基于STM8A6246智能伸縮踏板控制器設(shè)計(jì)

花加麗 李開霞

摘要：為了克服越野車底盤高上下車舒適性的問題，特別是老年人和小孩，雖然安裝固定式汽車踏板但是仍然難以達(dá)到人們舒適性的需求，為此設(shè)計(jì)出可以安裝在越野車上的智能伸縮踏板。其基本功能為：上車前，打開車門，踏板自動伸出，可以踩踏板上車;上車后，關(guān)閉車門，踏板收回。該系統(tǒng)還設(shè)計(jì)電機(jī)電流檢測，有效保護(hù)電機(jī)，最后介紹控制系統(tǒng)穩(wěn)定性測試，提出系統(tǒng)還存在的不足之處以及改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：智能伸縮踏板;STM8;電流檢測;越野車

中圖分類號：TN925? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ?文章編號：1007-9416（2018）10-0000-00

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，私家車已經(jīng)成為人們出行必備的交通工具。人們對車身智能設(shè)備的要求也不斷的提高，各種汽車改裝也應(yīng)運(yùn)而生[5]。針對越野車底盤較高，上下車時舒適性不足的問題，特別是老人和小孩，雖然很多車已經(jīng)在車上安裝固定式汽車踩踏裝置，但是仍然難以達(dá)到人們對舒適度的需求。為了解決上下車舒適的問題，設(shè)計(jì)可以安裝在越野車上的智能伸縮踏板。

本文通過設(shè)計(jì)一種工作性能穩(wěn)定、內(nèi)部邏輯準(zhǔn)確、抗干擾能力強(qiáng)、安全性能高、舒適性好的控制器。主要實(shí)現(xiàn)的功能為：車門打開時，踏板自動伸出供人們踩踏;車門關(guān)閉時，踏板自動收回，節(jié)省空間;遇到障礙物時，踏板會做出判斷，停止工作或反向運(yùn)行。

1 控制器整體設(shè)計(jì)

智能伸縮踏板控制器硬件設(shè)計(jì)分為兩個部分：電源模塊、控制單元、信號輸入/出單元、驅(qū)動單元。如圖1所示，控制器原理框圖。

其中，電源模塊采用L7805開關(guān)電源芯片，將汽車12V電壓轉(zhuǎn)換成5V電壓。由D30NF06組成防止反接保護(hù)電路;信號輸入單元是檢測車門開關(guān)信號，以便觸發(fā)踏板伸縮動作，電機(jī)電流檢測用于判斷電機(jī)是否堵轉(zhuǎn)起到保護(hù)電機(jī)作用;控制單元由STM8AF6246單片機(jī)作為控制核心，負(fù)責(zé)信號處理;執(zhí)行單元由H橋電路實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 電源模塊

如圖2所示電源電路，將輸入的不穩(wěn)定12V電壓轉(zhuǎn)換成5V電源，給控制器供電。車內(nèi)電池波動范圍較大，選用L7805最大輸入電壓可以達(dá)到35V，寬輸入電壓范圍，輸出電流最大1.5A，不需外接補(bǔ)償元件，內(nèi)含限流保護(hù)電路，防止負(fù)載短路燒毀元件。SMAJ26CA瞬態(tài)抑制二極管是一種限壓型的過電壓保護(hù)器件[12]，反應(yīng)速度快，電壓抑制能力強(qiáng)，有很好的保護(hù)后續(xù)電路的功能，反接保護(hù)電路原理，利用MOS管控制地線的通斷，正向接入MOS管導(dǎo)通，反向接入MOS管關(guān)斷，地線不通從而起到保護(hù)作用[11]。

2.2信號輸入單元

信號輸入主要為車門的開關(guān)信號，控制器的門信號是通過采集車門狀態(tài)指示信號 電路上的信號獲得，門信號干擾雜波大，影響控制器的邏輯判斷，需要通過軟硬件有效監(jiān)測門信號。采集過程需要注意信號干擾的消除與車身電路的隔離問題[1]。設(shè)計(jì)電路如圖3所示，從車門電路上采集信號，經(jīng)過電阻分壓，將電壓縮小后經(jīng)過施密特器件的處理最后輸入到單片機(jī)IO口，圖中D2、D3用以防浪涌，C10、C11用于濾除雜波，采用阻值較大的分壓電阻實(shí)現(xiàn)電路的隔離。

電機(jī)電流信號檢測由新型線性電流傳感器ACS712實(shí)現(xiàn)，ACS712器件主要靠近芯片的銅制的電流通路和精確的低偏置線性霍爾傳感器電路等組成。被測電流流經(jīng)的通路（引腳1和2，3和4之間的電路） 的內(nèi)電阻通常是1.2毫歐，具有較低的功耗[7]。被測電流通路與傳感器引腳（引腳5～8）>2.1kVRMS，幾乎是絕緣的。流經(jīng)銅制電流通路的電流所產(chǎn)生的磁場，能夠被片內(nèi)的霍爾IC感應(yīng)并將其轉(zhuǎn)化為成比例的電壓。通過將磁性信號盡量靠近霍爾傳感器來實(shí)現(xiàn)器件精確度的最優(yōu)化[8]。系統(tǒng)采用ACS712-30A進(jìn)行檢測，輸出端VOUT接到單片機(jī)的AD端口進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，ACS712的電壓輸出VOUT和被檢測的電流IP間的關(guān)系為：VOUT=（2/30）IP+2.5。如圖4所示，被檢測的電流大小通過ACS712到STM8A進(jìn)行處理。

2.3 控制單元

控制單元最小系統(tǒng)所選單片機(jī)STM8AF，設(shè)計(jì)原理圖如圖5所示。是一款專門用于滿足汽車應(yīng)用的特殊需求的8位FLASH微控制器。適用的程序存儲器尺寸范圍為8KB～256KB和20引腳～128引腳封裝。所有器件的工作電壓均為3V～5V，并且其工作溫度擴(kuò)展到了145℃，并可以執(zhí)行CAN和LIN通信。

2.4 執(zhí)行單元

執(zhí)行單元通過H橋電路實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制，H橋主要由兩路繼電器和兩個MOS管組成，如圖6所示，當(dāng)J2=0、G2=1，J1=1、G1=0時，繼電器K1A關(guān)閉、MOS管Q4導(dǎo)通，繼電器K1B接通、MOS管Q5關(guān)閉，電機(jī)正傳;當(dāng)J2=1、G2=0，J1=0、G1=1時，繼電器K1A接通、MOS管Q4關(guān)閉，繼電器K1B關(guān)閉、MOS管Q5接通，電機(jī)反轉(zhuǎn)[15]。

3 軟件設(shè)計(jì)

汽車智能踏板控制器流程圖如圖7所示，當(dāng)收到車門的開關(guān)信號時，執(zhí)行踏板伸出或收起動作，在執(zhí)行動作的過程中實(shí)時監(jiān)測電機(jī)電流大小，電流過大切斷電機(jī)回路，踏板停止動作。設(shè)定踏板伸出或收回的時間，如果動作時間小于設(shè)定的值且電流過大，則認(rèn)為沒有到達(dá)遇到障礙物，控制器切斷電機(jī)回路并輸出報(bào)警信號。

4 實(shí)驗(yàn)測試

根據(jù)如圖8所示PCB板加工并測試，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案。在超過預(yù)設(shè)的時間或遇到阻力電流變大，控制器響應(yīng)關(guān)斷電機(jī)。實(shí)驗(yàn)設(shè)定電流大于3A認(rèn)為是大電流。實(shí)驗(yàn)還通過GDW/JB-0500高低溫實(shí)驗(yàn)箱驗(yàn)證，分別在溫度-10℃、0℃、20℃、40℃、60℃、80℃保持恒溫2小時在不同環(huán)境溫度下控制器性能的穩(wěn)定性、可靠性，均能滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語

介紹汽車智能踏板控制器的設(shè)計(jì)方法，給出汽車車門開關(guān)信號檢測和電機(jī)電流檢測的方案。完成控制器的原理性功能測試，已完成原理性樣機(jī)的設(shè)計(jì)。

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Design of Intelligent Telescopic Pedal Controller Based on STM8A6246

HUA Jia-li，LI Kai-xia

（1Changzhou Institute of Advanced Manufacturing Technology，Changzhou Jiangsu 213001）

Abstract： In order to overcome the problem of high comfort of SUV， especially for the elderly and children， it is still difficult to meet the requirement of comfort of people to install fixed automobile pedals. Therefore， an intelligent telescopic pedal which can be installed on SUV is designed. The basic function is： before getting on the car， the pedal automatically sticks out when open the door， you can step on the pedal to get on the car; When you get on and close the door the pedals will be returned. The system also designed the motor current detection， effective protection of the motor， and finally introduced the control system stability test， proposed the system's shortcomings and improvement measures.

Key words： wireless communication; image transmission; nRF24L01; intestinal robot.