新型倒車鏡控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

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摘要：根據(jù)倒車鏡特點(diǎn)，對(duì)一種新型倒車鏡控制系統(tǒng)的軟、硬件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，以LIN通信為橋梁，通過主機(jī)和從機(jī)的串行通信實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制，完成倒車鏡的各種動(dòng)作，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該控制方式的優(yōu)越性和正確性，對(duì)于今后新型倒車鏡控制器的設(shè)計(jì)具有良好的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：微處理器；LIN通信；倒車鏡；SPI通信

引言

本文設(shè)計(jì)了一種新型倒車鏡控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括主機(jī)和從機(jī)兩個(gè)部分。主機(jī)是指倒車鏡控制器，從機(jī)是指車門周邊控制器，兩者通過LIN通信。其中，主機(jī)功能主要有控制鏡面折疊、展開，控制倒車鏡鏡面調(diào)節(jié)（包括垂直和水平兩種狀態(tài)）；通過與記憶系統(tǒng)（IMS）聯(lián)動(dòng)存儲(chǔ)倒車鏡的位置數(shù)據(jù)。另外，倒車時(shí)為了確保后方視野清晰，主機(jī)還有如下功能：（1）倒車鏡自動(dòng)除霧、除霜加熱功能。（2）照明和控制方向燈。（3）從主機(jī)接收LIN通信數(shù)據(jù)（輸出命令）后，形成倒車鏡綜合控制器的輸出信號(hào)。新一代倒車鏡綜合控制器的動(dòng)作電壓具有如下特點(diǎn)：（1）新一代倒車鏡綜合控制器的動(dòng)作電壓在9V以下，但在LIN通信輸入的低電壓條件下控制器也可運(yùn)行。（2）新一代倒車鏡綜合控制器感應(yīng)到7V以下或18V以上的電壓時(shí)，LIN通信可能失敗。（3）新一代倒車鏡綜合控制器感應(yīng)到9V以下或16V以上電壓時(shí)，禁止故障檢測(cè)。（4）為了防止在調(diào)節(jié)閥附近鎖緊，磁滯電壓設(shè)定為0.4V，蜂鳴時(shí)間設(shè)定為2min。為了使新一代倒車鏡控制器耗電量最小，控制器可進(jìn)入低電量模式，狀態(tài)自動(dòng)更改為“睡眠模式”。

1新型倒車鏡工作原理

新型倒車鏡主要有幾種工作模式，即系統(tǒng)初始化模式、正常模式、休眠模式以及斷電模式等，其工作流程為：系統(tǒng)初始化模式確定電池是供電狀態(tài)還是斷電狀態(tài)，關(guān)閉所有端口輸出，然后結(jié)束初始化，進(jìn)入正常模式。當(dāng)正常模式接收到休眠請(qǐng)求命令（LIN通信地址為0×3C）就進(jìn)入休眠模式。在休眠模式下接收到SPI指令“關(guān)閉電源”后進(jìn)入斷電模式，當(dāng)檢測(cè)到LIN總線喚醒信號(hào)后進(jìn)入正常模式。新型倒車鏡控制器各有左右兩個(gè)倒車鏡控制器，使用總控制器的MCU下拉電阻來確定控制哪個(gè)倒車鏡控制器工作，判斷左右倒車鏡控制器是否工作的方法是在新一代倒車鏡控制器對(duì)應(yīng)的端口，在其系統(tǒng)初始化階段通過讀取相應(yīng)的端口電平高低來判斷。（1）左倒車鏡控制器工作：MCU外部下拉電阻接通。（2）右倒車鏡控制器工作：MCU內(nèi)部下拉電阻接通。

2新型倒車鏡內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外圍電路

新型倒車鏡控制系統(tǒng)的從機(jī)主要由微處理器和驅(qū)動(dòng)接口及診斷模塊組成，主機(jī)與從機(jī)之間通過SPI通信，當(dāng)從機(jī)通過LIN總線接收到指令后，根據(jù)主機(jī)指令控制從機(jī)。保護(hù)系統(tǒng)采用欠壓和過流保護(hù)以及傳感器檢測(cè)電路。倒車鏡控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1SPI通信

SPI通信是指微處理器和驅(qū)動(dòng)接口及診斷模塊的通信，采用四線制全雙工模式。微處理器發(fā)送數(shù)據(jù)包，包括PWM占空比等信息，驅(qū)動(dòng)接口接受數(shù)據(jù)包。根據(jù)數(shù)據(jù)包的信息執(zhí)行各項(xiàng)動(dòng)作，包括電機(jī)啟動(dòng)、調(diào)速、反轉(zhuǎn)以及停止等。內(nèi)部調(diào)節(jié)器根據(jù)這些指令控制步進(jìn)電機(jī)等。

2.2A/D轉(zhuǎn)換電路和傳感器電路設(shè)計(jì)

A/D轉(zhuǎn)換電路主要用于欠壓和過流保護(hù)，檢測(cè)電池電壓情況，如果電壓過低，就進(jìn)入斷電模式。傳感器分為倒車鏡水平傳感器和垂直傳感器，用來檢測(cè)倒車鏡的物理狀態(tài)，通過整流、濾波和放大后轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，由A/D轉(zhuǎn)換電路送入微處理器，進(jìn)行閉環(huán)控制。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)主要由初始化程序、發(fā)送程序、A/D轉(zhuǎn)換程序、SPI通信程序以及閉環(huán)控制程序組成。其總體流程圖如圖2所示。從圖2可以看出，在系統(tǒng)初始化后就進(jìn)入正常模式，對(duì)于休眠或斷電模式，是根據(jù)主機(jī)指令或者電池電壓檢測(cè)判斷決定。在正常模式下，主機(jī)發(fā)送指令到從機(jī)，控制倒車鏡動(dòng)作，從機(jī)控制流程圖如圖3所示。從圖3可以看出，從機(jī)是根據(jù)主機(jī)指令進(jìn)行控制的，根據(jù)主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)包，控制步進(jìn)電機(jī)，使得倒車鏡進(jìn)行一系列動(dòng)作。

3.2閉環(huán)控制程序

當(dāng)從機(jī)接收指令后，根據(jù)傳感器檢測(cè)到的倒車鏡實(shí)際狀態(tài)，經(jīng)過PID運(yùn)算后控制步進(jìn)電機(jī)，閉環(huán)控制程序流程圖如圖4所示。步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行包括調(diào)速、啟動(dòng)和停止等功能，調(diào)速是通過改變PWM占空比實(shí)現(xiàn)的。3.3SPI通信程序和A/D轉(zhuǎn)換程序本設(shè)計(jì)采用寄存器進(jìn)行SPI總線通信，首先必須把端口初始化，包括啟用SPI模式、8位數(shù)據(jù)傳輸、四線制SPI工作方式以及波特率設(shè)定等內(nèi)容。A/D轉(zhuǎn)換程序主要有兩方面：一是檢測(cè)電池電壓，如果電壓過低，經(jīng)過微處理發(fā)出斷電指令；二是把傳感器檢測(cè)的倒車鏡狀態(tài)信息轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，微處理器根據(jù)倒車鏡實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。

4實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證以上系統(tǒng)硬件及軟件設(shè)計(jì)的實(shí)用性，進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中，倒車鏡可以根據(jù)倒車狀態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)倒車鏡角度，以最佳角度反映車后的物體，當(dāng)與車后物體相距較近時(shí)，蜂鳴器和照明自動(dòng)響應(yīng)。停車時(shí)，倒車鏡可自動(dòng)折疊。以上結(jié)果驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性。

5結(jié)語

本文針對(duì)一種新型倒車鏡控制系統(tǒng)，分析了該倒車鏡控制系統(tǒng)中主機(jī)和從機(jī)的軟硬件設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的正確性。

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作者：李先鋒 張力凡 陳中 單位：鹽城工學(xué)院