基于ARM Linux的電子控制油門設(shè)計

1.1　電控油門原理

　　工作時，由駕駛員發(fā)出轉(zhuǎn)速的控制指令，由節(jié)氣門開度傳感器采集發(fā)動機的轉(zhuǎn)速參數(shù)，并把信號輸入電控單元；電控單元將控制信號和反饋的節(jié)氣門位置信號進行比較，根據(jù)比較的結(jié)果來驅(qū)動執(zhí)行器改變節(jié)氣門的開度，使實際的開度與控制開度達到一致，從而實現(xiàn)車速的自動控制。

1.2　舵機控制原理

　　舵機是一種位置（角度）伺服驅(qū)動器，適用于那些角度需要不斷變化并可以保持的系統(tǒng)。S3003型舵機有3個引腳，分別為電源Vcc、地GND和控制線Signal?？刂菩盘栍蒘ignal通道進入信號調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓[2]。它的內(nèi)部有一個基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20 ms、寬度為15 ms的基準(zhǔn)信號，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，電壓差的正負輸出到電機驅(qū)動芯片以決定電機的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機轉(zhuǎn)速一定時，通過級聯(lián)減速齒輪帶動電位器旋轉(zhuǎn)，使得電壓差為0，電機停止轉(zhuǎn)動。

　　控制線的輸入是一個寬度可調(diào)的周期性方波脈沖信號，方波脈沖信號的周期為20 ms（即頻率為50 Hz）。當(dāng)方波的脈沖寬度改變時，舵機的角度發(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　舵機輸出轉(zhuǎn)角與輸入脈沖寬度關(guān)系

2　系統(tǒng)設(shè)計

　　本系統(tǒng)采用三星公司的S3C2410和Futaba公司的S3003型舵機分別作為控制器和執(zhí)行器，使用Linux操作系統(tǒng)，實驗平臺為濟南恒信有限公司的發(fā)動機實驗平臺。

圖2　系統(tǒng)流程

2.1　系統(tǒng)設(shè)計流程

　　系統(tǒng)流程如圖2所示?？刂破鱏3C2410完成各項初始化工作，接收來自操作人員的cmd指令，根據(jù)cmd的值來進行一系列的處理，包括停止執(zhí)行器、旋轉(zhuǎn)多少角度等。然后通過節(jié)氣門開度傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器計算出等效的cmd值，并與cmd進行比較以決定是進行下一次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，通過時鐘控制邏輯的PLL提高系統(tǒng)時鐘[3]。在三星公司的S3C2410A手冊中列出了推薦的幾種時鐘頻率，這里我們選用輸出時鐘頻率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模塊使用的時鐘是PCLK，所以PWM的輸入時鐘為50.7 MHz。

2.3　舵機驅(qū)動程序編寫

2.3.1　使用udev來動態(tài)建立設(shè)備節(jié)點

　　Linux 2.6系列的內(nèi)核使用udev來管理/dev目錄下的設(shè)備節(jié)點。同時它也用來接替devfs及hotplug的功能，這意味著它要在添加/刪除硬件時處理/dev目錄以及所有用戶空間的行為，包括加載firmware時。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/sbin/hotplug對它的通知[4]。

　　為了udev能夠正常工作，一個設(shè)備驅(qū)動程序要做的事情是通過sysfs將驅(qū)動程序所控制設(shè)備的主設(shè)備號和次設(shè)備號導(dǎo)出到用戶空間。udev在sysfs中的/class/目錄樹中搜索名為dev的文件，這樣內(nèi)核通過/sbin/hotplug接口調(diào)用它的時候，就能獲得分配給特定設(shè)備的主設(shè)備號和次設(shè)備號[5]。一個設(shè)備驅(qū)動程序只需要使用class_create接口為它所控制的每個設(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）