基于ARM Linux的電子控制油門(mén)設(shè)計(jì)

1.1　電控油門(mén)原理

　　工作時(shí)，由駕駛員發(fā)出轉(zhuǎn)速的控制指令，由節(jié)氣門(mén)開(kāi)度傳感器采集發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速參數(shù)，并把信號(hào)輸入電控單元；電控單元將控制信號(hào)和反饋的節(jié)氣門(mén)位置信號(hào)進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器改變節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度，使實(shí)際的開(kāi)度與控制開(kāi)度達(dá)到一致，從而實(shí)現(xiàn)車(chē)速的自動(dòng)控制。

1.2　舵機(jī)控制原理

　　舵機(jī)是一種位置（角度）伺服驅(qū)動(dòng)器，適用于那些角度需要不斷變化并可以保持的系統(tǒng)。S3003型舵機(jī)有3個(gè)引腳，分別為電源Vcc、地GND和控制線Signal。控制信號(hào)由Signal通道進(jìn)入信號(hào)調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓[2]。它的內(nèi)部有一個(gè)基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20 ms、寬度為15 ms的基準(zhǔn)信號(hào)，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。最后，電壓差的正負(fù)輸出到電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片以決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，通過(guò)級(jí)聯(lián)減速齒輪帶動(dòng)電位器旋轉(zhuǎn)，使得電壓差為0，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

　　控制線的輸入是一個(gè)寬度可調(diào)的周期性方波脈沖信號(hào)，方波脈沖信號(hào)的周期為20 ms（即頻率為50 Hz）。當(dāng)方波的脈沖寬度改變時(shí)，舵機(jī)的角度發(fā)生改變，角度變化與脈沖寬度成正比。其輸出軸轉(zhuǎn)角與輸入脈沖寬度關(guān)系如圖1所示。

圖1　舵機(jī)輸出轉(zhuǎn)角與輸入脈沖寬度關(guān)系

2　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)采用三星公司的S3C2410和Futaba公司的S3003型舵機(jī)分別作為控制器和執(zhí)行器，使用Linux操作系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為濟(jì)南恒信有限公司的發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

圖2　系統(tǒng)流程

2.1　系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

　　系統(tǒng)流程如圖2所示。控制器S3C2410完成各項(xiàng)初始化工作，接收來(lái)自操作人員的cmd指令，根據(jù)cmd的值來(lái)進(jìn)行一系列的處理，包括停止執(zhí)行器、旋轉(zhuǎn)多少角度等。然后通過(guò)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器計(jì)算出等效的cmd值，并與cmd進(jìn)行比較以決定是進(jìn)行下一次cmd的判斷，還是調(diào)整執(zhí)行器的角度。

2.2　設(shè)置Linux系統(tǒng)時(shí)鐘頻率

　　為了降低電磁干擾和降低板間布線要求，芯片外接的晶振頻率通常很低，通過(guò)時(shí)鐘控制邏輯的PLL提高系統(tǒng)時(shí)鐘[3]。在三星公司的S3C2410A手冊(cè)中列出了推薦的幾種時(shí)鐘頻率，這里我們選用輸出時(shí)鐘頻率FCLK=20280 MHz的配置，即PLL控制寄存器中的：MDIV=161(0xa1)、PDIV=3、SDIV=1。

　　在UBoot的board/smdk2410/smdk2410.c中進(jìn)行設(shè)置：

#define M_MDIV 0xA1

#define M_PDIV 0x3

#define M_SDIV 0x1

int board_init (void){

　　……

　　/* configure MPLL */

　　clk_power﹥MPLLCON = ((M_MDIV ﹤﹤ 12) + (M_PDIV ﹤﹤ 4) + M_SDIV);

　　……

}

　　在UBoot的cpu/arm920t/start.S中設(shè)置FCLK、HCLK、PCLK的比例：

　　/* FCLK:HCLK:PCLK = 4:2:1*/

　　ldrr0, =CLKDIVN

　　mov r1, #3

　　strr1, [r0]

　　由以上程序可知FCLK=202.80 MHz，HCLK=10140 MHz，PCLK=50.70 MHz，而S3C2410的PWM模塊使用的時(shí)鐘是PCLK，所以PWM的輸入時(shí)鐘為50.7 MHz。

2.3　舵機(jī)驅(qū)動(dòng)程序編寫(xiě)

2.3.1　使用udev來(lái)動(dòng)態(tài)建立設(shè)備節(jié)點(diǎn)

　　Linux 2.6系列的內(nèi)核使用udev來(lái)管理/dev目錄下的設(shè)備節(jié)點(diǎn)。同時(shí)它也用來(lái)接替devfs及hotplug的功能，這意味著它要在添加/刪除硬件時(shí)處理/dev目錄以及所有用戶空間的行為，包括加載firmware時(shí)。udev依賴于sysfs輸出到用戶空間的所有設(shè)備信息，以及當(dāng)設(shè)備添加或者刪除時(shí)/sbin/hotplug對(duì)它的通知[4]。

　　為了udev能夠正常工作，一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序要做的事情是通過(guò)sysfs將驅(qū)動(dòng)程序所控制設(shè)備的主設(shè)備號(hào)和次設(shè)備號(hào)導(dǎo)出到用戶空間。udev在sysfs中的/class/目錄樹(shù)中搜索名為dev的文件，這樣內(nèi)核通過(guò)/sbin/hotplug接口調(diào)用它的時(shí)候，就能獲得分配給特定設(shè)備的主設(shè)備號(hào)和次設(shè)備號(hào)[5]。一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序只需要使用class_create接口為它所控制的每個(gè)設(shè)備創(chuàng)建該文件。 linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）