基于线阵CCD倾角传感器的车辆半主动悬架控制设计

1、本科毕业论文（设计）论文（设计）题目：基于线阵CCD倾角传感器的车辆半主动悬架控制设计学 院： 电气工程学院 专 业： 测控技术与仪器 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师: 2013年 6 月3日贵州大学本科毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。特此声明。论文（设计）作者签名： 日 期： 贵州大学本科毕业论文（设计）III目 录摘要IIAbstractIII第1章 绪论11.1 概述11.2 国内外研究现状和分析21.3 本设计的研究目的和意义21.4 本课题的主要内容3第2章 悬架系统与倾角传感器简介42.1 几种悬架介绍42.2 倾角传感器的简介52.3 线阵CCD传感器的简介7第3章 系统构成93.1 系统主要功能组成框图93.2 硬件设计93.2.1 CCD外围电路93.2.2 CCD 输出信号的二值化处理电路103.2.3单片机外围电路113.2.4 步进电机电路113.3 软件设计113.3.1 数据处理程序123.3

2、.2悬架控制程序及其流程图12第4章 结论13参考文献13致谢13附录一：总程序14附录二：总电路图及框图17摘 要悬 架 系 统 是 汽 车 的 重 要 组 成 部 分 之 一 。汽 车 悬 架 系 统 是 指 连 接 车 身 和 车 轮 之 间 全 部 零 部 件 的 总 称 ，主 要 由 弹 簧、减 振 器 和 转 向 机 构 三 大 部 分组 成 ，其 作 用 是 传 递 车 轮 和 车 架 之 间 的 一 切 力 和 力 矩 ，并 且 缓 和 由 不 平 路 面 传 给 车 架 ( 或 车 身 ) 的 冲 击 载 荷 ，衰 减 由 此 引 起 的 承 载 系 统 的 振 动 ，以 保 证 汽 车 的 平 稳 行 驶 。本设计以日本东芝公司TCD1304AP线阵CCD传感器为基础。利用电荷转移效率的工作原理测量车辆倾角的变化，通过单片机控制步进电机的转动来调节可调弹簧的刚度或可调减振器的阻尼力，使汽车保持平稳行驶。其信号处理电路包括CCD 驱动电路、CCD 信号二值化处理电路和二值化信号的捕获测量方法。其控制部分使用了AT89C51单片机对步进电机就行控制。利用CCD 进行角度

3、测量与传统传感器相比,不仅能够实现非接触检测, 而且有智能化、灵敏度高的特点。本设计在系统稳定性分析和Proteus软件系统仿真的基础上，完成电路模块功能和性能指标的确定，以及信号模拟和优化，模拟结果说明单元电路所实现的功能符合设计要求。关键词：CCD，二值化，Proteus，AT89C51单片机。AbstractSuspension system is an important part of car. The automobile suspension system is refers to the floorboard of the connection between the body and the wheels all parts, mainly by the spring, shock absorber and steering mechanism of three parts, its purpose is to pass all the force and moment between the wheels and the frame, and easing by t

4、he uneven road surface to the frame (or body) impact load, the attenuation caused by the vibration of bearing system, to ensure the smooth driving of vehicles. This design by Japans Toshiba TCD1304AP based on linear CCD sensor. Using the charge transfer efficiency of the change of the working principle of the measuring vehicle Angle, through the single-chip microcomputer control the rotation of the stepper motor to adjust the adjustable spring stiffness or adjustable shock absorber damping force

5、, keep the car running smoothly. The signal processing circuit includes CCD drive circuit, the CCD signal processing circuit of binarization and binary signal capture method. The control part USES the AT89C51 single chip microcomputer to control stepping motor. Angle measurement by CCD compared with traditional sensors, not only can realize the non-contact detection, and has the characteristic of intelligent, high sensitivity. This design on the system stability analysis and Proteus simulation s

6、oftware system on the basis of the complete circuit module function and the determination of performance indicators, as well as the signal simulation and optimization, and simulation results show that the unit circuit functions of comply with the design requirements. Key words: CCD, Binarization, Proteus, AT89C51 single chip microcomputer. 贵州大学本科毕业论文（设计）第 17 页第1章 绪论1.1 概述悬 架 系 统 是 汽 车 的 重 要 组 成 部 分 之 一 。汽 车 悬 架 系 统 是 指 连 接 车 身 和 车 轮 之 间 全 部 零 部 件 的 总 称 ，其 作 用 是 传 递 车 轮 和 车 架 之 间 的一 切 力 和 力 矩 ，并

7、且 缓 和 由 不 平 路 面 传 给 车 架 ( 或 车 身 ) 的 冲 击 载 荷 ，衰 减 由 此 引 起 的 承 载 系 统 的 振 动 ，以 保 证 汽 车 的 平 顺 行 驶 。【10】近年来，车辆悬架系统运用了多种控制方法来设计。主要控制理论有天棚原理、最优控制和自适应控制等，虽然优控制器也不能适应系统参数的不确定性，但是这些控制中最优控制方法是应用最为广泛的一种。然而模糊控制是迅速发展起来的一种新型控制方法，用到的控制参数大多由经验确定，往往不是最佳的。如果采用一些调整方法就可以提高控制器的性能，但是大多都不能实现在线优化模糊控制器的各种参数而且算法复杂，对控制器计算能力要求较高。而这些控制算法的数据都来源于传感器，线阵CCD倾角传感器就是众多倾角传感器中的很好选择，因为CCD(Charge Coupled Device)电荷耦合器件是二十世纪六七十代发展起来的一种半导体新型大规模集成光电器件，由于它在摄取和记录图像信息的方面独具有特色，并且又具有抗烧毁、分辨率高、体积小、功耗小和灵敏度高等优点，短短的30年，在图像检测技术领域中CCD器件取得了很快的发展。 CCD从结

8、构上分类主要分为线阵CCD、面阵CCD两种：线 阵 C C D 主 要 用 于 某 种 物 理 特 性 的 非 接 触 精 确 测 量 ，比 如 物 体 位 置 、大 小 尺 寸 等 方 面 ；面 阵 C C D 器 件 常 用 于 多 维 系 统 中 的 信 息 存 储 、图 像 记录等方面，本设计就是用到线阵CCD。 本文设计开发了以AT89C51单片机为主控件的半主动悬架控制系统，通过传感器采集数据，经过单片机进行数据处理，最终通过单片机控制节流口可调节减震器来控制汽车悬架。1.2 国内外研究现状和分析1973年，美国加州大学戴维斯分校的D.A.Crosby和D.C.Karnopp首次提出了半主动悬架的概念。基本原理就是：用可调阻尼或者可调刚度弹簧的减振器构成悬架，并且以弹簧载质量的加速度响应等反馈为输出信号，然 后 来 控 制 可 调 阻 尼 或 者 可 调 刚 度 弹 簧 的 阻 尼 来 达 到 较 好 的 减 振 效 果 ，半 主 动 悬 架 分 为 阻 尼 可 调 和 刚 度 可 调 。目 前 ，在 半 主 动 悬 架 的 控 制 研 究 中 ，以 对 阻 尼 控 制 的

9、 研 究 居 多。阻 尼 可 调 半 主 动 悬 架 又 可 分为 连 续 可 调 半 主 动 悬 架 和 有 级 可 调 半 主 动 悬 架 ，连 续 可 调 半 主 动 悬 架 的 阻 尼 系 数 在 一 定 的 范 围 内 可 连 续 变 化 ，而 有 级 可 调 半 主 动 悬 架 的 阻 尼 系 数 只 能 取 几 个 离 散 的 阻 尼 值 。车 辆 悬 架 系 统 发 展 的 方 向 是 开 发 具 有 安全、舒 适 和 清 洁 高 效 、节 能 、智 能 控 制 的 悬 架 。 然而悬架系统的开发依赖于传感器的发展，随着MEMS 技术的发展，倾角传感器件在过去的几年中成为最成功,应用最广泛的器件之一，而线阵CCD的就是惯性传感器件的杰出代表。现在的MEMS 有非常高的集成度的加速度计，即一个芯片上集成了传感系统与接口线路，来作为一个倾角传感器模块应用。倾角传感器模块把MEMS加速度计，MCU，A/D转换电路，通讯单元等全都集成在一块集成芯片上。用来直接输出角度等倾斜数据，直接使用。四十年来，CCD器件及其应用技术的研究取得了惊人的进展，尤其在非接触测量领域和图像传感的发展更为迅速。随着CCD技术不断发展，CCD技术应用的广度与深度必将越来越大。因为该系统具有精度高、测量速度快、稳定性好、非接触测量等特点,适合检测插针的直径和各种线材,并且信号易于进行数字化处理不需要模数转换 ,可以组成实时自动测量系统。1.3 本设计的研究目的和意义传统的汽车悬架一般具有固定的弹簧刚度和减振阻尼力它只能保证在一种特定的道路状态和速度下达到性能最优因而不能同时满足汽车行驶平顺性和操纵稳定性的要求。例如降低弹簧刚度平顺性会更好乘坐更舒适但会使

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