獨立于ECU的外后視鏡智能控制模塊設(shè)計*

戚昊琛 張鑒 楊文華 王墨林

（合肥工業(yè)大學(xué)）

獨立于ECU的外后視鏡智能控制模塊設(shè)計*

戚昊琛 張鑒 楊文華 王墨林

（合肥工業(yè)大學(xué)）

利用單片機結(jié)合PCB電路設(shè)計了一種外后視鏡智能控制模塊。該模塊采用原車載12V電源供電，不依賴ECU而獨立工作；該模塊包含降壓電路及電機控制電路，可調(diào)節(jié)外后視鏡的翻轉(zhuǎn)角度；通過軟件編程可實現(xiàn)倒車時外后視鏡同步翻轉(zhuǎn)、定位及復(fù)位功能。以模塊化的PCB板載芯片與器件實現(xiàn)了樣品試制，經(jīng)仿真及裝車測試驗證，該模塊可良好地實現(xiàn)設(shè)計功能，且與車輛電氣系統(tǒng)實現(xiàn)無干擾匹配。

1 前言

傳統(tǒng)的汽車外后視鏡在使用過程中存在一定的盲區(qū)，特別是倒車時無法看到車后輪附近的障礙物。較常見的解決方式是加裝輔助鏡面，但其面積較小，成像嚴(yán)重變形，無法準(zhǔn)確判斷障礙物大小及距離；另一種方式是各汽車廠家通過行車電腦ECU控制[1]，但一般只有高端車型才予以配置，且不同廠家、不同車型間無法通用。本文設(shè)計了一種不改變原車結(jié)構(gòu)、不依賴于行車電腦、安裝簡單的智能外后視鏡控制模塊，基于單片機控制器與PCB外圍電路，可實現(xiàn)外后視鏡倒車時自動下翻等控制功能。該設(shè)計適用于帶外后視鏡電機的車型，可為汽配、改裝等市場提供一種外后視鏡智能控制的解決方案。

2 硬件電路方案及設(shè)計

本模塊以單片機為主控制器，加以晶振電路、降壓電路、繼電器電路等實現(xiàn)外后視鏡的翻轉(zhuǎn)與復(fù)位。具體硬件電路方案為：通過原車外后視鏡驅(qū)動電路和調(diào)節(jié)開關(guān)對外后視鏡直流電動機進(jìn)行驅(qū)動和調(diào)節(jié)；通過降壓電路將原車12 V驅(qū)動電壓降至單片機供電電壓標(biāo)準(zhǔn)；通過降壓電路將原車掛倒擋時倒車燈輸出的12 V倒車信號降至單片機中斷觸發(fā)電壓標(biāo)準(zhǔn)，該倒車信號的存在與否，用于判斷是否驅(qū)動外后視鏡翻轉(zhuǎn)和復(fù)位；通過晶振電路為單片機提供時鐘基準(zhǔn)，確保時間的精確性；通過繼電器開關(guān)控制外后視鏡電機的正反轉(zhuǎn)驅(qū)動。具體控制過程通過單片機的軟件編程實現(xiàn)。

硬件系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2.1 單片機選型

所選單片機需帶有定時器功能、電源管理寄存器PCON、不少于一個外部中斷、4個IO口等，各種品牌或封裝的單片機均可使用。根據(jù)試驗條件及設(shè)計要求，當(dāng)模塊安裝于車門內(nèi)后視鏡調(diào)節(jié)開關(guān)下方時，安裝空間較為充裕，本文選用的是通用型40PIN直插式STC89C52單片機，元器件采用直插式；當(dāng)模塊安裝于外后視鏡內(nèi)時，安裝空間狹小，因此采用20PIN AT89C2051單片機，元器件采用貼片式。圖2為采用的AT89C2051單片機部分電路。

2.2 降壓電路

所選單片機供電電壓為5 V，為了能直接使用車內(nèi)原外后視鏡12 V的驅(qū)動電源，需通過一個降壓電路把12 V電壓降至5 V為單片機供電；同時，倒車信號作為觸發(fā)信號也需從12 V降至5 V。降壓芯片采用LM7805。降壓電路如圖3所示。

2.3 電機控制電路

外后視鏡驅(qū)動電機的控制電路由兩組繼電器組成，其中三極管基極分別連接單片機的兩個I/O口，控制電機的正轉(zhuǎn)與翻轉(zhuǎn)。本電路采用的繼電器為DC5V繼電器。

電機控制電路如圖4所示。其中，Rx為電阻，Sx為直流電機，Kx為DC 5V繼電器，Dx為肖特基二極管，Vdd為外后視鏡12 V供電電源。

3 軟件設(shè)計

因倒車不是經(jīng)常進(jìn)行的操作，模塊必須實現(xiàn)低功耗模式以節(jié)約電能[2]，因此在軟件設(shè)計時必須考慮到對電源管理寄存器PCON最低位PD的設(shè)定，以決定單片機是否進(jìn)入掉電休眠模式[3，4]。

具體軟件流程為：無倒車信號時單片機休眠；當(dāng)有倒車信號輸入外部中斷接口時，單片機復(fù)位，進(jìn)行初始化；再次檢測倒車信號，通過延時0.5 s來判斷是否為誤操作（若掛倒擋為誤操作，一般會在0.5 s內(nèi)修正）；確認(rèn)倒車信號無誤，啟動電機正轉(zhuǎn)控制倒車鏡下翻固定角度，電機停；倒車信號消失時，電機反轉(zhuǎn)恢復(fù)至原位，電機停；3 s內(nèi)再無倒車中斷輸入則單片機進(jìn)入休眠；等待下一個倒車信號的喚醒。其中，時間通過定時器精確控制。

3.1 軟件流程

軟件流程如圖5所示。

3.2 主控制程序的部分語句

主控制程序部分定時器、中斷及電源管理器的程序設(shè)計如下：

4 試驗測試及結(jié)果

4.1 仿真及裝車試驗

按照上述軟硬件設(shè)計原則，利用PROTEUS軟件完成硬件電路搭建，利用KEIL軟件完成單片機的軟件編程與調(diào)試，并在PROTEUS內(nèi)完成軟硬件的聯(lián)合仿真[5]。

通過聯(lián)合仿真后，使用萬能板和相應(yīng)元器件完成電路焊接，裝載相關(guān)程序后進(jìn)行實際裝車測試，表明本智能模塊可成功實現(xiàn)汽車擋位掛至倒擋時外后視鏡自動翻轉(zhuǎn)固定角度。如對于奇瑞QQ3試驗車，設(shè)定下翻角度為10°時，可通過定時器精確控制電機轉(zhuǎn)動2.15 s來實現(xiàn)定位；掛至其他擋位時，后視鏡自動恢復(fù)至原位。

4.2 PCB版圖及產(chǎn)品

本設(shè)計最后以PCB電路板形式實現(xiàn)產(chǎn)品輸出，插口設(shè)計考慮無損安裝，采用專用插頭對插，不破壞原車線路。設(shè)計有安裝在左側(cè)車門內(nèi)后視鏡調(diào)節(jié)開關(guān)下方的直插式PCB電路板和安裝在后視鏡內(nèi)的貼片式PCB電路板兩種形式，以方便不同的改裝需求且對原車外觀無破壞。

因外圍12 V供電電流相對較大，因此設(shè)置供電網(wǎng)絡(luò)線寬為45mil，以防止發(fā)熱和保證系統(tǒng)穩(wěn)定性。其他網(wǎng)絡(luò)線寬設(shè)為28mil。

直插式PCB電路板版圖如圖6所示，產(chǎn)品實物照片如圖7所示。其尺寸為6 cm×7 cm，可安裝于汽車左側(cè)車門內(nèi)的外后視鏡調(diào)節(jié)開關(guān)下方空間，安裝方便，完全內(nèi)置，外部不可見。

貼片式PCB電路板版圖如圖8所示，實物照片如圖9所示。其尺寸為5.5 cm×72.5 cm，可直接安裝于后視鏡內(nèi)驅(qū)動電機后方空間，安裝方便，完全內(nèi)置，外部不可見。

4.3 試驗結(jié)果

對上述直插式及貼片式外后視鏡控制模塊進(jìn)行功能測試，任選以下被測車型進(jìn)行相關(guān)測試后得到下翻角度測試值如表1所示。

表1 同等時間各車型下翻角度

由表1可見，本模塊適用于各種被測車型，自動擋與手動擋汽車均可使用，雖同樣設(shè)置下翻時間為2.15 s時各車型外后視鏡下翻角度略有不同，但均不影響實際使用。外后視鏡下翻前、后對比如圖10所示。

由于智能控制模塊相對于原車系統(tǒng)為外加負(fù)載，試驗還考察了其對于原電氣系統(tǒng)的影響。在上述車輛穩(wěn)定停止?fàn)顟B(tài)下，將汽車檢測儀接至蓄電池負(fù)極對靜態(tài)電流進(jìn)行測試，模塊安裝前、后靜態(tài)電流均無變化。事實上，模塊在不工作時具備掉電休眠功能，可見其對汽車原車電氣性能不造成影響。

5 結(jié)束語

設(shè)計了一種不破壞汽車原車外觀、性能及內(nèi)部電路的通用型后視鏡智能控制模塊，其以PCB板為載體。根據(jù)多項試驗與檢測結(jié)果可知，該模塊可良好地解決隨選車型日常倒車時無法看到車輪及其附近障礙物的情況，且對原車電氣系統(tǒng)不造成影響，是一種實現(xiàn)外后視鏡智能控制的無損解決方案。

1 曹志婉.電動后視鏡.汽車電器，2004（04）:58～59.

2 胡漢才.單片機原理及其接口技術(shù).北京:清華大學(xué)出版社,2004:25～26.

3 徐本財,鮑宇.轎車智能電動后視鏡開關(guān)及控制線路優(yōu)化設(shè)計.黑龍江交通科技，2008（11）：105～107.

4 劉剛,秦永左,朱杰斌.單片機原理及應(yīng)用.北京:北京大學(xué)出版社，2006，76～98，134～155.

5 吳志紅,吳庚澤,朱元,魏學(xué)哲,王佳元.基于XC164CS單片機的混合動力汽車電池管理系統(tǒng)硬件設(shè)計.汽車技術(shù)，2009（4）:15～18.

6 肖軍.聚焦汽車后視鏡.交通與運輸，2009（3）:52～53.

7 何雍奧,張衛(wèi)波.新款汽車后視鏡自動調(diào)節(jié)裝置的研發(fā).海峽科學(xué)，2010（12）:41～43.

（責(zé)任編輯簾 青）

修改稿收到日期為2015年7月1日。

Design of an Intelligent Control Module for Exterior Mirror Independent of ECU

Qi Haochen,Zhang Jian,Yang Wenhua,Wang Molin
（Hefei University of Technology）

An intelligent control module for exterior mirror is designed using MCU and PCB circuit.This module is powered by 12V vehicle-mounted power supplies,and is independent from electronic control unit(ECU)of the vehicles.It consists of buck converter and motor controlling circuit.The adjustable turning angle of the exterior mirror can be realized by this module.After programmed,the functions of exterior mirror synchronous turning when reversing,angle location and reset can be realized.At last,the product is put to pilot production based on a modular PCB on board chip and electronic devices.This module is capable of performing the designed functions,and can match the original electrical system of the car with no interference,which are testified by experiments.

Exterior Mirror，Intelligent Control Module，MCU，PCB，ECU

外后視鏡 智能控制 單片機 PCB ECU

U463.68

A

1000-3703（2015）11-0057-04

國家自然科學(xué)青年基金（61404042）；合肥工業(yè)大學(xué)科學(xué)研究發(fā)展基金（J2014HGXJ0091，J2014HGXJ0082）。