基于SOPC的纯电动汽车热泵型空调控制器设计与实现

【摘要】：随着现代化进程的加快,地球资源的消耗越来越多,产生的污染越来越严重,针对这种局面,国家发布了一系列政策。这些可持续发展政策,旨在普及和推广纯电动汽车及插电式混合动力汽车。由于热泵技术能够解决纯电动汽车电能消耗的问题,对热泵型纯电动汽车空调系统的研究成为热点。本文利用FPGA作为控制器,研发了一种基于SOPC的纯电动汽车热泵型空调控制器。本系统使用片上系统SOPC技术,采用自上向下的设计方法,将Nios II软核处理器、PIO接口、JTAG控制器、EPCS Flash控制器、SDRAM存储器、显示控制器等外部设备嵌入到一片FPGA芯片中,通过CAN总线通讯方式,对空调系统的直流压缩机、电子膨胀阀、四通换向阀、内风机和外风机等其他负载进行控制,采用模糊控制算法实现车内温度的控制精度达到±1℃,同时实时显示各工况的运行状态。本文对课题的研究现状和发展趋势进行了研究和分析,根据系统需求,对FPGA芯片、EPCS Flash芯片、外部存储器SDRAM、显示器和温度传感器等进行了芯片选型,确定了系统的总体设计方案。以E-PLAY-EP3C80 FPGA开发板为平台,对显示器、温度采集、按键等外围电路进行了硬件设计。以Quartus II 9.0为硬件开发工具,具体介绍了Nios II软核处理器、SDRAM存储器、JTAG控制器、EPCS Flash控制器、温度数据采集接口、直流压缩机控制和显示控制器等模块的硬件配置。借助软件开发工具Nios II IDE 9.0,结合C/C++语言,完成了各模块的软件设计,进行了软件仿真和系统联调,完成了系统的开发与调试。结果表明,以FPGA为物理载体完成片上系统的设计,具有可移植性强、灵活高效、成本低、设计周期短等优点。最后,根据系统的调试结果,对所完成工作进行了总结和分析,并提出了展望。 【关键词】：热泵型 SOPC 纯电动汽车 空调控制器 Quartus II Nios II
【学位授予单位】：中原工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.72;U463.851
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1.绪论10-16
• 1.1 课题研究的背景与意义10-12
• 1.2 课题研究现状与发展趋势12-15
• 1.2.1 国内研究现状13
• 1.2.2 国外研究现状13-14
• 1.2.3 发展趋势14-15
• 1.3 课题的研究内容15-16
• 2.总体方案设计16-19
• 2.1 系统参数要求16
• 2.2 系统方案设计16-18
• 2.3 本章小结18-19
• 3.系统硬件电路设计19-31
• 3.1 主控制模块的电路设计19-20
• 3.1.1 主控制芯片介绍19-20
• 3.1.2 下载配置接口20
• 3.2 显示控制模块的电路设计20-22
• 3.3 外部存储单元设计22-23
• 3.4 温度数据采集模块的电路设计23-25
• 3.5 直流压缩机转速控制模块硬件设计25-26
• 3.6 CAN总线接口电路设计26-27
• 3.7 其它外围电路硬件设计27-29
• 3.7.1 电源电路27-28
• 3.7.2 系统复位电路及时钟设计28-29
• 3.7.3 按键电路设计29
• 3.8 硬件抗干扰措施29-30
• 3.9 本章小结30-31
• 4.片上系统的硬件配置31-40
• 4.1 开发工具和流程介绍31-33
• 4.1.1 Quartus II简介31-32
• 4.1.2 Nios II IDE简介32
• 4.1.3 片上系统的开发流程32-33
• 4.2 NiosⅡ软核处理器33-34
• 4.2.1 Nios II处理器简介33
• 4.2.2 Avalon总线简介33
• 4.2.3 外部设备33-34
• 4.3 片上系统硬件配置34-39
• 4.3.1 Nios II系统硬件配置34-38
• 4.3.2 温度数据采集模块的设计38
• 4.3.3 PWM波控制器模块的设计38-39
• 4.3.4 时钟模块的硬件设计39
• 4.5 本章小结39-40
• 5.系统软件设计及实现40-60
• 5.1 Nios II集成开发环境介绍40-41
• 5.2 系统的控制策略41-44
• 5.3 系统主控模块的软件设计44-46
• 5.3.1 系统主控程序设计44-45
• 5.3.2 模糊控制子程序设计45-46
• 5.4 温度数据采集模块的软件设计46-51
• 5.4.1 温度传感器初始化46-47
• 5.4.2 温度传感器写操作47-48
• 5.4.3 温度传感器读操作48-49
• 5.4.4 温度数据采集49-50
• 5.4.5 温度数据采集结果50-51
• 5.5 显示控制模块的软件设计51-53
• 5.6 PWM占空比控制模块的软件设计53-54
• 5.7 空调系统控制流程54-56
• 5.8 系统联调56-59
• 5.9 本章小结59-60
• 6.总结与展望60-62
• 6.1 总结60
• 6.2 展望60-62
• 参考文献62-66
• 附录:硕士研究生学习期间发表论文66-67
• 致谢67-68

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