基于STM32的智能油門線序測試儀的設(shè)計制作

陳棟

摘 要：文章以STM32單片機為核心控制器，設(shè)計了一個可以簡單快捷的測出電子油門踏板與行車電腦連接的六條信號線的線序儀。最后實驗結(jié)果顯示，線序儀能以紅燈、黃燈、藍燈、綠燈分別顯示電源線、沒連接、信號線和地線，整個顯示既快捷又準確，基本實現(xiàn)了所需的功能。

關(guān)鍵詞：電子油門；控制器；設(shè)計制作

1 序言

隨著社會的發(fā)展，生活節(jié)奏日益加快，汽車作為我們的代步工具，與生活結(jié)合非常緊密，一旦它發(fā)生故障，我們的生活節(jié)奏就會被打亂。許多修理店也反映，客戶需要他們盡可能的縮短修車的時間。油門這一塊的修理很重要，也需要很謹慎，線序的確定也是修理改裝油門必不可少的一個環(huán)節(jié)。但是確定油門的線序是一件很繁瑣的事，由于沒有統(tǒng)一的標準，不同汽車的線序都不一樣，修理人員只能用萬用表一根根線路去測量，非常麻煩。目前，還沒有解決如何快速確定線序這一問題的相關(guān)方法，所以需要設(shè)計研發(fā)一款智能的線序測試儀，能快速，簡便，準確地檢測出油門的各個線序，解決這一問題。

2 背景

1886年1月26日，第一輛汽車在德國誕生，從此開啟了汽車工業(yè)飛速發(fā)展的時代，到2011年下半年為止，全球汽車總量就已經(jīng)突破了10億輛。隨著我國開始改革開放，經(jīng)濟的不斷發(fā)展，國人購買汽車也是越來越普遍。截止2015年底，全國的機動車保有量達到2.79億輛，其中汽車1.72億輛，平均每百戶家庭擁有31輛。隨著汽車的增多和社會的進步，人們對汽車也提出了更高的要求，安全，舒適，節(jié)能，環(huán)保成為汽車技術(shù)的熱點[1]。而以目前汽車的發(fā)展水平而言，采用電子控制的方法是提高燃油經(jīng)濟性和減少有害排放的最有效的辦法[2]。油門作為汽車不可缺少的重要部件，直接影響著汽車的安全性能[3]。電子油門的概念在上個世紀70年代就已經(jīng)提出了，但是研究一直遇到瓶頸，直到2000年以后，研究取得重大突破，電子油門才開始真正普及[4]。所以從21世紀開始，電子油門就開始逐步替代了傳統(tǒng)的拉線油門，到現(xiàn)在市場上基本已看不到拉線油門的身影[5]。

3 硬件設(shè)計

硬件的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。由電源、濾波電路、控制單元、采樣電路和顯示輸出構(gòu)成。

在硬件設(shè)計中，電源電路中，需要將9V電壓值降低到3.3V，相比電阻分壓，利用開關(guān)電路分壓有著更大的優(yōu)勢，它在獲得一個穩(wěn)定電壓的同時，損耗的功率更小，散發(fā)的熱量更少。選擇的SPX1129芯片在3.3V，500ma的時候輸出精度為1%，有著非常低的靜態(tài)電流，對電流和熱有著比較大的限制，負載大，并且有反向電流保護。控制單元的核心器件選擇的是STM32F030F4單片機，此芯片是由ST意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一款功能強大、低功耗芯片，它功能足夠使用，而且價格又便宜，非常符合本次設(shè)計。該芯片有32位處理器，頻率高達48MHz，16位的定時器，獨立的看門狗，工作電壓為2-3.6V，并且AD是12位精度，能滿足系統(tǒng)的要求。顯示輸出采用5mm全彩霧狀共陽LED燈來顯示，以不同的顏色來顯示不同類別的線。它擁有RGB三色，能夠區(qū)分油門中不同的信號線，而且它的正向電壓最大可達3.6V；發(fā)光強度可達1300mcd，這在暗處也能清晰可見，使用的溫度環(huán)境在-40°到85°滿足系統(tǒng)要求。

如圖2所示，為硬件PCB設(shè)計圖。其外形設(shè)計，是配合外殼方便安裝。在PCB設(shè)計中，最粗的走線是紅色信號地線，它作為零參考點，內(nèi)阻必須小。由于本裝置功耗較小，其他走線都按0.254mm線粗的常規(guī)進行設(shè)計。

4 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計

該測試儀的核心器件單片機中的程序結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3中，左側(cè)虛線連接部分是中斷程序，包括定時器中斷、串口中斷和外部中斷。定時器中斷主要是定時處理各子程序的標志位，決定何時進行哪項子程序，中斷級別較高。串口中斷主要用來接收串口通訊協(xié)議信息，做調(diào)試使用。結(jié)構(gòu)右側(cè)部分是程序中各子程序，包括初始化、協(xié)議解析、AD采集濾波、檢查線序和顯示線序。初始化子程序的內(nèi)容是時鐘、IO口、AD、串口等功能的初始化。協(xié)議解析子程序的功能是在調(diào)試的時候，串口接收上位機發(fā)送過來的通訊協(xié)議，并解析。AD采集濾波子程序涉及到AD信號的數(shù)字濾波，包括去最值濾波、平均濾波等，以得到較為準確的AD值為目標。檢查線序子程序是在AD采集之后，以AD值為參考依據(jù)，對檢查的油門信號新進行評估，最終通過顯示線序子程序?qū)ED點亮呈現(xiàn)出來。

5 測試結(jié)論

開機時線序儀會進行自測，LED燈顯示結(jié)果為紅黃藍綠依次顯示后最后定格為黃燈。最后的電壓檢測結(jié)果為：當電壓在0到20mV時，顯示為綠燈，即代表地線；當電壓在20mV到150mV時，顯示黃燈，即沒有連通；當電壓為0.15V到2V時。顯示藍燈，即為信號線；當電壓在3V到5.5V時，顯示紅燈，即為電源線；當線序儀檢測到其他電壓時，黃燈會一直閃爍，即表明發(fā)生了錯誤。整個實驗下來，線序儀工作正常，實現(xiàn)了基本功能。

6 結(jié)束語

文章提出了一種快速檢測汽車油門信號線的方法，并進行了實際裝置的制作。本方法簡單明了，裝置結(jié)構(gòu)簡單，容易制作。但仍有不足之處，目前能檢測日系和韓系的汽車，不能覆蓋全部車系，裝置有待改進。

參考文獻

[1]李志遠，侯順艷，張彪.汽車電子節(jié)氣門模糊控制器設(shè)計[J].儀表技術(shù)與傳感器，2011（1）：74-77.

[2]林春梅.汽車電子油門控制系統(tǒng)研究[D].山東理工大學(xué)，2007.

[3]魏春源.汽車電氣與電子[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2004.

[4]孟黎明.基于巨磁阻的電子油門系統(tǒng)研究[D].武漢：武漢理工大學(xué).

[5]涂平華，郭麗紅.汽車電子油門檢測系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010.