一種新型倒車鏡控制系統(tǒng)設(shè)計

李先鋒　張力凡　陳中

摘要：根據(jù)倒車鏡特點(diǎn)，對一種新型倒車鏡控制系統(tǒng)的軟、硬件進(jìn)行了設(shè)計，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，對于今后新型倒車鏡控制器的設(shè)計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

0 引言

本文設(shè)計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)動存儲倒車鏡的位置數(shù)據(jù)。另外，倒車時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。

新一代倒車鏡綜合控制器的動作電壓具有如下特點(diǎn)：

（1）新一代倒車鏡綜合控制器的動作電壓在9 V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7 V以下或18 V以上的電壓時，LIN通信可能失敗。

（3）新一代倒車鏡綜合控制器感應(yīng)到9 V以下或16 V以上電壓時，禁止故障檢測。

（4）為了防止在調(diào)節(jié)閥附近鎖緊，磁滯電壓設(shè)定為0.4 V，蜂鳴時間設(shè)定為2 min。

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)檢測到LIN總線喚醒信號后進(jìn)入正常模式。

新型倒車鏡控制器各有左右兩個倒車鏡控制器，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)以及傳感器檢測電路。倒車鏡控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1? ? SPI通信

SPI通信是指微處理器和驅(qū)動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)動作，包括電機(jī)啟動、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。

2.2? ? A/D轉(zhuǎn)換電路和傳感器電路設(shè)計

A/D轉(zhuǎn)換電路主要用于欠壓和過流保護(hù)，檢測電池電壓情況，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?，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

3.1? ? 系統(tǒng)流程設(shè)計

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、啟動和停止等功能，調(diào)速是通過改變PWM占空比實(shí)現(xiàn)的。

3.3? ? SPI通信程序和A/D轉(zhuǎn)換程序

本設(shè)計采用寄存器進(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;二是把傳感器檢測的倒車鏡狀態(tài)信息轉(zhuǎn)換為電壓信號，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，蜂鳴器和照明自動響應(yīng)。停車時，倒車鏡可自動折疊。以上結(jié)果驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計的正確性。

5 結(jié)語

本文針對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)計要點(diǎn)，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該系統(tǒng)設(shè)計方案的正確性。

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收稿日期：2020-04-07

作者簡介：李先鋒（1974—），男，甘肅會寧人，副教授，研究方向：模式識別與智能系統(tǒng)。