基于單片機(jī)的汽車門鎖控制器設(shè)計(jì)

孫浩浩

（平?jīng)鰴C(jī)電工程學(xué)校，甘肅 平?jīng)?743400）

1 汽車門鎖

1.1 汽車門鎖的重要性

門鎖作為汽車車門系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部件，關(guān)系到汽車的安全性、可靠性。汽車門鎖系統(tǒng)是將車門可靠鎖止并通過內(nèi)部機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)開啟及鎖止功能的裝置。是一個重要的車身部件，能保證車門在正常使用的過程中可靠鎖止。而基于單片機(jī)的門鎖控制器控制的門鎖可以通過接收微動開關(guān)的信號，結(jié)合門鎖當(dāng)前的狀況，發(fā)送信號也就是電平信號來控制電機(jī)，進(jìn)而控制門鎖。這樣就可以更加便捷地控制門鎖。同時通過門鎖控制器可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)外門把手分別控制門鎖，來應(yīng)對不同的狀況，使我們的行車更加安全、方便。

1.2 汽車門鎖的功能

汽車門鎖是由門鎖開關(guān)、汽車門鎖控制器、汽車門鎖執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的。在這個過程中首先是門鎖開關(guān)給門鎖控制器一個信號，這里的門鎖開關(guān)可以理解為內(nèi)外把手，之后門鎖控制器再把信號處理之后傳給執(zhí)行機(jī)構(gòu)也就是電機(jī)來控制門鎖的鎖止和解鎖。通過控制器的工作應(yīng)能實(shí)現(xiàn)以下4個功能。1） 主鎖止開關(guān)鎖止之后，門鎖處于鎖止?fàn)顟B(tài)，外門把手不起作用，內(nèi)門把手操作一次之后解鎖開關(guān)就會自動解鎖，內(nèi)外門把手恢復(fù)正常。2）如果鎖止開關(guān)處于解鎖狀態(tài)，內(nèi)外門把手就可以自由控制門鎖，也就是說每個門把手都能自由地控制電機(jī)。3）兒童鎖鎖止好后，外門把手正常，內(nèi)門把手不起作用。也就是說，不管有沒有鎖止，內(nèi)把手都不控制電機(jī)。4）在主鎖止開關(guān)在鎖止的狀態(tài)下，同時鎖止兒童鎖，內(nèi)門把手操作一次，外門把手恢復(fù)正常，主鎖止開關(guān)恢復(fù)正常，但是內(nèi)門把手依然不起作用。

2 汽車疾控門鎖

2.1 門鎖開關(guān)

門鎖開關(guān)一般分為主門鎖開關(guān)和分門鎖開關(guān)，主門鎖開關(guān)就是駕駛員側(cè)的開關(guān)，這個開關(guān)的鎖止和解鎖，都會控制其他車門的門鎖開關(guān)。分門鎖開關(guān)位于其他車門處，一般不單獨(dú)鎖止，都會受到主門鎖開關(guān)的控制。

一般汽車的4個門的內(nèi)外都有開關(guān)，每個開關(guān)都會受鎖止開關(guān)的控制，也就是說內(nèi)外的開關(guān)是獨(dú)立的，都可以單獨(dú)控制門鎖的解鎖與鎖止?？偟膩碚f就是每個車門的開關(guān)都可以獨(dú)立進(jìn)行操作，便于乘客自行操作，但是駕駛員側(cè)有總開關(guān)可以隨時解鎖和鎖止全部的車門。

2.2 門鎖執(zhí)行機(jī)構(gòu)

門鎖的執(zhí)行機(jī)構(gòu)也就是電機(jī)控制模塊和電機(jī)，電機(jī)一般可以分為2種，一種是電磁線圈式，另一種是直流電動機(jī)式。

電磁線圈式實(shí)際上就是在線圈中間放一個銜鐵，銜鐵上連著連桿，當(dāng)線圈通電之后，銜鐵就會帶動連桿實(shí)現(xiàn)閉鎖，但是當(dāng)線圈通反向電流時，銜鐵就會帶動連桿向相反的方向移動，從而實(shí)現(xiàn)開鎖[1]。

直流電動機(jī)式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際上也和上面的一樣，直接由電動機(jī)提供動力，但是這個電動機(jī)可以實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)和逆轉(zhuǎn)，所以就可以實(shí)現(xiàn)開鎖和閉鎖。

但是該文的門鎖控制器的設(shè)計(jì)只是簡單的模擬了開鎖的過程，所以采用的電機(jī)是功率比較小的電機(jī)，等到實(shí)車實(shí)驗(yàn)的時候可以換成比較大的電機(jī)，這些都是后面可以調(diào)整的。

2.3 門鎖控制器

一般的門鎖在解鎖和鎖止的過程中都需要消耗電流，但是為了縮短工作時間，會給控制裝置上加一個定時裝置，這樣在超過了規(guī)定時間的時候，電路就會自動斷電，這樣就可以有效保護(hù)我們的電路還有電器的安全。大多數(shù)的汽車因?yàn)檐囬T上的電機(jī)多，所以會直接在電路中加入繼電器，這樣就可以有效防護(hù)上面的情況[2]。

3 門鎖控制器主控制芯片電路設(shè)計(jì)

這次我們選擇的單片機(jī)是STC12C5A60S2，相比較于以前的51單片機(jī)，這個型號的單片機(jī)有高速、高可靠性等特點(diǎn)，并且有比較強(qiáng)的抗靜電抗干擾等能力。并且有2個外部中斷源，可以進(jìn)行在線編程，有2K的SRAM。

首先，從主芯片的電源輸入輸出來說。如圖1所示40端子是芯片的電源輸入端，起到給主芯片供電的作用，這個電壓是從我們的電源模塊出來的，所以電壓值是5 V，而20端子則是接地端，形成回路，給單片機(jī)主芯片供電。28端子則是給電機(jī)驅(qū)動模塊芯片供電，電壓也是5 V。從12端子開始一直到16端子，這些是連接著按鍵的，也就是模擬的門把手，其中內(nèi)外把手，接在我們的外部中斷端子上，給我們的程序設(shè)計(jì)提供條件。2、3、4三個端子則是接在電機(jī)驅(qū)動模塊上的，給電機(jī)驅(qū)動模塊提供信號，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動和停止。

9端子也就是RST端，接的是復(fù)位電路，作為一個完整的系統(tǒng)，復(fù)位電路肯定是必不可少的，它能保證控制器的正常運(yùn)行，而且在系統(tǒng)不能自己正常復(fù)位的時候，也可以手動復(fù)位。

18、19端子接著晶振電路，一個系統(tǒng)要想正常的工作，那么就必須有一個晶振信號，這個信號直接影響了單片機(jī)的工作速度，所以這個電路也是必須要有的。

從32到39開始的這8個I/O口則接著10 K的上拉電阻，這個上拉電阻提高了端口電流，提高了單片機(jī)識別高電平的能力，同時也可以起到一定的限流作用。

圖1 主控制芯片電路圖

4 控制程序設(shè)計(jì)流程

根據(jù)設(shè)想應(yīng)該有以下幾種情況。

如圖2所示，當(dāng)我們按下按鍵S2，也就是模擬內(nèi)把手時，中斷觸發(fā)，讀程序，先判斷這個信號是內(nèi)把手發(fā)出來的還是外把手發(fā)出來的，如果判斷內(nèi)把手是閉合的則發(fā)出中斷的是外把手。如果已經(jīng)判斷出是內(nèi)把手，那么就再判斷現(xiàn)在的狀態(tài)是不是處于一個解鎖的狀態(tài)，如果不是則執(zhí)行解鎖狀態(tài)的命令，之后返回最上面繼續(xù)循環(huán)，如果是則判斷我們的兒童鎖是不是打開的，如果不是則結(jié)束循環(huán)，如果是打開的則控制電機(jī)驅(qū)動模塊使電機(jī)轉(zhuǎn)動，這樣就進(jìn)行了一次完整的循環(huán)。

當(dāng)按下按鍵S3，也就是外把手時，依然是先判斷這個中斷是來自S2還是S3。當(dāng)判斷是S3時，再判斷外把手是不是閉合的，如果是打開的則直接判斷是否處于解鎖狀態(tài)，如果是解鎖狀態(tài)則直接由控制電機(jī)控制模塊控制電機(jī)轉(zhuǎn)動，如果是閉鎖狀態(tài)則結(jié)束循環(huán)。如果外把手是閉合的，則先判斷上鎖的開關(guān)是不是關(guān)閉的，是打開的則置于上鎖的狀態(tài)，如果閉合的則繼續(xù)判斷解鎖開關(guān)是不是閉合的，不閉合則置于解鎖狀態(tài)，然后繼續(xù)循環(huán)，如果是閉合的則判斷兒童鎖是不是打開的，打開的則改變兒童鎖的狀態(tài)，然后循環(huán)，反之也繼續(xù)循環(huán)。

5 結(jié)論

該文基于單片機(jī)對汽車門鎖控制器進(jìn)行了設(shè)計(jì)，在確定了汽車門鎖控制器的基本功能后，利用STC12C5A60S2單片機(jī)對門鎖進(jìn)行智能控制，在技術(shù)允許的范圍內(nèi)，大大縮小了控制器的體積，而且使控制器的功能也變得更加強(qiáng)大，以前需要機(jī)械控制的東西，現(xiàn)在也變?yōu)槌绦蚩刂?。在該次的設(shè)計(jì)過程中還注意了按鍵的消震，以及電機(jī)的轉(zhuǎn)動時間等問題，這些都對門鎖控制器在現(xiàn)實(shí)生活中的使用有很大意義。

經(jīng)過最后的成品的調(diào)試，控制器實(shí)現(xiàn)了預(yù)想的功能，并且響應(yīng)較快，達(dá)到了提升汽車行車安全性的目的。

圖2 按鍵電路圖