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一款乘用车外后视镜电动折叠控制器设计原理
来源:汽车电器  作者:佚名  2015-02-02 09:37:43

    3 控制器控制策略
    1)控制器通过查询FS端的信号,确定后视镜应处在伸展还是折叠状态。搭铁低电平为折叠信号,悬空高电平为伸展状态信号。当后视镜所处位置状态与开关信号要求相符时,折叠电动机保持不动;当后视镜所处位置状态与开关信号要求不相符时,启动折叠电动机使其转向与折叠开关要求相符的位置,到位后自动关闭折叠电动机的运行。
    2)当车速>5 km/h时,控制器不接受处理此时的折叠开关发来的信号请求,仍保持或处理此前在车速≤5 km/h时最近一次折叠开关发来的信号请求(折叠或伸展),继续完成已响应的执行任务,直至完成。然后关闭和封锁折叠电动机驱动模块的输出,直到车速恢复到≤5 km/h,重新再接受处理开关此时发来的信号请求。
    3)当供电电压为非正常时(小于9V,大于17V、持续时间大于200 ms),控制器不再响应此时的折叠开关信号,并关闭和封锁折叠电动机驱动模块的输出,直到供电正常。
    4)在接到电动机驱动模块有过热情况时,立即关闭或封锁相应的驱动模块的输出,直到过热情况消除。
    5)外后视镜折叠或伸展到了止点位置(折叠止点位或伸展止点位),控制器即行关闭相应电动机的驱动输出。折翻到位其止点位置的判别,是以测得折叠电动机的电流是否达到了堵转定义值〔这里堵转定义值为I≥0.8 Is(约1.2A),持续时间为0.3 s )或以检测折叠电动机通电延时时间(电动机在某个转向启动后的通电时间)是否达到了设定值(这里设定值取后视镜最长折翻时间约5s)为判据。如果上述二个条件之一满足,即可判为后视镜总成已折叠或伸展到了止点位置。
    6)外后视镜折叠或伸展到了止点位置关闭相应的折叠电动机的驱动输出后,立即在程序上“禁止”该驱动口电动机再可作“同向”转动的可能。直到该输出端口有过“反向”转动开启操作响应,该“禁止”才可被解除。
    7)当电源电压不正常进入了上述第3点的处理过程中,或当电动机驱动模块过热进入了上述第4点的处理过程中,其时如有“堵转持续时间(0.3 s)”正处计时的,或“电动机通电延时时间(延时5 s)”正处计时的,这时它们的计时应暂停。直至电压和模块温度恢复正常后,“堵转持续时间计时”、“电动机通电延时时间(延时5s)计时”才即刻恢复,并从中断的计时数处连续下去。

    4 硬件电路的实现
    通过性价比选择控制器的组成零件,设计和形成详细的控制器电路图,如图5所示。

    1)控制芯片MCU选用Microchip公司的单片机PIC 16F616。PIC 16F616是一款14引脚、8位的CMOS带闪存的单片机,自带4MB的Flash ROM(作为程序存储器)和128B的SRAM(作为数据存储器)。其工作电压2~5.5 V,内部集成有A/D转换、比较器等硬件模块,具有上电复位、欠压复位、看门狗、3个定时器、代码保护等功能。低功耗特性2.0 V时工作电流典型值为220 μA。11个I/O引脚是可复用的端脚—通过设置端口可成为模数转换A/D、比较器C、定时器T的端脚和1个仅可作输入的端脚RA30它们具有高的灌/拉电流能力(25 mA )。该微控器可满足这款电路的作为主控制要求。
    这里I/O端脚RAO设置作A/D转换输入端,用作对供电电压采样输入、A/D转换后MCU读取数值和比较判断以对供电电压进行监控。1/O脚RA5作为车速信号输入端口,设置其具有电平变化就有中断申请,利用该特性实时监测车速一频率脉冲周期时间,以便控制器对车速要求的响应。2个1/O(RA 1、RC3)设为MCU的比较器输入,为检测堵转电流信号(经放大后的转换电压)所用,利用MCU内部的电压比较器直接把输入模拟电压与MCU内部的设定电压比较,一旦大于等于设定电压会产生中断标志,立即让MCU来处理。实现了模拟到数字的接口。3个1/O端脚(RA4、RA3、RC4)设置作数字输入端口,分别作折叠开关信号和2个驱动桥模块过热报警信号输入之用。最后5个1/O端脚(RC5、RC0、RA2、RC 1、RC2)设置作为数字输出端口:端脚RC5输出信号,同时控制2个驱动桥模块的使能线;端脚RC 1、RC2分别连接至右电动机H桥模块的驱动输入端IN 1、IN2;端脚RCO、RA2分别连接至左电动机驱动桥模块的驱动输入端IN 1、IN2。这样MCU通过控制端口电平控制驱动模块的IN端脚(IN1/IN2),从而控制它们的输出OUT(OUT1/OUT2)的极性的转换。
    2)电动机驱动芯片采用STMicroelectronics公司的双半H桥驱动器IC模块L9997ND,2个半桥可搭成一个全桥使用。共使用2个模块分别去驱动左右折叠电动机。左右折叠电动机运转的每个模块根据IN 1、IN2上来自于MCU的输入信号控制折叠电动机的正反转及停止。该模块IN 1、IN2输入端口带有磁滞回线门限,输入电平范围与CMOS相兼容,不仅具有良好的抗干扰性,且可与MCU的输出端口直接对接,省去了对接需增加信号功率放大的环节。该驱动模块具有较大的电流驱动能力,每通道1.2 A持续电流,最大电流可达1.6~2.2 A。输出端内置并联的续流二极管能释放感性负载的反电势和电流,使其在驱动电动机时安全可靠。其端口DIAG是模块故障报警输出,当芯片过热或过电压(大于40 V时)会发出低电平通知信号。该模块自身还具有输出短路保护、过热自动关断输出的功能。工作电压为7~17 V,具有过压保护功能。其端口EN是“使能控制”输入端,要模块进入工作时,必须对该端口加以高电平。当对该端口加以低电平信号或该端口处于悬空状态时,模块则进入休眠的静态模式,此时该模块的输出端口关闭呈高阻状态,模块静态电流仅为1μa。
    驱动模块的每个IN端脚(IN1/IN2)与其相对应的输出端OUT(OUT1/OUT2 )的电平关系是同向的:即当IN端为高时,其对应的输出端OUT也为高。当IN端为低时,其对应的输出端OUT也为低。因此二个H半桥搭成一个H桥去驱动折叠电动机时,端脚IN1与IN2的电平相异时电动机转动,相同时电动机停转。IN1与IN2相异的电平相互转变,使得电动机转向相应改变。控制了驱动模块的IN1和IN2的电平,即控制了电动机的启停和转向。
    这款双半H桥模块的多功能和高度集成化,使外围零件减少,整体电路可靠性提高。其较高的性价比为控制器带来了较好的利益。
    3)5 V电源采用三端稳压集成模块LM2950-50搭建。具有较低的管压降(<0.5V ),输入电压范围6~30V,高精度输出电压(5.0V),输出电流100 mA。可满足汽车起动时电压跌落时仍可提供合格供电的
    4)U3是电动机堵转电流采样放大器,是一颗低功耗双运放的集成块LM2904。其具有大的直流电压增益(100 dB),单电源供电,极低的输入偏置电流(20 nA)带温度补偿,低的失调输入电流(2 nA)、输入共模电压范围包括了零伏。输出电压摆幅0到Ucc~1.5 V(即0~3.5 V )。可满足单电源供电、对采样的小信号放大处理的要求。
    5)R6、R7、C8组成供电电压检测电路,经分压和滤波使供电电压的采样信号控制在MCU的A/D采样电压范围内(0~UDD)。
    6)DQ1是一个专用于数字电路的双三极管封装的模块,组成了车速信号和折叠开关信号电平变换电路。其满足了车用控制器输入端必须可经受住直接对搭铁和对车电源的短接试验,并为折叠开关提供湿性电流。该双三极管Ucc>50 V,最大集电极电流100 mA,Ui(off)<0.5 V,Ui(ON)≥3V。
    7)电路中的D1瞬态电压抑制二极管(TVS )与B1磁珠元件,是形成吸收抑制来自车上电源线的传导干扰的第一道防护措施。TVS管标称电压22V9击穿电压26.9 V,可抑制浪涌电流84 A,抑制电源线上的瞬态过电压。B1磁珠在100 MHz时具有600Ω阻抗,10 MHz时约有100Ω阻抗。其频阻特性可极大地吸收和抑制来自电源线上的大部分高频干扰。
    8)二极管D2是防止输入电源极性反接损坏控制器的保护件。需要其有尽量小的管压降、稍高的耐压和较大的额定电流,这里采用肖特基二极管,满足了要求。
    9)电路图上的无极性的电容为高频旁路或滤波用。吸收电路干扰和防止干扰发射。

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