《電子技術應用》
您所在的位置:首頁 > 嵌入式技術 > 設計應用 > 基于XC2287M的工程機械ECU設計
基于XC2287M的工程機械ECU設計
2014年電子技術應用第12期
何海波
(江蘇自動化研究所,江蘇 連云港222061)
摘要: ECU是工程機械電控系統的核心部件,目前國內中高端ECU市場基本被國外廠商所壟斷。設計了一款基于XC2287M微控制器的工程機械智能ECU,采用CODESYS軟PLC作為編程平臺,支持IEC 61131-3定義的5種標準PLC語言進行編程。所設計的ECU擁有豐富的I/O資源和完善的安全保護機制,能夠廣泛應用于各種工程機械控制系統,打破國外廠商對ECU市場的壟斷。
中圖分類號: TP332.3
文獻標識碼: A
文章編號: 0258-7998(2014)12-0027-03
Design of ECU for construction machinery based on XC2287M
He Haibo
Jiangsu Automation Research Institute,Lianyungang 222061,China
Abstract: ECU is a core component of the control system for construction machinery, and the current domestic market of ECU is almost monopolized by foreign manufacturers. This paper introduces the design of an intelligent ECU based on XC2287M microcontroller, using CODESYS Soft-PLC which supports five IEC 61131-3 defined PLC languages as the programming platform. The designed ECU has highly multiplexed input and out modules and rich I/O resources, providing sufficient safety protection mechanisms. It can be widely used in a variety of control systems, breaking the monopoly of foreign manufacturers on ECU market.
Key words : XC2287M;ECU;CODESYS;IEC 61131-3;Soft-PLC

 0 引言

  工程機械ECU(Electronic Control Unit)是工程機械的核心控制部件之一,它通過各種安裝在動力系統、執行機構上的傳感器,感知系統的運行狀態,以用戶的預期運動為目標,由其內部的控制算法實現工程機械的狀態控制[1]。目前國內ECU廠商較少,且產品性能偏低,國內ECU市場基本被國外產品所壟斷。

  基于英飛凌公司新一代C166v2架構微控制器XC2287M[2]設計了一款智能ECU,擁有高度復用的輸入輸出模塊和豐富的I/O資源,軟件上采用工程機械控制領域廣泛應用的CODESYS軟PLC平臺,支持IEC 61131-3定義的5種標準PLC語言進行編程[3-4]。

1 硬件設計

  設計的ECU采用XC2287M作為處理核心,通過XC2287M的外設資源擴展PWM、DO、DI、AI和PI等工程機械常用輸入輸出接口。硬件部分包括主處理電路和外圍電路,外圍電路由電源電路、存儲器電路、安全監控電路、輸入輸出電路和通信接口電路等組成。

  1.1 主處理電路

  主處理電路選用英飛凌公司具有32位性能的16/32位微控制器XC2287M作為控制核心,外圍電路基于XC2287M的外設資源進行擴展。XC2287M將高性能CPU和一組功能強大的外設單元以高效的方式互連,并集成到一顆芯片中,其原理框圖如圖1所示。

001.jpg

  XC2287M的最高工作頻率為80 MHz,擁有16位外部數據總線,具有兩個可同步ADC、一個16通道捕獲/比較單元CC2、最多4個可產生靈活PWM信號的捕獲/比較單元CCU6、兩個多功能通用定時器單元GPT、最多8個通用串行通道USIC、最多6個CAN節點的MultiCAN和最多119個GPIO等豐富的外設資源,完全能夠滿足工程機械智能ECU的硬件需求。

  1.2 電源電路


002.jpg

  工程機械ECU由主機的蓄電池供電,電源電路將電池電壓轉換為ECU所需的3.3 V、5 V等內部電壓,并對電源反接、過壓和過流等進行保護。電源電路如圖2所示,其允許的輸入電壓范圍為9~36 V。

  電源電路選用英飛凌公司的TLE6368多電壓處理器供電芯片[5],它具有高效調壓系統、5.5 V~60 V寬輸入電壓、待機功耗低、可通過SPI進行控制和診斷,非常適合于車載12 V/24 V蓄電池供電系統。TLE6368的輸入級使用肖特基二級管和瞬態抑制二級管實現電源反接和過壓保護;SPI接口與XC2287M的USIC相連,控制TRACK LDO輸出,并可關斷所有電源供電,使系統進入待機狀態;WAKE引腳與整車的點火線開關相連,控制系統的上電,MCU監測WAKE引腳的狀態,當檢測到點火線開關關閉時,通過SPI關閉所有供電輸出。TLE6368為數字和模擬外設提供1路高達800 mA的5 V輸出,主處理器和與主處理器相連的數字電路使用3.3 V輸出,6路TRACK LDO輸出并聯起來提供高達100 mA的5 V傳感器供電輸出。

  1.3 功率級輸出電路


003.jpg

  功率級輸出用于控制外部電磁閥、電機等執行器,實現對整車動作的控制。圖3為2.5 A功率級輸出電路的原理圖。BTS5125L為2路智能高邊開關,導通電阻90 mΩ,負載電流可達3.7 A,提供短路保護、過壓保護、ESD保護和過熱關斷等功能,可通過狀態反饋引腳監測輸出狀態,支持阻性、容性和感性負載。

  BTS5215L的輸入引腳與XC2287M的CCU63的輸出引腳相連,實現PWM輸出和DO輸出的復用,可滿足不同負載需求。XC2287M的I/O端口在上電復位時為弱上拉,而BTS5215L的輸入為高有效,需要在輸入引腳連接10 kΩ下拉電阻以確保功率級在上電時處于關斷狀態。BTS5215L的GND引腳連接100 Ω電阻實現反向電池電壓保護,輸出引腳連接的續流二級管可支持感性負載。為了增加ECU的靈活性,BTS5215L的輸出引腳通過分壓電阻網絡與MCU的輸入引腳相連,通過軟件可以將輸出端口復用為輸入。

  1.4 安全監控電路

  安全監控電路選用英飛凌公司高性能8051微控制器XC866。XC2287M通過USIC與XC866的SSC相連,XC866工作在SPI從模式,用于監控系統的工作狀態,控制安全繼電器,并與工作在SPI主模式的XC2287M共同控制所有功率級輸出的使能。

  XC2287M和XC866各有一個GPIO用作功率級使能信號(PWREN#),所有的功率級輸出(PWM和DO)都受MCU_PWREN#和DOG_PWREN#的共同控制,只有兩者都有效時,功率級輸出才被使能。

  1.5 通信接口電路

  ECU通過CAN總線連接支持CAN總線的傳感器,CAN總線還作為ECU與CODESYS編程環境的通信通道。通信接口電路由XC2287M的MultiCAN外接CAN總線收發器構成[6],其電路原理圖如圖4所示。

004.jpg

  設計中XC2287M的工作電壓為3.3 V,CAN總線收發器選用NXP公司的TJA1042T/3,它兼容3 V~5 V微處理器接口,由VIO(I/O電平適配)引腳決定接口電平。為了提高兼容性,圖4中芯片的第5引腳連接了2個可選電阻,RXD引腳連接了2.2 kΩ限流電阻,該電路可兼容3 V~5 V系統,應用時可根據需要選擇CAN總線收發器。設計中使用了分裂終端電阻形式,可以有效減少電磁發射并具有更高的抗干擾性。

2 軟件設計

  2.1 軟件總體框架

  設計的ECU運行CODESYS軟PLC運行時,構建了適合IEC 61131-3標準的開放式、可擴展ECU平臺。ECU軟件由Bootloader、BSP和C語言算法庫、安全監控服務和CODESYS運行時、IEC接口層、IEC應用層等構成,其軟件架構框圖如圖5所示。

005.jpg

  Bootloader用于系統程序下載和升級維護;BSP包含硬件驅動程序,為上層提供平臺無關的接口;C語言算法庫實現復雜的控制算法,為應用程序提供算法加速;安全監控服務對系統運行狀態進行監測;CODESYS運行時為用戶IEC程序提供運行環境,并通過Debug接口實現程序的斷點調試;IEC程序通過外部庫接口和I/O映像與運行時和外部硬件進行數據交互。

  2.2 Bootloader設計

  工程機械ECU通常工作在較為惡劣的現場環境中,為了達到特定的防護等級,一般采用密封的外殼結構。為了方便后續的升級與維護,需要在ECU中實現Bootloader,其工作流程如圖6所示。

006.jpg

  Bootloader是系統上電之后運行的第一段程序,它首先執行基本的系統初始化和通信接口初始化,然后一直輪詢以檢查是否有上位機更新請求。當接收到更新請求時,進入更新服務流程,若100 ms內無更新請求,檢查Flash中指定位置的應用程序是否有效,有效時執行相應的程序,無效時則進入更新服務流程。

  2.3 CODESYS運行時移植

  使用基于IEC 61131-3標準的CODESYS編程環境對硬件設備進行編程之前,在設備中必須安裝部署CODESYS運行時?;赬C2287M的運行時移植主要包括對Main.c、RtsCst.c、RtsCst.h、RtsInc.h、RtsUsr.h、RtsUtil.c和RtsCan.c等文件的修改與適配。

  RtsCst.c是移植工作的重點和難點,它主要為運行時提供I/O配置解析、I/O映像讀寫、外部庫函數接口的實現,以及IEC程序的保存與加載等功能。在移植中需要根據ECU的外設實現CstIOConfigChanged、CstReadInputs、CstWriteOutputs、CstGetExtRefTable、CstFlashProgram和CstLoadProgram等函數接口。

  運行時通過外部庫函數表為IEC程序提供外部庫函數接口。函數CstGetExtRefTable返回用戶外部庫函數表s_ExtRefTable的指針。s_ExtRefTable是以NULL結尾的結構體ExtRef的數組,其成員結構為:

  typedef struct tagExtRef {

  char szName[32];//外部庫函數名稱,通常為大寫

  void(*pFunction)(void);//外部庫函數的函數指針

  } ExtRef;

  其中,szName為在CODESYS編程環境中調用此外部庫函數時使用的樁函數名稱,pFunction為指向運行時中相應函數的函數指針。任何需要由運行時導出給IEC程序使用的用戶函數都需要包含在s_ExtRefTable中,C語言算法庫也由它提供給IEC程序調用。

  2.4 安全監控軟件設計

  為了滿足工程機械的安全性要求,設計的ECU采用了雙CPU架構。XC2287M為主CPU,負責執行主要功能;XC866為看門狗CPU,負責對整個ECU進行安全監控,并在異常時關斷安全關鍵的外部輸出,確保系統安全。ECU的安全狀態轉換如圖7所示。

007.jpg

  系統上電后,整個系統處于初始狀態,所有功率級輸出被關閉。主CPU嘗試與看門狗CPU建立通信,并下載安全關鍵的外設配置到看門狗CPU。成功建立通信后,看門狗CPU開始監測安全關鍵外設和主CPU的狀態,整個系統進入正常工作狀態。隨后主CPU與看門狗CPU周期性的交換狀態數據,當通信中斷或外設異常時,主CPU和看門狗CPU都將進入安全狀態,并關閉所有安全關鍵的功率輸出。

3 結束語

  設計的ECU具有豐富的I/O資源和完善的安全保護機制,支持在系統失效時切換到預定義的安全輸出狀態,保證異常條件下ECU及外圍設備的安全。ECU軟件遵循IEC 61131-3標準,可以通過CODESYS進行用戶編程,支持5種標準PLC編程語言,提供豐富的外部庫函數接口。本設計具有編程靈活、性能穩定、安全可靠、易于擴展等諸多優點,可以廣泛應用于各種工程機械控制系統。設計的ECU目前已經成功應用于包括挖掘機、推土機、高空作業車、大噸位平板車等在內的多種工程機械車型,取得了良好的經濟效益。

參考文獻

  [1] 王國慶,劉潔,張宗濤,等.工程機械智能化控制器研究[J].筑路機械與施工機械化,2008,25(3):73-75.

  [2] Infineon Technologies AG.XC2200M Derivatives user′s manual V2.0[D/OL].(2009-03)[2014-09].http://www.infi- neon.com.

  [3] 3S-Smart Software Solutions GmbH.The CoDeSys runtime system For C16x Infineon processors V2.2[D/OL].(2001-03)[2014-09].http://www.codesys.com.

  [4] 王麗麗,康存鋒,馬春敏,等.基于CoDeSys的嵌入式軟PLC系統的設計與實現[J].現代制造工程,2007(3):54-56.

  [5] Infineon Technologies AG.TLE6368/SONIC data sheet V2.1[D/OL].(2006-12)[2014-09].http://www.infineon.com.

  [6] 張素偉,王志剛,王紅,等.基于Infineon單片機的CAN網關研究[J].電子技術應用,2009(12):125-127.

基金項目:國家自然科學基金項目(61303045);江蘇省自然科學基金項目(BK2012237)

此內容為AET網站原創,未經授權禁止轉載。
热re99久久精品国产66热_欧美小视频在线观看_日韩成人激情影院_庆余年2免费日韩剧观看大牛_91久久久久久国产精品_国产原创欧美精品_美女999久久久精品视频_欧美大成色www永久网站婷_国产色婷婷国产综合在线理论片a_国产精品电影在线观看_日韩精品视频在线观看网址_97在线观看免费_性欧美亚洲xxxx乳在线观看_久久精品美女视频网站_777国产偷窥盗摄精品视频_在线日韩第一页
  • <strike id="ygamy"></strike>
  • 
    
      • <del id="ygamy"></del>
        <tfoot id="ygamy"></tfoot>
          <strike id="ygamy"></strike>
          国产精品三区www17con| 影音先锋成人资源站| 韩国视频理论视频久久| 欧美日韩三区| 欧美在线视频一区二区| 国产午夜精品久久久久久免费视| 99国产欧美久久久精品| 日韩一级欧洲| 久久精品2019中文字幕| 欧美系列精品| 久久综合九色欧美综合狠狠| 欧美成人一二三| 在线不卡中文字幕| 国产精品久久久久一区二区三区共| 韩国av一区二区三区在线观看| 亚洲高清av在线| 欧美一区二区成人6969| 欧美精品日日鲁夜夜添| 欧美日韩爆操| 欧美第十八页| 伊人狠狠色j香婷婷综合| 久久亚洲欧美| 在线欧美日韩| 国产精品美女在线| 91久久精品美女高潮| 国产区欧美区日韩区| 美女久久一区| 欧美日韩专区| 亚洲专区一区| 久久成人精品无人区| 中文av字幕一区| 国产精品一区2区| 亚洲免费一级电影| 欧美久久综合| 在线视频欧美精品| 一本色道久久综合亚洲二区三区| 亚洲精品韩国| 国产精品色一区二区三区| 国产女人精品视频| 午夜视频在线观看一区二区三区| 午夜在线观看免费一区| 国产精品欧美在线| 性色一区二区三区| 欧美一站二站| 国产精品永久| 可以免费看不卡的av网站| 欧美一区二区高清在线观看| 影音先锋亚洲视频| 久久这里有精品15一区二区三区| 中国成人在线视频| 欧美少妇一区二区| 久久人人精品| 久久久国产精品亚洲一区| 亚洲国产网站| 伊人成人网在线看| 国产日产欧美a一级在线| 国产午夜一区二区三区| 亚洲自拍高清| 久久精品一区二区三区四区| 亚洲一区在线播放| 小嫩嫩精品导航| 国产欧美va欧美不卡在线| 欧美极品欧美精品欧美视频| 亚洲一区二区三区国产| 亚洲久久视频| 在线综合亚洲| 一区二区三区国产精品| 在线视频免费在线观看一区二区| 欧美一级大片在线观看| 国内精品久久久久国产盗摄免费观看完整版| 国产视频一区在线观看一区免费| 欧美日韩精品二区第二页| 亚洲国产视频直播| 久久精品av麻豆的观看方式| 最近中文字幕mv在线一区二区三区四区| 国产精品av久久久久久麻豆网| 久久综合99re88久久爱| 国产精品igao视频网网址不卡日韩| 久久精品一区二区国产| 亚洲精品四区| 国内成+人亚洲| 欧美一区二区免费视频| 99re国产精品| 国产综合欧美在线看| 国产精品久久久久久久一区探花| 国产精品一区二区在线观看网站| 99这里只有精品| 国产精品蜜臀在线观看| 国产精品第一页第二页第三页| 欧美日韩伦理在线| 国产免费成人在线视频| 欧美在线视屏| 欧美日本中文字幕| 欧美成年人在线观看| 久久国产66| 美脚丝袜一区二区三区在线观看| 性欧美video另类hd性玩具| 国产精品视频免费一区| 欧美伊人影院| 久热re这里精品视频在线6| 伊人久久av导航| 性做久久久久久久久| 国产精品卡一卡二| 玖玖精品视频| 1024日韩| 性欧美大战久久久久久久久| 99精品国产高清一区二区| 精品av久久707| 日韩午夜在线| 艳女tv在线观看国产一区| 夜夜嗨av一区二区三区网站四季av| 国产午夜精品麻豆| 久久xxxx精品视频| 亚洲麻豆一区| 欧美高清在线一区二区| 亚洲电影观看| 久久婷婷久久一区二区三区| 欧美午夜电影在线观看| 亚洲高清在线观看一区| 欧美视频在线观看免费网址| 欧美色另类天堂2015| 久久人人爽国产| 欧美性大战xxxxx久久久| 亚欧成人精品| 国产婷婷97碰碰久久人人蜜臀| 午夜精品久久一牛影视| 欧美国产精品人人做人人爱| 亚洲日本va在线观看| 亚洲中无吗在线| 亚洲色在线视频| 欧美一区二区黄| aa日韩免费精品视频一| 久久香蕉国产线看观看av| 欧美视频日韩视频在线观看| 欧美美女bb生活片| 久久久美女艺术照精彩视频福利播放| 国产精品免费网站在线观看| 国产精品99一区二区| 久久精品一二三区| 国产精品日韩在线观看| 亚洲黄色一区| 在线观看亚洲视频啊啊啊啊| 亚洲人成欧美中文字幕| 在线观看日韩www视频免费| 亚洲欧美综合| 亚洲午夜久久久| 亚洲图片激情小说| av成人手机在线| 国产欧美一区二区三区久久人妖| 欧美日韩免费区域视频在线观看| 欧美精品自拍| 美女91精品| 欧美一区二区视频在线| 午夜精品久久久久久久99水蜜桃| 麻豆freexxxx性91精品| 国产日韩专区| 亚洲字幕在线观看| 久久在线免费观看视频| 久久亚洲欧美国产精品乐播| 国产亚洲精品久久久久久| 韩国欧美国产1区| 中文在线资源观看视频网站免费不卡| 久久精品国产视频| 亚洲国产成人在线| 欧美在线精品免播放器视频| 亚洲精品123区| 亚洲欧美另类综合偷拍| 在线观看福利一区| 欧美专区第一页| 美脚丝袜一区二区三区在线观看| 亚洲在线一区| 欧美国产欧美亚州国产日韩mv天天看完整| 久久亚洲精品网站| 欧美激情在线观看| 亚洲视频999| 亚洲国产精品va在线看黑人| 国产精品久久久久久久久搜平片| 亚洲激情成人在线| 葵司免费一区二区三区四区五区| 欧美亚洲在线视频| 国产精品亚洲激情| 亚洲国产人成综合网站| 久久精品国产久精国产爱| 久久视频在线视频| 免费视频一区| 亚洲国产精品久久久久秋霞蜜臀| 极品少妇一区二区三区| 国产精品揄拍一区二区| 国产伦精品一区二区三区高清| 日韩视频一区二区三区在线播放免费观看| 欧美怡红院视频一区二区三区| 一本色道**综合亚洲精品蜜桃冫| 狠狠色丁香婷婷综合影院| 国产精品久久久久久久久免费| 美女视频网站黄色亚洲| 亚洲小视频在线| 亚洲一区二区三区乱码aⅴ| 午夜精品福利视频| 欧美一区1区三区3区公司| 日韩午夜免费视频| 国产欧美日韩中文字幕在线| 国产一区二区三区直播精品电影| 欧美午夜电影网| 国产精品一区视频网站| 国产精品久久久久国产精品日日| 欧美日韩在线直播| 欧美精品久久久久久久久老牛影院| 免费成人av| 欧美精品成人| 国产精品大全| 欧美激情视频一区二区三区不卡| 亚洲看片网站| 亚洲国产精品成人久久综合一区| 亚洲人体大胆视频| 午夜精品一区二区三区四区| 亚洲人成人一区二区三区| 国产日韩欧美在线| 欧美成人激情视频| 欧美亚洲免费电影| 亚洲欧美中文另类| 欧美日韩精品在线| 在线免费观看日韩欧美| 亚洲电影免费在线观看| 亚洲精品在线视频观看| 欧美成年人视频网站欧美| 国产日韩精品一区二区| 国产毛片精品视频| 久久精品一区二区三区四区| 亚洲美女网站| 欧美日韩高清一区| 亚洲高清不卡在线| 狠狠v欧美v日韩v亚洲ⅴ| 玖玖精品视频| 精品成人在线视频| 欧美国产日产韩国视频| 国产精品免费福利| 欧美激情四色| 欧美日韩三区四区| 免费观看欧美在线视频的网站| 国产精品国产三级欧美二区| 欧美日本不卡高清| 欧美国产日韩xxxxx| 欧美第一黄网免费网站| 久久久久九九视频| 欧美一区二区在线| 香蕉久久夜色精品| 欧美经典一区二区| 国产精品久久久久久久久久久久久| 亚洲三级视频在线观看| 国产综合久久久久影院| 牛夜精品久久久久久久99黑人| 国产日产亚洲精品系列| 黄色一区二区在线| 国产日韩一区二区三区在线| 亚洲级视频在线观看免费1级| 欧美黄色成人网| 国产亚洲第一区| 欧美激情亚洲综合一区| 亚洲精品一区二区在线| 欧美成人午夜| 91久久精品国产91久久性色| 欧美福利在线| 久久精品免费| 99re热这里只有精品免费视频| 在线视频成人| 99视频一区| 日韩午夜精品| 欧美大片在线观看一区| 欧美99久久| 欧美日韩精品免费看| 欧美成人精精品一区二区频| 欧美一区二区精美| 欧美影视一区| 亚洲精品麻豆| 欧美日韩免费观看一区二区三区| 好吊一区二区三区| 在线不卡视频| 免播放器亚洲一区| 久久国产黑丝| 国产精品家教| 久久夜色精品国产噜噜av| 在线一区日本视频| 欧美紧缚bdsm在线视频| 亚洲小视频在线观看| 亚洲男女自偷自拍图片另类| 国产精品羞羞答答| 久久久综合精品| 欧美日韩国产黄| 国产精品美女久久| 亚洲高清在线观看一区| 欧美91大片| 久久尤物电影视频在线观看| 欧美尤物一区| 久久久久久久精| 亚洲国产精品电影| 在线亚洲欧美| 99热精品在线观看| 中文欧美日韩| 欧美3dxxxxhd| 久久五月婷婷丁香社区| 欧美日韩一区二区在线| 亚洲欧美中文字幕| 亚洲专区一二三| 欧美另类在线观看| 亚洲午夜影视影院在线观看| 久久久久网址| 91久久精品国产91久久性色tv| 原创国产精品91| 久久婷婷人人澡人人喊人人爽| 国产精品欧美日韩一区二区| 99国内精品久久| 国产一区二区三区无遮挡| 蜜桃久久精品一区二区| 亚洲影音先锋| 欧美精品二区三区四区免费看视频| 免费日韩av| 久久综合色一综合色88| 欧美日韩精品在线视频| 亚洲午夜在线观看视频在线| 久久久女女女女999久久| 久久国产精品电影| 欧美怡红院视频一区二区三区| 欧美视频免费看| 国产一区二区电影在线观看| 欧美色图首页| 久久精品一级爱片| 亚洲一级片在线看| 欧美gay视频激情|