嵌入式系统在汽车中的应用

科信学院结课报告

二○一六年11 月27 日

1.绪论

本学期新加入了嵌入式系统这门课程，在刚接触这门课程时就觉得这门课程与单片机十分相似，感觉和单片机差不多。从20世纪七十年代单片机的出现到各式各样的嵌入式微处理器，微控制器的大规模应用，嵌入式系统已经有了近30年的发展历史。

嵌入式系统是用来控制或者监视机器、装置、工厂等大规模设备的系统。国内普遍认同的嵌入式系统定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。

本学期新加入了嵌入式系统这门课程，在刚接触这门课程时就觉得这门课程与单片机十分相似，感觉和单片机差不多。从20世纪七十年代单片机的出现到各式各样的嵌入式微处理器，微控制器的大规模应用，嵌入式系统已经有了近30年的发展历史。

嵌入式系统的出现最初是基于单片机的。70年代单片机的出现，使得汽车、家电、工业机器、通信装置以及成千上万种产品可以通过内嵌电子装置来获得更佳的使用性能：更容易使用、更快、更便宜。这些装置已经初步具备了嵌入式的应用特点，但是这时的应用只是使用8位的芯片，执行一些单线程的程序，还谈不上“系统”的概念。随着医疗电子、智能家居、物流管理和电力控制等方面的不断风靡，嵌入式系统利用自身积累的底蕴经验，重视和把握这个机会，想办法在已经成熟的平台和产品基础上与应用传感单元的结合，扩展物联和感知的支持能力，发掘某种领域物联网应用。作为物联网重要技术组成的嵌入式系统，嵌入式系统的视角有助于深刻地、全面地理解物联网的本质。

嵌入式系统（Embedded system），是一种“完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机系统”，根据英国电气工程师协会（ U.K. Institution of Electrical Engineer）的定义，嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或用于工厂运作的设备。与个人计算机这样的通用计算机系统不同，嵌入式系统通常执行的是带有特定要求的预先定义的任务。由于嵌入式系统只针对一项特殊的任务，设计人员能够对它进行优化，减小尺寸降低成本。嵌入式系统通常进行大量生产，所以单个的成本节约，能够随着产量进行成百上千的放大。[1]

嵌入式系统是用来控制或者监视机器、装置、工厂等大规模设备的系统。国内普遍认同的嵌入式系统定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。

嵌入式系统的核心是由一个或几个预先编程好以用来执行少数几项任务的微处理器或者单片机组成。与通用计算机能够运行用户选择的软件不同，嵌入式系统上的软件通常是暂时不变的；所以经常称为“固件”。

随着人们生活水平的日益提高和汽车技术的不断发展,汽车逐渐进入千家万户,中国各大城市的汽车保有量快速增加.近年来,全国经济发展驶入快车道,道路运输网络逐步完善,居民消费层次不断提升,全国“机动化”浪潮持续向前推进,驾车新手增多无疑增加了许多交通隐患. 嵌入式在汽车中的应用:

1:智能温度调控

2:电喷燃油系统控制

3:ABS 智能防侧滑失控系统控制

4:车内娱乐系统

5:智能雷达限速<与前后车保持距离,防止追尾!>

6:智能导航

7:智能驾驶<疲劳驾驶状态提醒,及酒后开车自动熄火,人工智能自动驾驶技术还在探索中....>

8:整车状态自检:胎压,制动系统,动力系统,及液压防震系统等!

随着汽车数量和驾车新手的急剧增加,交通事故、汽车盗抢也成为一个较为严峻的社会问题.虽然智能系统在各类汽车上的应用从某种程度上解决了汽车的安全问题,但一方面,汽车数量和驾车新手的增加,造成世界各类交通事故层出不全,死亡人

数逐年上涨.另一方面,随着盗贼手段的不断提高,大多的报警器容易迅速被破坏.一般的汽车报警的方式多为灯光闪烁或喇叭鸣响,报警车主不一定能得知.另外,盗贼弄坏报警器,偷走汽车后,外观稍加改动,汽车就很难被追踪到了.为了解决这些问题,我们常常利用ABS智能防侧滑失控系统、智能雷达限速系统、智能驾驶系统、整车状态自检控制系统、GPS等智能控制方式保护并跟踪汽车,在出现紧急情况时,可利用智能控制系统自动保护控制,防止事故发生或降低事故的等级,利用GSM短信模块随时向车主或公安部门发送汽车的GPS定位信息,加快破案速度。

随着全球环境和能源问题的日益严重，对于无污染新能源电动汽车的开发显得格外令人瞩目。由于传统的燃油汽车存在的种种弊端，无污染、零排放、效率高的电动汽车被誉为二十一世纪改变人类生活的十大高科技之首。燃料电池汽车整车控制器是燃料电池汽车的控制核心，直接影响到汽车的安全和运行性能。整车控制技术也随着电子技术、智能控制技术的发展而发展。而近年来嵌入式系统的普及为我们提供了新的解决思路，以往无操作系统的控制系统已经不能满足控制系统的高可靠性、高实时性的要求。采用高性能的微处理器英飞凌XC164CS，并引入嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ，对整车控制技术的发展具有重要的现实意义。本文对整车控制器的技术现状和技术发展趋势进行了分析，并提出了基于嵌入式系统的智能整车控制器的解决方案。对嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ的内核结构进行了研究，深入研究了μC/OS-Ⅱ的任务管理、内存管理、中断管理以及任务间的同步和通信管理。并对其在微处理器上移植进行了研究，在英飞凌XC164CS微控制器中引入了嵌入式操作系统。对整车控制硬件系统进行了研究和设计，在此基础上进行驱动控制和能量管理软件开发。结合燃料电池电动汽车整车控制，本文对整车控制操纵控制策略、能量配比控制策略进行了研究，引入模糊控制思想，成功开发了适合于燃料电池电动车的整车控制系统。基于嵌入式操作系统内核μC/OS-Ⅱ，使得软件系统的开发模块化，可靠性得到了提高，同时软件可移植性好。方案中所采用的技术比较成熟，切实可行。

为了提高车载导航系统的功能，针对嵌入式系统的特点，在分析了车载导航系统及嵌入式技术的基础上，指出嵌入式操作系统是开发车载导航系统的首选途径，对嵌入式技术在车载导航系统中应用的关键技术进行了研究。得出使用嵌入式操作系统是开发车载导航系统最佳途径，并且介绍了嵌入式操作系统在车载导肮系统中的相关技术和要领。

车载导航系统应用

GPS车辆应用系统一般分为两大类：车辆跟踪系统和车辆导航系统。它们在功能上截然不同，一种是用于车辆的防盗，一种则是用于车辆的自主导航。由于“只接受，不发射”信号是GPS是接收系统的一大特点，所以用于防盗的GPS跟踪系统就是要借助通信网络以及政府配套系统给GPS车载防盗仪，提供收取使用费用的解决方案。而车载导航仪是通过接受卫星信号，配合电子地图数据，适时掌握自己的方位与目的地，自主导航的模式不收取任何使用费用，用户可以根

据自己的需要有选择的购买地图数据。

车辆导航系统中的GPS定位

车辆导航系统主要由控制单元

(CPU ),显示单元、GPS 接收单元组成。GPS 系统有24 颗GPS 卫星分布在空间6 个近地轨道面上。如果地面接收机同时收到4颗以上的卫星信号就能根据卫星的精确位置及发送信号的时刻通过计算便可求出接收机的三维位置三维方向以及运动速度和时间信息并送给控制单元。控制单元对这些信息进行处理把处理后的位置坐标与存储在

CD-ROM中的电子地图信息相匹配，便可确定汽车在电子地图中的准确位置送显示单元显示帮助驾驶确定车辆的方位实现导航。同时还可实现路线推荐查询位置等多种功