低功耗處理器為核心，包括輸入模塊、主控制器模塊、輸出模塊、電源管理模塊、監(jiān)控模塊和看門狗模塊，具有防水、防雷、抗震動(dòng)、耐摔擊等特點(diǎn)，適合在惡劣的工程環(huán)境下使用，其功能和性能要優(yōu)于國內(nèi)同類產(chǎn)品，與國外高端產(chǎn)品相當(dāng)，可滿足工程車機(jī)械控制系統(tǒng)的應(yīng)用需求。
文檔編號(hào)G05B19/04GK102354132SQ201110209209
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月26日
發(fā)明者何海波, 吳小勇, 孫波, 王勇, 王愛林, 羅先培, 蘇培培, 鄧燁峰, 鄭波祥, 黃璇 申請(qǐng)人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一六研究所