專利名稱：基于PowerPC處理器的工程機械車載智能控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于工程機械控制技術領域，特別是一種基于PowerPC處理器的工程機械車載智能控制器。
背景技術：
隨著我國基礎建設的發(fā)展，工程車在交通建設、工程建筑等領域發(fā)揮著越來越大的作用，需求數(shù)量也在逐年遞增。作為工程機械車控制系統(tǒng)的核心，工程機械車載控制器接收外部傳感器、開關、踏板、操縱桿等輸入裝置的輸入信號，同時也控制工程車輛的動態(tài)狀態(tài)，完成車載電機、電磁閥、燈、機械傳動裝置的啟動與停止等操作。工程機械車載控制器對各種輸入輸出接口的種類與數(shù)量、運行可靠性有較高的要求，工程機械車載控制器的性能水平直接決定了工程機械車的實際作業(yè)的性能水平。目前，工程機械車載控制器多被歐美等國家的產(chǎn)品壟斷，國內(nèi)能從事相關產(chǎn)品設計開發(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，也不具有防雷擊、防錯接等保護功能，在使用中有諸多不便，因而不能滿足生產(chǎn)建設中的需求。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種基于PowerPC處理器的工程機械車載智能控制器，以滿足工程機械系統(tǒng)的對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。實現(xiàn)本實用新型目的的技術解決方案為基于PowerPC處理器的工程機械車載智能控制器，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，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，主控制器模塊還對電源管理模塊的電源輸出進行控制。本實用新型與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點為輸入端口和輸出端口的種類與數(shù)量大大擴展，可以直接收電阻/電壓/電流型傳感器的模擬輸入信號、開關量信號、頻率計數(shù)信號、編碼信號等，可以輸出多路PWM信號、開關量信號、最高15A輸出的大電流信號以及動態(tài)連續(xù)可調(diào)電壓信號等，因而通用性強；另外，由于采用了保護性的安全措施，具有防雷擊、 防水、防塵、抗震動、防錯接等特點，是一款通用性強、可靠性高的工程機械車載控制器，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，可滿足多種工程機械車的實際應用需求。
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述。
圖1為本實用新型的基于PowerPC處理器的工程機械車載智能控制器原理框圖。圖2為本實用新型的基于PowerPC處理器的工程機械車載智能控制器中高精度模擬量輸入模塊電路圖。圖3為本實用新型的基于PowerPC處理器的工程機械車載智能控制器中動態(tài)連續(xù)可調(diào)電壓輸出模塊電路圖。
具體實施方式
本實用新型的一種基于PowerPC處理器的工程機械車載智能控制器，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，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，主控制器模塊還對電源管理模塊的電源輸出進行控制。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、頻率計數(shù)輸入模塊、編碼輸入模塊和點火信號輸入模塊。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，信號輸入端a與第一電阻Rl的一端連接，信號輸入端a同時與第二電阻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的另一端同時與信號輸出端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的另一端并與信號輸出端e連接，第二電容C2的另一端接地，信號輸入端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，信號輸入端c與P溝道MOS管T2的柵極連接，信號輸入端c同時與第六電阻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架構的處理器及其配置電路、擴展的大容量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開關量輸出模塊、15A 雨刷器驅(qū)動輸出模塊和動態(tài)連續(xù)可調(diào)電壓輸出模塊。動態(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、運算放大器U1、濾波電感 Li，信號輸入端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的另一端同時與運算放大器Ul的同相輸入端連接，第四電容C4的另一端接地，運算放大器Ul的反相輸入端與第十電阻RlO的一端連接，運算放大器Ul的反相輸入端同時與第十一電阻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，運算放大器Ul的輸出端與第六電容C6的另一端連接，運算放大器Ul的輸出端同時與濾波電感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的另一端同時與信號輸出端g連接，運算放大器Ul的正電源端與供電電源+VDD連接，運算放大器Ul的負電源端與地連接。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位信號。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，負責對整板工作狀態(tài)的跟蹤監(jiān)視，所述的監(jiān)控模塊還包含輸出控制模塊，負責接收主控制器模塊或看門狗模塊輸出的控制信號，使能或關閉向外的輸出。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展模塊。下面結合實施例對本實用新型做進一步詳細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路頻率計數(shù)輸入通道、5路數(shù)字編碼輸入通道和1路點火信號輸入通道。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10V。頻率計數(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。點火輸入信號為控制器的使能開關，控制器檢測到點火開關有效后，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)境適應性強的特點。為了保證MPC555能夠正常運行， 對其進行了外部擴展，具體擴展了 512KB的外部RAM用以實時運行程序、2MB的外部FLASH 用以存儲程序，128K的外部EEPROM用以保存配置信息。MPC處理器正常運行時，能夠接收處理各種外部輸入信號，控制各種輸出信號，并實時電壓值和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功能，可防止意外高壓對接口電路的損壞。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開關量輸出通道、3路15A雨刷器驅(qū)動輸出通道、2路動態(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進行控控制。對于2. 5A P麗輸出，其實際輸出的電流值由監(jiān)測模塊實時跟蹤監(jiān)測，以保證輸出的精度。所有的PWM輸出、 4A開關量輸出和15A雨刷器驅(qū)動都有短路保護、開路檢測功能。動態(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/開關量/雨刷器驅(qū)動輸出上拉電壓值監(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實時跟蹤電壓值的變化。而對于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算放大器放大后輸入MPC555 再進行測量。所述的看門狗模塊包括看門狗處理器及其外圍擴展電路。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，輸出才會有效。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?？撮T狗為一套獨立的運行體系，它也可以實時監(jiān)測板溫和電壓值，當它發(fā)現(xiàn)有異常產(chǎn)生的情況下可以切斷所有的對外輸出。所述的電源管理模塊包括控制器電源輸出供應、復位控制、外部傳感器供電電路。 電源管理模塊實現(xiàn)對整個控制器的供電管理，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/開關量/雨刷器驅(qū)動輸出上拉電壓，也可輸出供外部傳感器使用的+5V/+10V電壓。在點火開關信號有效的情況下電池管理模塊才會向外輸出，反之點火開關無效的情況下電源管理模塊進入休眠模式，以節(jié)約電能。另外，電源管理模塊還向控制器提供復位信號。
權利要求1.一種基于PowerPC處理器的工程機械車載智能控制器，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，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，主控制器模塊還對電源管理模塊的電源輸出進行控制。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于PowerPC處理器的工程機械車載智能控制器，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、頻率計數(shù)輸入模塊、編碼輸入模塊和點火信號輸入模塊。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于PowerPC處理器的工程機械車載智能控制器，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]，信號輸入端a與第一電阻[R1]的一端連接，信號輸入端 a同時與第二電阻[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]的另一端同時與信號輸出端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]的另一端并與信號輸出端e連接，第二電容[C2]的另一端接地，信號輸入端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，信號輸入端c與P溝道MOS管[T2]的柵極連接，信號輸入端c同時與第六電阻[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)權利要求1所述的基于PowerPC處理器的工程機械車載智能控制器，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開關量輸出模塊、15A雨刷器驅(qū)動輸出模塊和動態(tài)連續(xù)可調(diào)電壓輸出模塊。
5.根據(jù)權利要求4所述的基于PowerPC處理器的工程機械車載智能控制器，其特征在于，所述動態(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]、運算放大器[U1]、濾波電感[Li]，信號輸入端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]的另一端同時與運算放大器[U1]的同相輸入端連接，第四電容[C4] 的另一端接地，運算放大器[U1]的反相輸入端與第十電阻[R10]的一端連接，運算放大器 [U1]的反相輸入端同時與第十一電阻[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，運算放大器[U1] 的輸出端與第六電容[C6]的另一端連接，運算放大器[U1]的輸出端同時與濾波電感[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]的另一端同時與信號輸出端g連接，運算放大器[U1]的正電源端與供電電源+VDD連接，運算放大器[U1]的負電源端與地連接。
專利摘要本實用新型公開了一種基于PowerPC處理器的工程機械車載智能控制器。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，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，主控制器模塊還對電源管理模塊的電源輸出進行控制?？蓾M足工程車機械控制系統(tǒng)的應用需求。
文檔編號G05B19/048GK202217159SQ201120264619
公開日2012年5月9日 申請日期2011年7月26日 優(yōu)先權日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 申請人:中國船舶重工集團公司第七一六研究所