第一篇：嵌入式生產數據采集系統研究論文

摘要：當今社會，科學技術不斷發展，不斷改變，不斷創新，同一個行業的企業之間的競爭也越來越激烈。在如此強烈的競爭環境下，企業如果想要獲得更多的利益，想要有更好的社會地位，就必須不斷改革創新，獲得先進的科學技術，將先進技術應用到企業的各個方面。企業建立相應的管理部門，對技術人員進行管理，讓企業的生產能夠順利開展。

關鍵詞：RFID的嵌入式；生產數據采集；研究與設計

一、對RFID技術的理解

RFID技術就是一種自動識別技術，讀寫器和電子標簽是基本部件，不管是好的環境還是壞的的環境都能夠使用RFID技術，而且不用很多人都看著這個技術進行，甚至都不用人工操作這項技術。RFID技術的識別速度非常快，操作起來也不難，每個步驟都很容易操作，而且RFID技術的應用也越來越廣泛，成本不斷降低，能夠被大部分人接受這個價格。RFID技術的使用壽命相對于其它的技術來講也比較長，不僅減少了資源的浪費，而且也為企業帶來了更多的利益。

二、數據采集終端硬件的主體設計

（一）電源電路。在設備運行過程中，一般情況下，工作電壓是1。8伏特，和其他的設備不太一樣，數字電源和模擬電源之間有什么不一樣，該設備就不能準確的識別出來。在實際應用過程中，要多設計幾條電路線，很有可能會出現多種應用電源的情況，也要應對一些突發事件，避免出現突發事件的時候，手忙腳亂，以至于連最基本的問題都無法順利解決。電源電路多線路的設計特點，提高了生產的質量，也促進了企業的發展[1]。

（二）系統時鐘電路。在實際應用數據采集系統的時候，要合理的利用LPC2210ARM7微控器，在使用過程中，可以通過兩種不同的電路進行合理的使用，一種是外部晶振電路，還有一種是外部時鐘源電路，而且內部的電路還是可以調節的，以便提高設備的運行速度，運行速度也是有限制的，最大的不能超過60赫茲。在使用系統時鐘電路的時候，要嚴格按照要求進行生產數據的采集。

（三）建立復位電路。復位電路芯片的選擇十分重要，任何的選擇都可能影響企業的日常運行操作，供電電壓要保持在一定的范圍內，不要太低，也不要太高，保持在正常的范圍內就行[2]。復位電路的電壓最高是2.93伏特，如果超過2.93伏特，就不能正常進行，要是想要正常的運行設備，必須嚴格控制電壓，只有電壓低于2.93伏特的時候，設備才能正常的運行。

三、數據采集終端的外圍設計

（一）圖形液晶模塊接口的電路設計。這類電路設計主要應用的是點陣圖形，最大的優點就是可以容闊其他的模塊。使用點陣圖形液晶模塊接口的電路設計時，如果輸入正確的指令，在點陣圖形模塊中就可能同時出現中文和英文。而且點陣圖形模塊接口的電路設計可以降低設備的操作難度，符合大眾的需求，讓幾乎每一個人都能體會到該設計的應用。

（二）鍵盤輸入電路設計。一般的工作都會應用到電腦，用電腦就會用到鍵盤，每一個技術人員對于電腦鍵盤的操作都不陌生，可以用鍵盤輸入數據，統計數據，制作數據報表，計算工程利益預估的價格等，這就是人和機器很好結合的表現。在設計電路的時候，鍵盤輸入電路的設計最為普遍，很多人能夠充分的了解該項設計內容，也能很好的接受鍵盤輸入電路設計，并且應用到實際的工作生產過程中。而且現在學校中計算機的教育會先教學生使用鍵盤，隨著人們不斷的學習，鍵盤的使用已經扎根在人們的腦子里了。

四、結語

目前，我國的經濟發展非常快，也發展的非常好，生產數據的采集還有很多不足之處，需要各個企業不斷改革創新，爭取建立最適合我國經濟發展的生產數據采集系統。各個企業的設計部門應該在現有電路設計的基礎上不斷完善電路設計內容，相關技術人員對于所使用的電路設計也要熟練的掌握其基本要領。在當今社會中，通過解決工作過程中不斷出現的一個又一個的問題，不斷完善電路設計。企業也要經常召開會議，對于技術的改革創新進行不斷探討。在實際生產過程中，企業要建立相關的部門，專門負責生產過程中的設計問題，如果出現什么問題，要及時的解決問題，不要累積問題，讓問題的危害擴大。企業的相關部門也要對技術人員進行培訓，很多技術在不斷改革創新，就需要專業的技術人員對新技術做到熟悉了解，能夠把新技術熟練的應用到生產過程中，推動企業的發展，避免企業在社會日益發展的潮流中被淘汰下去。

參考文獻

[1]張開生，石瑞華，薛楊。基于RFID技術的服裝生產過程管理系統設計[J]。單片機與嵌入式系統應用，2018，18（04）：43—48。

[2]嘉丹丹，蔣高明，叢洪蓮，吳志明，焦洋。應用ZigBee技術的緯編生產數據實時采集系統[J]。紡織學報，2016，37（12）：129—133。

第二篇：虛擬儀器數據采集應用論文

虛擬儀器是以一種全新的理念來設計和發展的儀器，他是90年代發展起來的一項新技術，主要用于自動測試、過程控制、儀器設計和數據分析等領域，其基本思想是在儀器設計或測試系統中盡可能用軟件代替硬件，即“軟件就是儀器”，他是在通用計算機平臺上，根據用戶需求來定義和設計儀器的測試功能，其實質是充分利用計算機的最新技術來實現和擴展傳統儀器的功能。

虛擬儀器的特點和構成 1.1 虛擬儀器的特點

與傳統儀器相比，虛擬儀器具有高效、開放、易用靈活、功能強大、性價比高、可操作性 好等明顯優點，具體表現為：

智能化程度高，處理能力強 虛擬儀器的處理能力和智能化程度主要取決于儀器軟件水平。用戶完全可以根據實際應用需求，將先進的信號處理算法、人工智能技術和專家系統應用于儀器設計與集成，從而將智能儀器水平提高到一個新的層次。

復用性強，系統費用低 應用虛擬儀器思想，用相同的基本硬件可構造多種不同功能的測試分析儀器，如同一個高 速數字采樣器，可設計出數字示波器、邏輯分析儀、計數器等多種儀器。這樣形成的測試儀 器系統功能更靈活、更高效、更開放、系統費用更低。通過與計算機網絡連接，還可實現虛 擬儀器的分布式共享，更好地發揮儀器的使用價值。

可操作性強，易用靈活 虛擬儀器面板可由用戶定義，針對不同應用可以設計不同的操作顯示界面。使用計算機的 多媒體處理能力可以使儀器操作變得更加直觀、簡便、易于理解，測量結果可以直接進入數 據庫系統或通過網絡發送。測量完后還可打印、顯示所需的報表或曲線，這些都使得儀器的 可操作性大大提高而且易用、靈活。

1.2 虛擬儀器的構成 虛擬儀器的構建主要從硬件電路的設計、軟件開發與設計2個方面考慮。

硬件電路的設計主要根據用戶所面對的任務決定，其中接口設計可選用的接口總線標準包 括Gp IB總線、VXI總線等。推薦選用VXI總線。因為他具有通用性強、可擴充性好、傳輸速 率高、抗干擾能力強以及良好的開放性能等優點，因此自1987被首次推出后迅速得到各大儀 器生產廠家的認可，目前VXI模塊化儀器被認為是虛擬儀器的最理想平臺，是儀器硬件的發 展方向。由于VXI虛擬儀器的硬件平臺的基本組成是一些通用模塊和專用接口。因此硬件電 路的設計一般可以選擇用現有的各種不同的功能模塊來搭建。通用模塊包括：信號調 理和高速數據采集；信號輸出與控制；數據實時處理。這3部分概括了數字化儀 器的基本組成。將具有一種或多種功能的通用模塊組建起來，就能構成任何一種虛擬儀器。例如使用高速數據采集模塊和高速實時數據處理模塊就能構成1臺示波器、1臺數字化儀或 1臺頻譜分析儀；使用信號輸出與控制模塊和實時數據處理模塊就能構成1臺函數發生器、1臺信號源或1臺控制器。專用接口是針對特定用途儀器需要的設計，也包括一些現場總線 接口和各類傳感器接口。系統的主要硬件包括控制器、主機箱和儀器模塊。常用的控制方案 有GpIB總線控制方式的硬件方案、MXI總線控制方式的硬件方案、嵌入式計算機控制方式的 硬件方案3種。VXI儀器模塊又稱為器件（devices）。VXI有4種器件：寄存器基器件、消 息基器件、存儲器器件和擴展器件。存儲器器件不過是專用寄存器基器件，用來保存和傳輸 大量數據。擴展器目前是備用件，為今后新型器件提供發展通道。將VXI儀器制作成寄存器 基器件，還是消息基器件是首先要做出的決策。寄存器基器件的通信情況極像VME總線器件，是在低層用二進制信息編制程序。他的明顯優點在于速度寄存器基器件完全是在 直接 硬件控制這一層次上進行通信的。這種高速通信可以使測試系統吞吐量大大提高。因此，寄 存器基器件適用于虛擬儀器中信號/輸出部分的模塊（如開關、多路復用器、數/模轉換輸出 卡、模/

數轉換輸入卡、信號調理等）。消息基器件與寄存器基器件不同，他在高層次上用A SCII字符進行通信，與這種器件十分相似是獨立HpIB儀器。消息基器件用一組意義 明確的 “字串行協議”相互進行通信，這種異步協議定義了在器件之間傳送命令和數據所需的掛鉤 要求。消息基器件必須有CpU（或DSp）進行管理與控制。因此，消息基器件適用于虛擬儀器 中數字信號處理部分的模塊。

軟件的開發與設計包括3部分：VXI總線接口軟件、儀器驅動軟件和應用軟件（軟面板）。軟件結構如圖1所示。

VXI總線接口軟件由零槽控制器提供，包括資源管理器、資源編輯程序、交互式控制程序和 編程函數庫等。該軟件在編程語言和VXI總線之間建立連接，提供對VXI背板總線的控制和支 持，是實現VXI系統集成的基礎。

儀器驅動程序是完成對某一特定儀器的控制與通信的軟件程序，也即模塊的驅動軟件，他 的設計必須符合Vpp的2個規范，即Vpp3.1《儀器驅動程序結構和模型》和Vpp3.2《儀器 驅動程序設計規范》。

“軟面板”設計就是設計具有可變性、多層性、自助性、人性化的面板，這個面板應不 僅同傳統儀器面板一樣具有顯示器、LED、指針式表頭、旋鈕、滑動條、開關按鈕、報警裝 置等功能部件，而且應還具有多個連貫操作面板、在線幫助功能等。

虛擬儀器在數據采集中的應用

利用虛擬儀器制作數據采集器可以按照硬件設計、軟件設計兩個步驟來完成。

2.1 硬件設計

硬件設計要完成以下內容：

1)模/數轉換及數據存儲

設置具有通用性的數據自動采集系統，一般應滿足能對多路信號盡可能同步地進行采集，為了使所采集到的數據不但能夠在數據采集器上進行存儲，而且還能及時地在采集過程中 將數據傳送到上位機，選用存儲量比較適中的先進先出存儲器，這樣既能滿足少量數據存儲 的需要，又能在需要實時傳送數據時，在A/D轉換的同時進行數據傳送，不丟失任何數據。)VXI總線接口

VXI總線數據采集器通常可以利用兩種VXI總線通用接口消息基接口和寄存器基接口。消 息基接口的作用是通過總線傳送命令，從而控制儀器硬件的操作。通用寄存器基接口是由寄存器簡單的讀寫來控制儀器硬件的操作。利用消息基接口進行設計，具體消息基接口的框圖見圖2。

3)采樣通道控制

為了滿足幾種典型系統通道控制的要求，使通道的數量足夠多，通道的選取比較靈活，可以利用寄存器電路、可預置計數器電路以及一些其他邏輯電路的配合，將采樣通道設計成最多64路、最少2路可以任意選擇，而且可以從任意一路開始采樣，也可以到任意一路結束采樣，只要截止通道號大于起始通道號就可以了。整個控制在虛擬儀器軟面板上進行操作，通過消息基接口將命令寫在這部分的控制寄存器中，從而設置計數器的初值以及采樣的通道總數。

4)定時采樣控制

由于不同的自動測試系統對采樣時間間隔的要求不同，以及同一系統在不同的試驗中 需要的采樣時間間隔也不盡相同，故可以采用程控的方式將采樣時間間隔設置在2 μs~13.0 ms之間任意選擇，可以增加或減少的最小單位是2 μs。所有這些選擇設置可以在虛擬儀器軟面板上進行。

5)采樣點數控制

根據不同測試系統的需求，將采樣點數設計成可在一個比較大的范圍中任意選擇，該選擇同樣是在軟面板上進行。

6)采樣方式控制

總結各種自動測試系統的采樣方式不外乎軟件觸發采樣和硬件 觸發采樣。在硬件觸發采樣中又包括同步整周期采樣和非同步整周期采樣，這2種采樣又可 以是定時進行的或等轉速差進行的。所有這些采樣方式，對于數據采集器來說都可以在軟面 板上進行選擇。

2.2 軟件設計

軟件是虛擬儀器的關鍵，為使VI系統結構清晰簡潔，一般可采用組件化設計思想，將各部分彼此獨立的軟件單元分別制成標準的組件，然后按照系統的總體要求組成完整的應用系統，一個標準的組件化的虛擬儀器軟件系統，如圖3所示。

應用軟件為用戶提供了建立虛擬儀器和擴展其功能的必要工具，以及利用pC機、工作站的 強大功能。同時Vpp聯盟提出了建立虛擬儀器標準結構庫（VISA）的建議，為虛擬儀器的研 制與開發提供了標準。這也進一步使由通用的VXI數據采集模塊、CpU/DSp模塊來構成虛擬儀 器成為可能。

基于虛擬儀器的數據采集器的軟件包括系統管理軟件、應用程序、儀器驅動軟件和I/O接 口 軟件。以往這4部分需要用戶自己組織或開發，往往很困難，但現在NI公司提供了所有這 四部分軟件，使應用開發比以往容易得多。

下面簡單介紹以NI公司的Lab Windows/CVI為開發環境，來進行VXI虛擬儀器的驅動程序開 發的方法。

第一步：生成儀器模塊的用戶接口資源文件（UIR）。用戶接口資源、文件是儀器模塊 開 發者利用Lab Windows/CVI的用戶界面編輯器為儀器模塊設計的一個圖形用戶界面（GUI）。一個Lab Windows/CVI的GUI由面板、命令按鈕、圖標、下拉菜單、曲線、旋鈕、指示表以及 許多其他控制項和說明項構成。

第二步：Lab Windows/CVI事件驅動編程。應用程序開發環境Lab Windows/CVI中設計一個 用戶接口，實際上是在用戶計算機屏幕上定義一個面板，他由各種控制項（如命令按鈕、菜 單、曲線等）構成。用戶選中這些控制項就可以產生一系列用戶接口事件（events）。例如，當用戶單擊一個命令按鈕，這個按鈕產生一個用戶接口事件，并傳遞給開發者編寫的C語 言驅動程序。這是運用了Windows編程的事件驅動機制。Lab Windows/CVI中使用不同類型的 控制項，在界面編輯器中將顯示不同類型的信息，并產生不同操作的接口事件。在Lab Wind ows/CVI的開發平臺中，對事件驅動進行C程序編程時可采用2種基本的方法：回調函數法和 事件循環處理法。

回調函數法是開發者為每一個用戶界面的控制項寫一個獨立的用戶界面的控制函數，當選中某個控制項，就調用相應的函數進行事件處理。在循環處理法中，只處理GUI控制 項所產生的COMMIT事件。通過Get User Event函數過濾，將所有的COMMIT事件區分開，識別 出是由哪個控制項所產生的事件，并執行相應的處理。

第三步：應用函數/VI集與應用程序軟件包編寫。應用函數/VI集需針對具體儀器模塊 功能進行編程，應用程序軟件包只是一些功能強大、需要完善的數據處理能力的模塊才需要 提供，如波形分析儀模塊、DSp模塊等。結語

本文探討了虛擬儀器的基本組成，以及實際的虛擬儀器軟硬件設計的一般方法，這些方法經過實際設計工作運用證明是可靠的，可供系統工程技術人員在組建具體的基于VXI總線的虛擬儀器數據采集、測試時參考使用。

參考文獻

1］趙勇.虛擬儀器軟件平臺和發展趨勢［J］.國外電子測量技術,2002,(1)

2］陳光禹.VXI總線測試平臺［M］.北京：電子科技大學出版社,1996

3］孫昕，張忠亭，薛長斌.集成VXI總線自動測試系統的方法［J］.測控技術,1996,15(4)

4］張毅剛，彭喜元，姜寧達，等.自動測試系統［M］.哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社,2001

5］汪紅.基于組件的虛擬儀器軟件系統［J］.微型計算機信息,2001,(1)：76-77

第三篇：ABS系統研究論文

摘要：

利用機械動力學仿真軟件ADAMS 建立汽車ABS的機械動力學模型，在MATLAB/SIMULINK 環境下建立Jetta GTX 轎車的ABS 控制模型，構成了ABS 機電液一體化聯合仿真的動力學控制模型。利用MATLAB確定了ABS 的控制參數的門限值，進行了仿真結果數據處理和分析，與大量的ABS 實車道路試驗數據對比，改進模型準確度，獲得了正確和可行的ABS 仿真控制模型，為加速開發ABS 的控制算法奠定了基礎。

關鍵詞：ABS 動力學控制模型 聯合仿真 ADAMS MATLAB/SIMULINK

第一章 概述

“ABS”（Anti-lockedBrakingSystem）中文譯為“防抱死剎車系統”.它是一種具有防滑、防鎖死等優點的汽車安全控制系統。ABS是常規剎車裝置基礎上的改進型技術，可分機械式和電子式兩種。

現代汽車上大量安裝防抱死制動系統，ABS既有普通制動系統的制動功能，又能防止車輪鎖死，使汽車在制動狀態下仍能轉向，保證汽車的制動方向穩定性，防止產生側滑和跑偏，是目前汽車上最先進、制動效果最佳的制動裝置。

普通制動系統在濕滑路面上制動，或在緊急制動的時候，車輪容易因制動力超過輪胎與地面的摩擦力而安全抱死。

近年來由于汽車消費者對安全的日益重視，大部分的車都已將ABS列為標準配備。如果沒有ABS，緊急制動通常會造成輪胎抱死，這時，滾動摩擦變成滑動摩擦，制動力大大下降。而且如果前輪抱死，車輛就失去了轉向能力；如果后輪先抱死，車輛容易產生側滑，使車行方向變得無法控制。所以，ABS系統通過電子機械的控制，以非常快的速度精密的控制制動液壓力的收放，來達到防止車輪抱死，確保輪胎的最大制動力以及制動過程中的轉向能力，使車輛在緊急制動時也具有躲避障礙的能力。

隨著世界汽車工業的迅猛發展，安全性日益成為人們選購汽車的重要依據。目前廣泛采用的防抱制動系統（ABS）使人們對安全性要求得以充分的滿足。

汽車制動防抱系統，簡稱為ABS，是提高汽車被動安全性的一個重要裝置。有人說制動防抱系統是汽車安全措施中繼安全帶之后的又一重大進展。汽車制動系統是汽車上關系到乘客安全性最重要的二個系統之一。隨著世界汽車工業的迅猛發展，汽車的安全性越來越為人們重視。汽車制動防抱系統，是提高汽車制動安全性的又一重大進步。

ABS防抱制動系統由汽車微電腦控制，當車輛制動時，它能使車輪保持轉動，從而幫助駕駛員控制車輛達到安全的停車。這種防抱制動系統是用速度傳感器檢測車輪速度，然后把車輪速度信號傳送到微電腦里，微電腦根據輸入車輪速度，通過重復地減少或增加在輪子上的制動壓力來控制車輪的打滑率，保持車輪轉動。在制動過程中保持車輪轉動，不但可保證控制行駛方向的能力，而且，在大部分路面情況下，與抱死〔鎖死〕車輪相比，能提供更高的制動力量。

第二章 發展歷程

ABS系統的發展可以追溯到本世紀初期，早在1928年制動防抱理論就被提出，在30年代機械式制動防抱系統就開始在火車和飛機上獲得應用，博世（BOSCH）公司在1936年第一個獲得了用電磁式車輪轉速傳感器獲取車輪轉速的制動防抱系統的專利權。

進入50年代，汽車制動防抱系統開始受到較為廣泛的關注。福特（FORD）公司曾于1954年將飛機的制動防抱系統移置在林肯（LINCOIN）轎車上，凱爾塞·海伊斯（KELSEHAYES）公司在1957年對稱為“AUTOMATIC”的制動防抱系統進行了試驗研究，研究結果表明制動防抱系統確實可以在制動過程中防止汽車失去方向控制，并且能夠縮短制動距離；克萊斯（CHRYSLER）公司在這一時期也對稱為“SKIDCONTROL”的制動防抱系統進行了試驗研究。由于這一時期的各種制動防抱系統采用的都是機械式車輪轉速傳感器的機械式制動壓力調節裝置，因此，獲取的車輪轉速信號不夠精確，制動壓力調節的適時性和精確性也難于保證，控制效果并不理想。

隨著電子技術的發展，電子控制制動防抱系統的發展成為可能。在60年代后期和70年代初期，一些電子控制的制動防抱系統開始進入產品化階段。凱爾塞·海伊斯公司在1968年研制生產了稱為“SURETRACK”兩輪制動防抱系統，該系統由電子控制裝置根據電磁式轉速傳感器輸入的后輪轉速信號，對制動過程中后輪的運動狀態進行判定，通過控制由真空驅動的制動壓力調節裝置對后制動輪缸的制動壓力進行調節，并在1969年被福特公司裝備在雷鳥（THUNDERBIRD）和大陸·馬克III（CONTINENTALMKIII）轎車上。

克萊斯勒公司與本迪克斯（BENDIX）公司合作研制的稱“SURE-TRACK”的能防止4個車輪被制動抱死的系統，在1971年開始裝備帝國（IMPERIAL）轎車，其結構原理與凱爾塞·海伊斯的“SURE-TRACK”基本相同，兩者不同之處，只是在于兩個還是四個車輪有防抱制動。博世公司和泰威（TEVES）公司在這一時期也都研制了各自第一代電子控制制動防抱系統，這兩種制動防抱系統都是由電子控制裝置對設置在制動管路中的電磁閥進行控制，直接對各制動輪以電子控制壓力進行調節。

別克（BUICK）公司在1971年研制了由電子控制裝置自動中斷發動機點火，以減小發動機輸出轉矩，防止驅動車輪發生滑轉的驅動防抱轉系統.瓦布科（WABCO）公司與奔馳（BENZ）公司合作，在1975年首次將制動防抱系統裝備在氣壓制動的載貸汽車上。

第一臺防抱死制動系統ABS(Ant-ilockBrakeSystem)，在1950年問世，首先被應用在航空領域的飛機上，1968年開始研究在汽車上應用。70年代，由于歐美七國生產的新型轎車的前輪或前后輪開始采用盤式制動器，促使了ABS在汽車上的應用。1980年后，電腦控制的ABS逐漸在歐洲、美國及亞洲日本的汽車上迅速擴大。到目前為止，一些中高級豪華轎車，如西德的奔馳、寶馬、雅迪、保時捷、歐寶等系列，英國的勞斯來斯、捷達、路華、賓利等系列，意大利的法拉利、的愛快、領先、快意等系列，法國的波爾舍系列，美國福特的TX3、30X、紅彗星及克萊斯勒的帝王、紐約豪客、男爵、道奇、順風等系列，日本的思域，凌志、豪華本田、奔躍、俊朗、淑女300Z等系列，均采用了先進的ABS。到1993年，美國在轎車上安裝ABS已達46%，現今在世界各國生產的轎車中有近75%的轎車應用ABS。

現今全世界已有本迪克斯、波許、摩根.戴維斯、海斯.凱爾西、蘇麥湯姆、本田、日本無限等許多公司生產ABS，它們中又有整體和非整體之分。預計隨著轎車的迅速發展，將會有更多的廠家生產。

這一時期的各種ABS系統都是采用模擬式電子控制裝置，由于模擬式電子控制裝置存在著反應速慢、控制精度低、易受干擾等缺陷，致使各種ABS系統均末達到預期的控制效果，所以，這些防抱控制系統很快就不再被采用了。

進入70年代后期，數字式電子技術和大規模集成電路的迅速發展，為ABS系統向實用化發展奠定了技術基礎。博世公司在1978年首先推出了采用數字式電子控制裝置的制動防泡系統--博世ABS2，并且裝置在奔馳轎車上，由此揭開了現代ABS系統發展的序幕。盡管博世ABS2的電子控制裝置仍然是由分離元件組成的控制裝置，但由于數字式電子控制裝置與模擬式電子控制裝置相比，其反應速度、控制精度和可靠性都顯著提高，因此，博世ABS2的控制效果己相當理想。從此之后，歐、美、日的許多制動器專業公司和汽車公司相繼研制了形式多詳的ABS系統。

“自動防抱死剎車”的原理并不難懂，在遭遇緊急情況時，未安裝ABS系統的車輛來不及分段緩剎只能立刻踩死。由于車輛沖刺慣性，瞬間可能發生側滑、行駛軌跡偏移與車身方向不受控制等危險狀況！而裝有ABS系統的車輛在車輪即將達到抱死臨界點時，剎車在一秒內可作用60至120次，相當于不停地剎車、放松，即相似于機械自動化的“點剎”動作。此舉可避免緊急剎車時方向失控與車輪側滑，同時加大輪胎摩擦力，使剎車效率達到90％以上。

從微觀上分析，在輪胎從滾動變為滑動的臨界點時輪胎與地面的摩擦力達到最大。在汽車起步時可充分發揮引擎動力輸出（縮短加速時間），如果在剎車時則減速效果最大（剎車距離最短）。ABS系統內控制器利用液壓裝置控制剎車壓力在輪胎發生滑動的臨界點反復擺動，使在剎車盤不斷重復接觸、離開的過程而保持輪胎抓地力最接近最大理論值，達到最佳剎車效果。

ABS的運作原理看來簡單，但從無到有的過程卻經歷過不少挫折（中間缺乏關鍵技術）！1908年英國工程師J.E.Francis提出了“鐵路車輛車輪抱死滑動控制器”理論，但卻無法將它實用化。接下來的30年中，包括Karl Wessel的“剎車力控制器”、Werner M?hl的“液壓剎車安全裝置”與Richard Trappe的“車輪抱死防止器”等嘗試都宣告失敗。在1941年出版的《汽車科技手冊》中寫到：“到現在為止，任何通過機械裝置防止車輪抱死危險的嘗試皆尚未成功，當這項裝置成功的那一天，即是交通安全史上的一個重要里程碑”，可惜該書的作者恐怕沒想到這一天竟還要再等30年之久。

當時開發剎車防抱死裝置的技術瓶頸是什么？首先該裝置需要一套系統實時監測輪胎速度變化量并立即通過液壓系統調整剎車壓力大小，在那個沒有集成電路與計算機的年代，沒有任何機械裝置能夠達成如此敏捷的反應！等到ABS系統的誕生露出一線曙光時，已經是半導體技術有了初步規模的1960年代早期。

精于汽車電子系統的德國公司Bosch（博世）研發ABS系統的起源要追溯到1936年，當年Bosch申請“機動車輛防止剎車抱死裝置”的專利。1964年（也是集成電路誕生的一年）Bosch公司再度開始ABS的研發計劃，最后有了“通過電子裝置控制來防止車輪抱死是可行的”結論，這是ABS（Antilock Braking System）名詞在歷史上第一次出現！世界上第一具ABS原型機于1966年出現，向世人證明“縮短剎車距離”并非不可能完成的任務。因為投入的資金過于龐大，ABS初期的應用僅限于鐵路車輛或航空器。Teldix GmbH公司從1970年和奔馳車廠合作開發出第一具用于道路車輛的原型機——ABS 1，該系統已具備量產基礎，但可靠性不足，而且控制單元內的組件超過1000個，不但成本過高也很容易發生故障。

1973年Bosch公司購得50％的Teldix GmbH公司股權及ABS領域的研發成果，1975年AEG、Teldix與Bosch達成協議，將ABS系統的開發計劃完全委托Bosch公司整合執行。“ABS 2”在3年的努力后誕生！有別于ABS 1采用模擬式電子組件，ABS 2系統完全以數字式組件進行設計，不但控制單元內組件數目從1000個銳減到140個，而且有造價降低、可靠性大幅提升與運算速度明顯加快的三大優勢。兩家德國車廠奔馳與寶馬于1978年底決定將ABS 2這項高科技系統裝置在S級及7系列車款上。

在誕生的前3年中，ABS系統都苦于成本過于高昂而無法開拓市場。從1978到1980年底，Bosch公司總共才售出24000套ABS系統。所幸第二年即成長到76000套。受到市場上的正面響應，Bosch開始TCS循跡控制系統的研發計劃。1983年推出的ABS 2S系統重量由5.5公斤減輕到4.3公斤，控制組件也減少到70個。到了1985年代中期，全球新出廠車輛安裝ABS系統的比例首次超過1％，通用車廠也決定把ABS列為旗下主力雪佛蘭車系的標準配備。

1986年是另一個值得紀念的年份，除了Bosch公司慶祝售出第100萬套ABS系統外，更重要的是Bosch推出史上第一具供民用車使用的TCS/ ASR循跡控制系統。TCS/ ASR的作用是防止汽車起步與加速過程中發生驅動輪打滑，特別是防止車輛過彎時的驅動輪空轉，并將打滑控制在10％到20％范圍內。由于ASR是通過調整驅動輪的扭矩來控制，因而又叫驅動力控制系統，在日本又稱之為TRC或TRAC。

ASR和ABS的工作原理方面有許多共同之處，兩者合并使用可形成更佳效果，構成具有防車輪抱死和驅動輪防打滑控制(ABS /ASR)系統。這套系統主要由輪速傳感器、ABS/ ASR ECU控制器、ABS驅動器、ASR驅動器、副節氣門控制器和主、副節氣門位置傳感器等組成。在汽車起步、加速及行進過程中，引擎ECU根據輪速傳感器輸入的信號，當判定驅動輪的打滑現象超過上限值時，就進入防空轉程序。首先由引擎ECU降低副節氣門以減少進油量，使引擎動力輸出扭矩減小。當ECU判定需要對驅動輪進行介入時，會將信號傳送到ASR驅動器對驅動輪（一般是前輪）進行控制，以防止驅動輪打滑或使驅動輪的打滑保持在安全范圍內。第一款搭載ASR系統的新車型在1987年出現，奔馳S 級再度成為歷史的創造者。

隨著ABS系統的單價逐漸降低，搭載ABS系統的新車數目于1988年突破了爆炸性成長的臨界點，開始飛快成長，當年Bosch的ABS系統銷售量首次突破300萬套。技術上的突破讓Bosch在1989年推出的ABS 2E系統首次將原先分離于引擎室（液壓驅動組件）與中控臺（電子控制組件）內，必須依賴復雜線路連接的設計更改為“兩組件整合為一”設計！ABS 2E系統也是歷史上第一個舍棄集成電路，改以一個8 k字節運算速度的微處理器（CPU）負責所有控制工作的ABS系統，再度寫下了新的里程碑。該年保時捷車廠正式宣布全車系都已安裝了ABS，3年后（1992年）奔馳車廠也決定緊跟保時捷的腳步。

1990年代前半期ABS系統逐漸開始普及于量產車款。Bosch在1993年推出ABS 2E的改良版：ABS 5.0系統，除了體積更小、重量更輕外，ABS 5.0裝置了運算速度加倍（16 k字節）的處理器，該公司也在同年年中慶祝售出第1000萬套ABS系統。

ABS與ASR/ TCS系統已受到全世界車主的認同，但Bosch的工程團隊卻并不滿足，反而向下一個更具挑戰性的目標：ESP（Electronic Stabilty Program，行車動態穩定系統）前進！有別于ABS與TCS僅能增加剎車與加速時的穩定性，ESP在行車過程中任何時刻都能維持車輛在最佳的動態平衡與行車路線上。ESP系統包括轉向傳感器（監測方向盤轉動角度以確定汽車行駛方向是否正確）、車輪傳感器（監測每個車輪的速度以確定車輪是否打滑）、搖擺速度傳感器（記錄汽車繞垂直軸線的運動以確定汽車是否失去控制）與橫向加速度傳感器（測量過彎時的離心加速度以確定汽車是否在過彎時失去抓地力），在此同時、控制單元通過這些傳感器的數據對車輛運行狀態進行判斷，進而指示一個或多個車輪剎車壓力的建立或釋放，同時對引擎扭矩作最精準的調節，某些情況下甚至以每秒150次的頻率進行反應。整合ABS、EBD、EDL、ASR等系統的ESP讓車主只要專注于行車，讓計算機輕松應付各種突發狀況。

延續過去ABS與ASR誕生時的慣例，奔馳S 級還是首先使用ESP系統的車型（1995年）。4年后奔馳公司就正式宣布全車系都將ESP列為標準配備。在此同時，Bosch于1998及2001年推出的ABS 5.7、ABS 8.0系統仍精益求精，整套系統總重由2.5公斤降至1.6公斤，處理器的運算速度從48 k字節升級到128 k字節，奔馳車廠主要競爭對手寶馬與奧迪也于2001年也宣布全車系都將ESP列為標準配備。Bosch車廠于2003年慶祝售出超過一億套ABS系統及1000萬套ESP系統，根據ACEA（歐洲車輛制造協會）的調查，今天每一輛歐洲大陸境內所生產的新車都搭載了ABS系統，全世界也有超過60％的新車擁有此項裝置。

“ABS系統大幅度提升剎車穩定性同時縮短剎車所需距離”Robert Bosch GmbH（Bosch公司的全名）董事會成員Wolfgang Drees說。不像安全氣囊與安全帶（可以透過死亡數目除以車禍數目的比例來分析），屬于“防患于未然”的ABS系統較難以真實數據佐證它將多少人從鬼門關前搶回？但據德國保險業協會、汽車安全學會分析了導致嚴重傷亡交通事故的原因后的研究顯示，60%的死亡交通事故是由于側面撞車引起的，30%到40%是由于超速行駛、突然轉向或操作不當引發的。我們有理由相信ABS及其衍生的ASR與ESP系統大幅度降低緊急狀況發生車輛失去控制的機率。NHTSA（北美高速公路安全局）曾估計ABS系統拯救了14563名北美駕駛人的性命！

從ABS到ESP，汽車工程師在提升行車穩定性的努力似乎到了極限（民用型ESP系統誕生至今已近10年），不過就算計算機再先進仍須要駕駛人的適當操作才能發揮最大功效。

多數車主都沒有遭遇過緊急狀況（也希望永遠不要），卻不能不知道面臨關鍵時刻要如何應對？在緊急情況下踩下剎車時，ABS系統制動分泵會迅速作動，剎車踏板立刻產生異常震動與顯著噪音（ABS系統運作中的正常現象），這時你應毫不猶豫地用力將剎車踩死（除非車上擁有EBD剎車力輔助裝置，否則大多數駕駛者的剎車力量都不足），另外ABS能防止緊急剎車時的車輪抱死現象、所以前輪仍可控制車身方向。駕駛者應邊剎車邊打方向進行緊急避險，以向左側避讓路中障礙物為例，應大力踏下剎車踏板、迅速向左轉動方向盤90度，向右回輪180度，最后再向左回90度。最后要提的是ABS系統依賴精密的車輪速度傳感器判斷是否發生抱死情況？平時要經常保持在各個車輪上的傳感器的清潔，防止有泥污、油污特別是磁鐵性物質粘附在其表面，這些都可能導致傳感器失效或輸入錯誤信號而影響ABS系統正常運作。行車前應經常注意儀表板上的ABS故障指示燈，如發現閃爍或長亮，ABS系統可能已經故障（尤其是早期系統），應該盡快到維修廠排除故障。

要提醒的是，ABS/ ASR/ ESP系統雖然是高科技的結晶，但并不是萬能的，也別因為有了這些行車主動安全系統就開快車。

第三章 工作原理

控制裝置和ABS警示燈等組成，在不同的ABS系統中，制動壓力調節裝置的結構形式和工作原理往往不同，電子控制裝置的內部結構和控制邏輯也可能ABS通常都由車輪轉速傳感器、制動壓力調節裝置、電子不盡相同。

在常見的ABS系統中，每個車輪上各安裝一個轉速傳感器，將有關各車輪轉速的信號輸入電子控制裝置。電子控制裝置根據各車輪轉速傳感器輸入的信號對各個車輪的運動狀態進行監測和判定，并形成相應的控制指令。制動壓力調節裝置主要由調壓電磁閥組成，電動泵組成和儲液器等組成一個獨立的整體，通過制動管路與制動主缸和各制動輪缸相連。制動壓力調節裝置受電子控制裝置的控制，對各制動輪缸的制動壓力進行調節。

ABS的工作過程可以分為常規制動，制動壓力保持制動壓力減小和制動壓力增大等階段。在常規制動階段，ABS并不介入制動壓力控制，調壓電磁閥總成中的各進液電磁閥均不通電而處于開啟狀態，各出液電磁閥均不通電而處于關閉狀態，電動泵也不通電運轉，制動主缸至各制動輪缸的制動管路均處于溝通狀態，而各制動輪缸至儲液器的制動管路均處于封閉狀態，各制動輪缸的制動壓力將隨制動主缸的輸出壓力而變化，此時的制動過程與常規制動系統的制動過程完全相同

在制動過程中，（如下圖所示）電子控制裝置根據車輪轉速傳感器輸入的車輪轉速信號判定有車輪趨于抱死時，ABS就進入防抱制動壓力調節過程。例如，電子控制裝置判定右前輪趨于抱死時，電子控制裝置就使控制右前輪刮動壓力的進液電磁閥通電，使右前進液電磁閥轉入關閉狀態，制動主缸輸出的制動液不再進入右前制動輪缸，此時，右前出液電磁閥仍末通電而處于關閉狀態，右前制動輪缸中的制動液也不會流出，右前制動輪缸的刮動壓力就保持一定，而其它末趨于抱死車輪的制動壓力仍會隨制動主缸輸出壓力的增大而增大；如果在右前制動輪缸的制動壓力保持一定時，電子控制裝置判定右前輪仍然趨于抱死，電子控制裝置又使右前出液電磁閥也通電而轉入開啟狀態，右前制動輪缸中的部分制動波就會經過處于開啟狀態的出液電磁閥流回儲液器，使右前制動輪缸的制動壓力迅速減小右前輪的抱死趨勢將開始消除，隨著右前制動輪缸制動壓力的減小，右前輪會在汽車慣性力的作用下逐漸加速；當電子控制裝置根據車輪轉速傳感器輸入的信號判定右前輪的抱死趨勢已經完全消除時，電子控制裝置就使右前進液電磁閥和出液電磁閥都斷電，使進液電磁閥轉入開啟狀態，使出液電磁閥轉入關閉狀態，同時也使電動泵通電運轉，向制動輪缸泵輸送制動液，由制動主缸輸出的制動液經電磁閥進入右前制動輪缸，使右前制動輪缸的制動壓力迅速增大，右前輪又開抬減速轉動。（參見：汽車電子控制基礎，曹家喆 主編，機械工業出版社，2007年10月）

ABS通過使趨于抱死車輪的制動壓力循環往復而將趨于防抱車輪的滑動率控制，在峰值附著系數滑動率的附近范圍內，直至汽車速度減小至很低或者制動主缸的常出壓力不再使車輪趨于抱死時為止。制動壓力調節循環的頻率可達3~20HZ。在該ABS中對應于每個制動輪缸各有對進液和出液電磁閥，可由電子控制裝置分別進行控制，因此，各制動輪缸的制動壓力能夠被獨立地調節，從而使四個車輪都不發生制動抱死現象。

盡管各種ABS的結構形式和工作過程并不完全相同，但都是通過對趨于抱死車輪的制動壓力進行自適應循環調節，來防止被控制車輪發生制動抱死。

第四章 汽車ABS 機械動力學模型

1.汽車ABS 仿真模型建立的要求：

(1)在仿真建模過程中要考慮到模型的準確性和可信度，在不失真的前提下盡量簡化仿真模型，減少自由度數，提高求解效率。

(2)能夠正確的根據路面條件、道路狀況、制動強度和法向載荷實時計算出車速和輪速，使模型盡可能反映實車的運動狀況。

(3)具有仿真建模改進的能力，能方便地修改子模型的參數，不需要花費很大精力或者重新建模，就可以在設計階段，插入或改變仿真模型。

ADAMS 軟件計算功能強大，求解器效率高，具有多種專業模塊和工具包，以及與其它CAD 軟件的接口，可方便快捷地建立機械動力學模型，支持Fortran 和C 語言，便于用戶進行二次開發[1]。基于ADAMS軟件的上述優點，利用ADAMS 軟件建立汽車制動防抱死系統（ABS）的機械動力學模型。2.模型建立：

汽車是一個復雜的動力學系統，對汽車的ABS 制動性能進行模擬仿真，輸入的參數包括制動初速，路面條件如干鋪設路面、濕鋪設路面、雪路面、冰路面、對開路面、對接路面等，道路狀況如直道、彎道、上坡、下坡等和整車參數。輸出的參數包括汽車制動過程中整車和車輪的運動狀態，如制動時間、制動距離、制動減速度、車輪滑移率、車輪角減速度、制動器制動力、地面制動力、地面側向力、橫擺力矩等。

根據以上研究目的，對整車進行適當簡化。汽車懸架系統結構型式和轉向系結構型式對汽車制動性能的影響不大，仿真模型中的慣性參數由Pro/ENGINEER 軟件三維實體建模計算得到，對懸架系和轉向系簡化如下：

懸架系統只考慮懸架的垂直變形；轉向系忽略車輪定位角和轉向傳動裝置。把汽車簡化為具有十個剛體的模型，共14 個自由度。十個剛體分別為車身、一個后非獨立懸掛組質量、兩個前獨立懸掛組質量（兩個前輪橫擺臂和兩個前輪轉向節）、四個車輪。兩前輪共有3 個自由度，車身具有3 個轉動和3 個平動自由度，兩后輪各有1 個自由度，前懸架各有一個自由度，后懸架1 個自由度，如圖1 所示。

圖1 整車仿真模型

1—車身 2—后輪 3—后懸架 4—前輪

5—前懸架 6—橫擺臂 7—轉向節

仿真模型包括以下幾個子模型：

轉向系模型：以轉向角約束直接作用于左轉向節。

前懸架模型：前懸架是獨立懸架，一側的簡化模型如圖2 所示。轉向節簡化如圖2 中3 所示，用轉動副與前輪連接。橫擺臂與減振器以球鉸分別與轉向節和車身連接。

圖2 懸架的簡化模型

1—車身 2—橫擺臂 3—轉向節 4—輪胎 5—前懸架 6—彈簧

A—轉動副 B—球鉸 C—轉動副 D—滑柱鉸 E—球鉸

后懸架是非獨立懸架，只考慮垂直方向的自由度，懸架與車身之間用平移副表示它們之間的相對運動，懸架與車身用彈簧阻尼連接，與后輪用轉動副連接。

輪胎模型：車輛的各種運動狀態主要是通過輪胎與路面的作用力引起的。采用力約束方法，不考慮輪胎拖距、回正力矩以及滾動阻力的影響。采用ADAMS 提供的非線性Pacejka 輪胎模型[2]。

制動器模型：采用美國高速公路車輛仿真模型中的制動器模型。

液壓模型：采用ADAMS 中液壓模塊（ADAMS/Hydraulics）建立制動系統的液壓仿真模塊。

路面模型：設計出路面模型可進行對開路面和對接路面制動過程的仿真計算。利用ADAMS 中提供的平面（Plane）作為路面模型的基礎，定義了平面（Plane）的長、寬等參數，使得汽車制動過程有足夠的空間，利用平面－圓（Plane-Circle）接觸力（Contact）表示車輪與地面之間的法向作用力。ADAMS輪胎模型中沒有附著系數變化的路面模塊，為此在ADAMS 提供的路面模塊基礎上，對對接路面采用在路面模型上加入標記點（Marker）的方法，分別求出前輪和后輪質心到標記點X 方向上的距離。當距離為正時說明輪胎已經跨過了標記點，此時根據所規定的路面情況對輪胎附著系數進行改變，使得模型可以計算路面附著系數變化。對開路面也采取了相同的加入標記點的方法，進行計算左右側輪胎相對于標記點Y 方向上的距離。（參見：汽車車身電子與控制技術，陳無畏 主編，機械工業出版社，2008年02月）

第五章 制動防抱死系統ABS 的控制模型

在ADAMS 中定義了與MATLAB/SIMULINK 的接口，把ADAMS 中建立的非線性機械模型轉化為SIMULINK 的S－FUNCTION 函數，再把S－FUNCTION 函數加入到控制模型里，這樣就可以方便的利用SIMULINK 提供的各種強大的工具進行控制模型開發，在MATLAB 軟件下進行聯合仿真計算[3]。圖3 所示為MATLAB/SIMULINK中表示的ADAMS 機械模型，在ADAMS 中定義四個車輪的制動力矩為輸入變量，定義四個車輪的速度和滑移率為輸出變量，保存在.m 文件中由MATLAB 調用。

圖3 ADAMS子模塊

圖4 所示

為在MATLAB/SIMULINK 下開發的ABS 控制模塊，圖中深色的部分為ADAMS 生成的子模塊，輸入參數為制動力矩，輸出參數為車輪速度和車輪滑移率，以車輪的加速度/減速度和車輪滑移率為控制參數。（參見：汽車車身電子與控制技術，陳無畏 主編，機械工業出版社，2008年02月）

圖4 ABS 仿真控制模型

第六章 ABS 聯合仿真控制規律結果與分析

1.確定車輪加速度和參考滑移率的門限值

根據ADAMS 仿真制動過程計算出的車輪加速度曲線，分析出加速度門限值為w&

1、減速度門限值為w&2。車輪滑移率下門限值λ1，上門限值λ2。

車輪的加、減速度和滑移率的門限值的確定是一個反復交替驗證過程。方法為：計算車輪的加、減速度和參考滑移率，以參考滑移率為控制參數初步確定車輪的加、減速度的門限值，再以車輪加、減速度門限值控制車輪的滑移率,確定滑移率的門限值。圖4 中深色的部分為ADAMS 生成的機械模型，在MATLAB作為一個S－FUNCTION 函數參與運算。通過上述交替驗證的方法，車輪滑移率和加速度的仿真變化曲線如圖5 所示，實車測試數據如圖6 所示。比較圖5 和圖6，可以看出仿真數據與實車測試數據相吻合，驗證了車輪加速度門限值和滑移率門限值的確定是合理的。

圖5 仿真試驗數據

圖6 試車實驗數據 圖6 實車試驗數據

選取適當滑移率門限值λ1，λ2是控制的關鍵問題之一。如果車輪的滑移率大于路面峰值附著系數相應的滑移率λOPT，車輪的側向附著力很低。在有側向風、道路傾斜或轉向制動等對車輛產生橫向力情況下，或左右車輪的地面制動力不相等時，路面不能提供足夠的側向力使車輛保持行駛方向，車輛容易發生危險的甩尾情況，因此滑移率門限值的上限應小于λOPT。

理想的ABS 系統應能把制動壓力調節到一個合適的范圍內，使得車輪的滑移率保持在λOPT附近。如果（λ2 － λ1）取值較小，則控制過程的保壓時間較短，需進行頻繁的壓力調節，壓力調節器需進行頻繁的動作，而壓力調節器和制動器需要一定的響應時間，過于頻繁的壓力調節會使壓力調節器和制動器來不及響應，達不到控制效果。如果（λ2 － λ1）取值較大，車輪的運動狀態不能及時的控制，車輪的速度波動范圍很大，還會造成制動效能降低。2.ABS 的控制周期

控制周期取決于車速信號采集頻率，制動壓力調節器的響應時間和控制邏輯運算時間之和。在仿真模型里進行了控制周期對ABS 控制影響的分析。

模型中采用了改變控制模型與車輛模型之間的通訊時間來實現控制周期的模擬。以通訊時間為0.1s 和0.15s 為例，得到結果如圖7和圖8所示。從兩圖中可以看到控制周期增大，滑移率變化范圍增大，說明車輪的線速度變化范圍增大，車輪的抱死趨勢強烈。在開發ABS 的時候，應盡力縮短控制周期。的聯合仿真 圖9 為左前輪3～5s 的ABS 仿真試驗數據，按照邏輯門限值的方式進行控制。從圖9 中可以看出，在加速度為－20m/s2 附近，進行了快速減壓，車輪的加速度增大，但車輪速度仍在減小。然后在加速度為－22m/s2 時出現了保壓過程，此時滑移率為0.17 左右。緊接著是一個壓力逐漸增加的過程，在這個過程中車輪的加速度逐步減小，但車輪速度繼續增加，此時車輪滑移率控制在0.1 附近，接著又是一個短暫的保壓過程，車輪的加速度增大，此后又開始了新的一輪的制動壓力的調節。車輪的加速度在（－20～20）m/s2之間，管路壓力在（1.5～4.5）MPa 之間。圖10 為道路試驗數據，比較兩圖，仿真數據與試驗數據基本吻合。（參見：張躍今，宋健.多體動力學仿真軟件－ADAMS 理論及應用研討.機械科學與技術，1997.9）

圖9 左前輪3～5s 的仿真試驗數據

圖10 左前輪3～5s 的道路試驗數據

第七章 結論

(1)用兩個軟件

ADAMS 和MATLAB/SIMULINK分別建立機械模型和控制模型，發揮各自的優點進行聯合仿真計算，精度較高。

(2)采用交替驗證的方法，確定車輪滑移率和加速度的門限值效果較好。(3)仿真數據與道路試驗數據基本吻合，證明仿真方法和仿真模型可行。(4)此模型較準確地反映ABS 制動過程各參數的變化情況，可以此為基礎進行實車的ABS 控 制算法的開發，縮短開發時間，減少開發經費。

(5)此模型還易于擴展，進一步開發和研究ABS 以及與ASR(Acceleration Slip Regulation)、ACC(Adaptive Cruise Control)的集成化系統。

致 謝

在這短短幾個月的時間里畢業論文能夠得以順利完成，并非一人之功。感謝所有指導過我的老師，幫助過我的同學和一直關心、支持著我的家人。感謝你們對我的教誨、幫助和鼓勵。在這里，我要對你們表示深深的謝意！

感謝我的指導老師——田文超老師，沒有您認真、細致的指導就沒有這篇論文的順利完成。和您的交流并不是很多，但只要是您提醒過該注意的地方，我都會記下來。事實證明，這些指導對我幫助很大。

感謝我的父母，沒有他們，就沒有我的今天。你們的鼓勵與支持，是我前進的強大動力和堅實后盾。

最后，感謝身邊所有的老師、朋友和同學，感謝你們三年來的關照與寬容，與你們一起走過的繽紛時代，將會是我一生最珍貴的回憶。

參考文獻：

1.汽車電子技術，遲瑞娟，李世雄 主編，國防工業出版社，2008年08月 2.汽車電子控制基礎，曹家喆 主編，機械工業出版社，2007年10月 3.汽車車身電子與控制技術，陳無畏 主編，機械工業出版社，2008年02月

4.張躍今，宋健.多體動力學仿真軟件－ADAMS 理論及應用研討.機械科學與技 術，1997.9 5.ADAMS Reference Manual Version 12, Mechanical Dynamics, Inc.6.Matlab Referen ce Manual Version 6.1.Mathworks Inc.

第四篇：嵌入式論文

信息工程學院

課程設計報告書

專 業： 電子信息科學與技術 班 級： 0312412 學 號： 031241217 學生姓名： 肖文洲 指導教師： 劉三軍

計算機專業嵌入式系統課程的研究與實踐

【摘 要】隨著電子技術的發展，嵌入式技術成為當今信息技術發展的主流技術。嵌入式技術作為高校計算機專業的一個新方向已被許多學校采用。本文通過對嵌入式技術的分析，提出了嵌入式系統課程體系建設的基本方法，包括專業培養計劃、嵌入式系統教學實踐平臺建設以及嵌入式系統教學模式與教學方法創新等。【關鍵詞】嵌入式技術；研究與實踐；計算機專業

隨著電子技術和信息技術的快速發展及嵌入式硬件技術與軟件技術的不斷成熟，嵌入式系統的應用越來越廣泛，如智能家電、手機、汽車電子、網絡通信及電子娛樂產品等，隨之而來的是社會對嵌入式產品開發人才的需求也越來越多。因此，許多高校都開設了嵌入式系統開發方面的系列課程。由于嵌入式系統課程涉及的知識面寬、實踐性強，對實驗教學的要求較高，包括實驗教師、硬件配置、實驗項目的設置等。因此，作為對新技術研究和探索最活躍的群體，高等院校如何接受嵌入式技術帶來的挑戰，盡快開設嵌入式系統的相關理論與實驗課程，并逐漸形成較規范的教學體系已成為一個重要的研究課題。

一、嵌入式系統教學的特點

設置嵌入式系統課程的目的是讓未來的軟硬件開發人員了解和掌握必要的嵌入式系統設計方法的概念、方法和工具。同時由于嵌入式系統對其他學科領域的滲透，其他相關專業的學生也有學習該課程的需求與必要。如其他電子、自動化專業都可開設相應的選修課程，在某種程度上可以提升畢業學生的競爭力、就業率。嵌入式系統課程的教學內容應包括嵌入式系統體系結構、硬件構架、軟件編程及外圍設備接口和驅動等，注重培養學生的設計能力和軟件開發能力;盡量反映該領域近年來最新的理論與技術，使學生了解學科的最新發展。嵌入式系統課程的特點是涉及知識面廣、綜合性強、實踐性強，并且學科發展快，因而學習難度大，難以形成一個簡單明確的知識體系。同時該課程講授難度很大，它要求教師不僅具備一般的計算機系統的軟硬件知識，而且需要真正從事過嵌入式系統的開發實踐，才能對嵌入式系統中的實時性等抽象概念和系統調試過程有感性認識。嵌入式系統教學主要有以下三個特點:(1)基礎性。嵌入式系統技術涉及多個專業，如計算機工程、軟件工程、工業自動控制、機電工程、精密儀器和電子工程等，嵌入式技術與各個專業相互滲透融合，將逐漸形成新的學科研究方向，因此，嵌入式系統可作為上述各專業的基礎平臺課，以強化專業基礎知識。(2)綜合性。嵌入式系統是軟件和硬件設計的完美結合。它涉及電子信息、計算機、自動控制等諸多專業相關課程的內容，如語言、微機原理、單片機設計和操作系統等課程，有很強的綜合性，因此，可以有效地對學生進行綜合能力的培養。(3)實踐性。嵌入式系統是理論與實踐結合密切的課程。實驗是嵌入式系統課程的重要組成部分，缺乏實驗的嵌入式系統課程學習是紙上談兵，因此，學生必須通過大量的實驗和實踐環節，來加深對嵌入式系統理論知識的理解。

二、適合計算機專業的嵌入式系統課程體系

嵌入式系統涉及電子、計算機、自動控制等諸多專業知識，專業性強，包括了操作系統、微機原理、編程語言程序設計、計算機網絡和接口設計等內容，是軟件、硬件的完美結合。因此，嵌入式系統的設計原理與技術不是一門課程所能講授的，需要建立一個課程體系。

嵌入式系統本身就是計算機系統。從廣義上講，目前計算機科學與技術專業的課程體系中所設置的許多專業基礎課，比如數字邏輯、C/C++程序設計、計算機網絡等，對嵌入式系統設計的學習者來說同樣重要。在此，只從狹義的角度探討嵌入式系統的課程體系設置。

由于嵌入式系統涉及的知識面廣、應用層面廣，所以應針對嵌入式系統設計與應用的不同層面的需求，設置不同層面的課程體系。從狹義上劃分，嵌入式系統課程體系可以有以下三個不同的層面: 第一層面:針對將來只是應用嵌入式系統硬件、軟件平臺來進行二次開發的學生而言，應側重培養其基于某個嵌入式系統平臺上(包括硬件平臺和軟件平臺)進行應用系統設計和開發的能力。因此，針對這一層面的學生應開設以下幾門主要課程: 《嵌入式實時操作系統》：選取一個具體的操作系統比如uCLinux為例，講授嵌入式操作系統的原理及應用，重點介紹如何進行任務劃分、如何編寫I/ O驅動程序等。《嵌入式系統設計》：重點介紹嵌入式系統設計步驟、方法，重點介紹嵌入式應用軟件的開發技術，以及嵌入式系統的測試技術及軟件優化技術。《嵌入式網絡技術》：重點介紹基于嵌入式環境下的網絡通信技術及應用，比如I2C總線技術、USB接口技術、嵌入式Web技術等，掌握相關的通信技術及接口編程。

第二層面:針對將來從事嵌入式系統平臺設計及合作開發的學生而言，除需要學習上述三門課程外，還必須開設《嵌入式系統結構》課程。該課程重點介紹某個具有代表性的嵌入式CPU(如ARM系列)的系統結構、匯編指令系統、中斷管理機制、常用外圍接口，使學生掌握嵌入式平臺設計的基礎知識。前提是學生具備數字邏輯方面的相關基礎知識。對于與第一個層面相同的課程，其授課中重點也不完全一樣。比如，《嵌入式操作系統》課程可以嵌入式Linux為主，重點介紹進程調度、進程間通信、內存管理和I/O驅動機制等，使學生具備進行操作系統的裁剪、移植的基本能力。

第三層面:針對將來從事SOC(systemonChip)系統設計及開發的學生而言。主要課程有數字邏輯設計與應用、電子電路原理與PCB技術、EDA技術(FPGA設計及應用)、嵌入式系統結構、嵌入式操作系統等，偏重于底層的設計。

通過以上分析可以看出，第一層至第三層分別是嵌入式系統中由軟到硬、由高層至底層的三個不同應用層次，對應不同的知識結構需求。第一層偏軟，對底層的系統結構及接口等要求較低，是在當前比較容易實現的一個培養方向。在計算機本科專業中，軟件方向比較適合開展第一個層面的嵌入式系統教學，應用方向比較適合開展第二個層面的嵌入式系統的教學。根據以上分析，可以提出在計算機本科專業開設嵌入式系統方向需要參照的課程體 系:(1)專業基礎課:嵌入式系統概論、嵌入式系統原理與接口技術。(2)專業必修課:嵌入式操作系統、嵌入式系統應用設計。

(3)專業選修課:嵌入式網絡技術、嵌入式系統測試技術、嵌入式工程應用(即行業領域，如移動通信技術與應用、數字家庭網關技術等)、分布式嵌入式系統原理與設計等。

作為課程體系的一部分，實踐教學是嵌入式系統教學的關鍵。實踐教學設置的總體指導思想是:以培養創新動手能力為核心，建立“系統的多級課程實踐”的實驗體系，包含課程基礎實驗、課程設計、綜合項目設計;同時，以“項目為中心”設計多層次的集中實踐題目，各層次的題目難度不等，以適合不同層次的學生[4]。

(1)每門課保證至少30%以上的上機或實驗學時，完成基礎實驗項目。(2)至少有兩門課的課程設計(約兩周)，如ARM匯編程序設計、操作系統移植實驗、LCD/觸摸屏等接口實驗等等。(3)至少完成一個綜合課程設計(課余時間+綜合實訓時間共約40學時)，類似于一個簡單的工程項目，有設計、編程調試、性能測試等完整的步驟如手機游戲、校園導航、電子詞典、嵌入式WEB服務器等。

(4)校企合作，建立實習基地，聯合完成項目設計。

三、嵌入式系統課程體系在計算機專業的實踐

我們在分析了企業對嵌入式人才需求的基礎上，提出了“在計算機本科專業培養嵌入式系統人才”的具體實施方案，并在2007級、2008級本科生中進行了實踐。

該課程定位為實驗研究型。目標是通過嵌入式實驗平臺學習構建一個嵌入式系統的一般方法，熟悉一些常用的微處理器、存儲器、外設接口并學習軟硬件設計方法。掌握嵌入式操作系統，定制內核，編譯下載調試，編寫驅動程序和應用程序等，最后要求實現或部分實現一個具體嵌入式應用的解決方案，并在硬件平臺上實現出來。

課程的主要內容包括:(1)典型嵌入式系統的基本配置?硬/軟件綜合設計方法和流程?應用范例?(2)硬件環境微處理器?存儲器?I/O 口?外設接口和驅動?電源轉換和管理?總線?硬件調試?(3)嵌入式操作系統?操作系統內核?Linux 和uCLinux?任務和任務調度?實時 OS? GUI?API?文件系統等?(4)嵌入式網絡通過和計算機網絡結合, 開發基于網絡接的應用?(5)軟件開發過程?交叉編譯?鏈接調試?下載?板級支持包?(6)驅動程序?設備驅動機制?按鍵和觸摸屏驅動?網口驅動?紅外?USB 驅動?

實驗是嵌入式系統教學的一個比較重要的環節，實驗大綱的制定是保證課程教學大綱目標實現的一個重要環節，制定出符合學生實際的實驗大綱對計算機科學與技術專業培養目標的實現至關重要。按難易程度的不同，實驗內容分為兩個層次：基本實驗與綜合應用實驗。基本實驗目的是讓學生了解嵌入式軟件和硬件的一般開發環境與流程，進行基本的嵌入式程序開發。綜合應用實驗目的是讓學生綜合運用前面所學到的知識，按照指定的題目，自行設計開發嵌入式應用程序。基本實驗包括嵌入式軟件開發基礎實驗、人機接口實驗、通信與音頻接口實驗、簡單驅動程序實驗和嵌入式操作系統移植實驗等。對于綜合應用實驗，給出多個題目，選擇其一，學生也可以自選題目。設備選 擇 了 北 京 博 創 公 司 所 開 發 的PXA270教學實驗平臺,由于 PXA270 性能好,實驗開發板的外圍設備又很豐富，使得實驗選題更加靈活。

課程設計及畢業設計中對所學知識的運用與提高在理論學習結束后，學生對嵌入式系統開發的各個環節有了較深入的理解與掌握。我們的方法是在課程設計和畢業設計中深化學習。課程設計中，結合實驗用開發平臺，選擇了如MP3模擬控制系統等在實際中真正是嵌入式大行其道的應用領域。在畢業設計中，我們布置了諸如“嵌入式智能控制器”，“嵌入式音頻控制器”，“內核裁減”設計等工作，這些設計要求學生從軟硬件協同設計到軟硬件的測試方法等有深刻的掌握。還有組織學生參加大學生嵌入式設計競賽等教學活動。

四、結束語

隨著嵌入式應用的迅猛發展,企業對嵌入式人才需求的缺口越來越大,越來越多的高校開始加強嵌入式系統的教學和科研,培養更多的適應社會需求嵌入式系統人才。本文所設置的針對計算機本科專業的嵌入式系統課程體系,融合了企業的需求和計算機專業的特點,符合實際應用。針對兩年實踐中存在的問題,在以后的教學中將不斷完善。

參考文獻：

[1]田澤.嵌入式系統開發與應用教程[M].北京:北京航空航天大學出版社,2005.[2]符意德.嵌入式系統教學及實驗內容的探討[J].軍工高

[3]賈志平.嵌入式系統原理與接口技術[M].北京:清華大學出版社,2004.[4]柳翔.嵌入式軟件工程人才培養的探索與實踐[J].計算機教育,2005,5.

第五篇：基層農業統計數據采集與處理系統研究

基層農業統計數據采集與處理系統研究

摘 要： 智能手機數據采集相比傳統數據采集在時效性等方面具有優勢。基于“基層農業統計數據采集與處理系統”的需求，在Android平臺上，依據分層開發思想，詳細設計了數據庫適配器、數據層、結構層以及activity等，最終完成了軟件系統的開發，為農業技術人員提供了易用、可靠的基層農業統計數據采集和處理工具。

關鍵詞： Android； 應用開發； 農業信息化； 界面設計

中圖分類號：TP3 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2018）02-10-04

Abstract： The data acquisition with smart phone is superior to traditional data acquisition in the aspects of timeliness and so on.According to the requirement of “the acquisition and processing system of the grass-roots level agricultural statistical data”，on the Android platform，with the idea of layered development，the database adapter，the data layer，structure layer and the activity etc.are designed in detail，to finally complete the development of the software system，provide agriculture technical personnel with an agricultural statistical data acquisition and processing tool of easy to use and reliable.Key words： Android； application development； agricultural information； interface design

0 引言

農業信息化的意義顯而易見[1]，但是由于多方面的原因，農業信息化進程遠遠落后于服務業、工商業等各領域。這對農民以及農業的發展是十分不利的。

基層農業統計數據采集與處理系統是在Android操作系統的基礎上開發而成。該系統通過Android智能手機獲取與農業生產有關的信息，如地塊檔案、農戶信息、地塊制度、農村等各類信息。通過該系統，可以讓基層農業信息化工作人員方便地建立和管理數據庫。農技人員可基于農業生產環境，實時、快速地獲取與農業生產有關的數據。開發環境及技?g介紹

Android系統在中國的普及范圍大且速度快，搭載Android系統的移動設備價格合適，在農業技術推廣體系中使用較多，且能滿足系統設計需求，是智能手機開發的首選平臺。

Android是一種以Linux為基礎的開放源代碼操作系統[2]，主要使用于便攜設備。Android操作系統可細分為如下幾部分：應用軟件、操作系統、用戶界面、中件間。Android平臺可依次分為如下四層：Linux內核層；Android運行層；應用框架層；應用程序層。基于Android的軟件的開發通常處于Android架構中的頂層，即應用程序層。

本系統是針對Android系統研發的一款移動應用，需要的開發工具分別為：Eclipse、Android SDK。系統總體設計

2.1 系統體系結構

結合本系統的基本功能以及Android架構[3]特點，開發分如下四個層次。

XML：界面設計，具體設計時主要運用/res/layout/中的.xml文件，運用該文件布局控件、控制屬性、自定義控件樣式。在設置版本信息方面時，主要運用

/AndroidManifest.xml，即形成Android API信息。逐個聲明Activity、申請客戶使用資源，另外程序中用到的中文單詞則主要結合strings.xml聲明。利用arrays.xml逐個設置列表各項元素。

View：本層屬于人機交互界面，包含本系統中所需要運用到的所有Activity。用戶可通過Activity進行相關操作，比如輸入數據，確定數據項，最后點擊，即可獲得相關信息。

Data與Adapter：一般認為該層為數據庫及其適配器層。主要用于建立農業生產信息數據庫，同時該層包括更新及相關方法，Adapter中含所有適配器Adapter，顯示數據庫Activity的信息。在ListView控件記錄時，需要運用到各顯示數據表。

Table：屬于數據表層。利用Entity存儲數據表各字段名及類型。一般情況下Data層不會因為本層發生變化而變化，因此適用于分層開發。

如圖1為本系統的體系結構圖。

由此分析軟件體系結構[4]，在具體設計時，可將系統分為五個包：XML；View；Adapter；Data；Table。這五個包是有自上而下的依賴關系，分別對應view包、data包、data包、adapter包和table包。如圖2為該軟件系統包圖。

2.2 系統流程圖

農業技術人員登錄Android客戶端執行數據采集，首先要在客戶端應用匯總獲取數據，并上傳到Web服務器中，經過Web服務器對數據進行處理后對數據進行存儲，并向客戶端發出反饋信息，以標識采集任務完成。系統的流程圖如圖3所示。詳細設計

3.1 各功能模塊描述

基于Android的農業數據采集與處理系統主要功能分為兩大類：工作類和交流類。工作類數據采集包括：提交推廣日志、上報災情、采集價格信息等；交流類數據采集包括農技問答、經驗交流和問題反饋等。

3.1.1 用戶模塊

系統的用戶類型[5]分為未授權用戶（注冊）、普通用戶、管理員以及超級管理員。

未授權用戶：需管理員授權后才能使用系統。

普通用戶：能上傳數據，查看歷年數據。

管理員：能修改除超級管理員以外的所有用戶的權限，以及刪除用戶操作，能查看數據，給所有用戶發送手機消息提醒。

超級管理員：與管理員相比，多了能對管理員進行設置權限的操作。

⑴ 創建用戶

在客戶端任何人都能新增角色，但權限為未授權用戶，需管理員來修改權限。

⑵ 用戶登錄

登錄輸入錯誤時進行用戶名或密碼錯誤的相應提示，權限不足時提示沒有權限進行此操作的提示。

⑶ 用戶管理

管理員能對未授權用戶和普通用戶，更改他們的權限或者刪除用戶，而超級管理員能對管理員、普通用戶和未授權用戶，修改他們的權限或者刪除用戶。

3.1.2 數據模塊

普通用戶選取好需要錄入數據的區域和農作物種類（保存在服務器上，如果沒有需添加）后，選擇相應的季節（春、夏、秋、冬）和行為（播種、收獲），并填寫相應的信息，提交至服務器，此時如果數據和去年同期數據比較波動幅度超過10%則需填寫備注信息。

3.1.3 ?稻薟榭茨？?

用戶或者管理員在選取好需要查看的區域和農作物種類后，能在客戶端上獲取到對應信息的歷年收獲數據。

3.1.4 個人中心模塊

用戶或者管理員，在登錄后的主頁面中進入個人中心后，能按自己的喜好和需求來修改密碼或者手機號。

3.1.5 用戶提醒模塊

管理員在網頁上登錄成功后能對所有用戶發送自定義的提醒內容，也可以對特定用戶發送自定義提醒內容，該提醒會出現在安卓手機的通知欄上。

3.2 系統功能圖

⑴ 系統功能總圖（如圖4）

3.3 數據結構設計

結合用例分析和需求分析，構成系統的數據[6]主要包括如下幾部分：

⑴ 用戶表users（具體包含用戶名、ID以及姓名、密碼手機號碼，權限）；

⑵ 地區表zone（地區ID、地區名稱）；

⑶ 村莊表village（村落ID，村落名稱，地區ID）；

⑷ 種類表kind（種類ID，種類名稱）；

⑸ 農作物名稱表crop（農作物ID，農作物名稱，種類ID）；

⑹ 用戶個性化表marks（ID，用戶ID，村落ID，農作物ID）；

⑺ 農作物播種表sow（播種ID，年份，季度，村落ID，農作物ID，播種面積，備注，用戶ID，上傳日期）；

⑻ 農作物收獲表gains（收獲ID，年份，季度，村落ID，農作物ID，面積，產量，畝產量，備注，用戶ID，上傳日期）。系統實現舉例

基于Android的基層農業統計數據采集與處理系統，通過安裝Android移動設備中的應用程序與用戶進行直接交互，Android端的應用程序采取本地化開發模式，在移動終端獲取數據，結合移動端的界面設計，通過編碼來實現滿足用戶采集需求的相關功能，將數據傳送至服務器，在服務器端網頁和Android端應用程序界面都可瀏覽相關采集信息，并能夠執行回復、評論等信息交互操作。

4.1 登錄模塊

用戶打開軟件后立即顯示登錄頁面，需要輸入用戶名、密碼后點擊登錄，成功登錄后進入操作頁面。輸入錯誤出現提示并需重新輸入。登錄界面如圖7所示。

登錄模塊通過Android端Login Activiy類中的 click Login（）方法（圖），將登錄信息傳送至Login Utils類中的線程run（）方法去執行登錄驗證請求，Server 端Login Action類中的client Login（）方法對信息進行驗證。代碼片段如圖8所示。

4.2 消息提醒模塊

管理員能夠對所有用戶或者特殊用戶發送提醒[7]，并且會在智能手機的通知欄顯示出來，如圖9。結束語

本文基于采集統計農業數據以及處理系統需求，結合Android、移動通信技術，以及農業信息化等實際需求，綜合利用無線網絡和智能移動設備的優勢，為農業技術人員提供現代化、智能化、便攜式、易用、可靠的基層農業統計數據采集和處理工具。

我們在研究移動開發及農業信息化方面取得了一定成績[8]，基于Android智能手機初步構建了基層農業統計采集與處理系統。但是由于各方面原因，系統依然存在諸多不足之處。比如數據采集內容方面，需進一步豐富基層農業數據采集的內容和形式；系統架構設計方面，還需加強服務器端的承載能力；在數據傳輸控制方面，要深入研究傳輸中斷情況的數據傳輸策略等。

參考文獻（References）：

[1] 尚明華，秦磊磊，王風云，劉淑云，張曉艷.基于 Android智能手機的小麥生產風險信息采集系統[J].農業工程學報，2011.27（5）：178-180

[2] 張磊.Android平臺的應用開發研究[J].計算機光盤軟件與應用，2011.9（17）：211-213

[3] 李搖楊，馮搖剛，李搖亮，羅擁華.基于 Android 的多媒體應用開發與研究[J].計算機與現代化，2011.1（4）：149-152

[4] 王一妹.基于Android系統的氣象災情手機直報平臺的設計開發[J].安徽農業科學，2013.41（20）：8773-8776

[5] 胡紀通.建設精準型農業基礎大數據的保障性工作機制[J].信息技術與信息化，2017.9：20-21

[6] 廖建尚，盧斯.基于Android系統智能網關型農業物聯網設計和實現[J].中國農業科技導報，2017.19（6）：61-71

[7] 劉傳茂，王熙.農機數據采集傳輸系統的設計與實現――基于CAN總線[J].農機化研究，2016.38（12）：207-211

[8] 孫小華，王福順，楊會英，趙艷，王風國.基于智能手機的農業信息服務系統研究[J].科技和產業，2013.13（6）：33-36