基于STC89C52 的汽車(chē)燈具診斷電壓監(jiān)控裝置

李春雷，楊 朋，李志強(qiáng)

（長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司哈弗技術(shù)中心，河北 保定 071000）

在汽車(chē)燈具的DV/PV（設(shè)計(jì)/量產(chǎn)）驗(yàn)證階段，需開(kāi)展各項(xiàng)測(cè)試并監(jiān)控?zé)艟吒黜?xiàng)功能以確認(rèn)產(chǎn)品的可靠性[1]。其中，長(zhǎng)城汽車(chē)部分車(chē)型組合前/后燈帶有診斷功能，以某車(chē)型組合前燈為例，其組合前燈及接插件如圖1所示，其組合前燈引腳定義詳見(jiàn)表1。燈具狀態(tài)正常時(shí)，診斷引腳輸出電壓≤1.5V，或輸出電壓大于1.5V且持續(xù)時(shí)間＜50ms，車(chē)身控制器BCM實(shí)時(shí)檢測(cè)該電壓信號(hào)，以確認(rèn)燈具狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，BCM發(fā)送故障信號(hào)，點(diǎn)亮儀表相應(yīng)的故障燈。

表1 長(zhǎng)城汽車(chē)某車(chē)型組合前燈引腳定義

圖1 長(zhǎng)城汽車(chē)某車(chē)型組合前燈及接插件圖

在燈具DV/PV試驗(yàn)中，對(duì)診斷電壓的傳統(tǒng)檢測(cè)方法是使用萬(wàn)用表、示波器或數(shù)采等設(shè)備采集相應(yīng)診斷輸出引腳的電壓信號(hào)，但使用萬(wàn)用表只能由測(cè)試人員手動(dòng)操作進(jìn)行點(diǎn)檢，不能做到實(shí)時(shí)監(jiān)控，又因燈具DV/PV試驗(yàn)項(xiàng)目很多，測(cè)試周期長(zhǎng)、試驗(yàn)樣品數(shù)量大等原因，如使用示波器、數(shù)采等設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，需大量使用，設(shè)備成本較高。因此，開(kāi)發(fā)基于STC89C52單片機(jī)的汽車(chē)燈具診斷引腳電壓監(jiān)控及報(bào)警裝置，其系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)艟咴\斷引腳電壓且低成本的優(yōu)點(diǎn)，能保證燈具DV/PV試驗(yàn)的有效性。

1 硬件電路

根據(jù)燈具診斷引腳輸出電壓特點(diǎn)，選用STC89C52單片機(jī)并結(jié)合LMV331SE-7電壓比較器監(jiān)控?zé)艟咴\斷引腳輸出電壓情況。STC89C52是STC公司生產(chǎn)的基于MCS-51結(jié)構(gòu)的8位微控制器，最大工作頻率為24MHz，具有8kB的閃存存儲(chǔ)器、256字節(jié)的RAM、32個(gè)I/O口，包括1個(gè)UART、3個(gè)定時(shí)器、6個(gè)中斷。STC89C52具有低功耗和可靠的性能，非常適合于各種應(yīng)用，包括工業(yè)控制、消費(fèi)電子和汽車(chē)電子等，可以滿(mǎn)足許多嵌入式系統(tǒng)項(xiàng)目的需求[2]。系統(tǒng)硬件整體設(shè)計(jì)原理如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件整體設(shè)計(jì)原理圖

1.1 STC89C52單片機(jī)主控模塊設(shè)計(jì)

控制模塊使用STC85C52單片機(jī)作為控制芯片，為方便單片機(jī)系統(tǒng)計(jì)時(shí)，選取晶振頻率為f=12MHz，因此單片機(jī)機(jī)器周期為T(mén)=12/f=1μs，即單片機(jī)每執(zhí)行一條指令時(shí)間為1μs，定時(shí)器每增加一次計(jì)數(shù)耗時(shí)為1μs。STC89C52單片機(jī)晶振及復(fù)位電路[3]如圖3所示。

圖3 STC89C52單片機(jī)晶振及復(fù)位電路圖

1.2 輸入部分

輸入部分電路如圖2所示，燈具診斷引腳外接4.64kΩ上拉電阻后，連接到LMV331SE-7電壓比較器V-輸入引腳，由V-引腳檢測(cè)燈具診斷引腳的輸出電壓。電壓比較器V+引腳經(jīng)電阻分壓后的基準(zhǔn)電壓如下：U=VCC×R3/(R1+R2+R3)=5×15/(20+15+15)=1.5V。

LMV331SE-7電壓比較器輸出引腳外接10kΩ上拉電阻，將輸出電壓拉為高電平，當(dāng)電壓比較器V-引腳電壓≤V+引腳電壓（1.5V）時(shí)，比較器輸出高電平到單片機(jī)的P3.2引腳（外部中斷0觸發(fā)引腳），此時(shí)中斷不觸發(fā)；當(dāng)電壓比較器V-引腳電壓＞V+引腳電壓（1.5V）時(shí)，比較器輸出低電平，此時(shí)單片機(jī)的P3.2引腳出現(xiàn)下降沿電壓，觸發(fā)單片機(jī)外部中斷，單片機(jī)隨即運(yùn)行中斷服務(wù)函數(shù)確認(rèn)異常電壓情況。

1.3 輸出部分

系統(tǒng)使用LED 驅(qū)動(dòng)及蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路作為輸出部分電路[4]，如圖4所示。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，LED燈閃爍點(diǎn)亮，蜂鳴器不響，提示系統(tǒng)當(dāng)前無(wú)異常，燈具診斷輸出電壓正常；當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到診斷引腳電壓異常后，驅(qū)動(dòng)LED燈持續(xù)點(diǎn)亮，蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警，提示測(cè)試人員燈具出現(xiàn)異常情況，由測(cè)試人員確認(rèn)并做后續(xù)處理。

圖4 LED驅(qū)動(dòng)及蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路

2 軟件設(shè)計(jì)

軟件程序主要完成燈具診斷引腳輸出電壓及持續(xù)時(shí)間檢測(cè)，確認(rèn)燈具診斷引腳電壓異常情況并提示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。再根據(jù)流程圖編寫(xiě)合適程序，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能。軟件流程圖如圖5所示。

圖5 軟件流程圖

2.1 軟件流程

系統(tǒng)啟動(dòng)后，進(jìn)行如下工作流程：①首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化工作，完成定時(shí)器T0（5ms定時(shí)中斷設(shè)置）、外部中斷0（中斷觸發(fā)設(shè)置）、蜂鳴器及LED初始化；②開(kāi)啟中斷使能，隨后LED閃爍點(diǎn)亮，提示系統(tǒng)正常運(yùn)行，并檢測(cè)P3.2外部中斷引腳。根據(jù)診斷引腳輸出電平狀態(tài)執(zhí)行相應(yīng)的程序，提醒測(cè)試人員當(dāng)前狀態(tài)。

2.2 檢測(cè)過(guò)程分析

系統(tǒng)檢測(cè)診斷引腳電壓共分為3種情況。

1）診斷引腳電壓始終輸出正常：此時(shí)輸出電壓不超過(guò)1.5V，電壓比較器輸出高電平，單片機(jī)不觸發(fā)中斷，運(yùn)行正常，顯示程序使LED閃爍，蜂鳴器不發(fā)聲，提示系統(tǒng)無(wú)故障。

2）診斷引腳電壓輸出超過(guò)1.5V異常電壓且持續(xù)時(shí)間小于50ms：此時(shí)電壓比較器輸出引腳由高電平跳變?yōu)榈碗娖?，單片機(jī)P3.2引腳檢測(cè)到該下降沿電壓并觸發(fā)外部中斷0進(jìn)入中斷服務(wù)程序。在中斷程序中，首先清零5ms定時(shí)計(jì)數(shù)值，隨后啟動(dòng)定時(shí)器T0。定時(shí)器T0每隔5ms觸發(fā)中斷，并在定時(shí)器中斷程序中檢測(cè)P3.2引腳電壓并計(jì)數(shù)5ms個(gè)數(shù)。如在50ms（計(jì)時(shí)器T0中斷計(jì)數(shù)10次）內(nèi)P3.2引腳電壓恢復(fù)為高電平，說(shuō)明診斷引腳輸出物電壓恢復(fù)正常，此時(shí)停止定時(shí)器T0，復(fù)位定時(shí)器計(jì)數(shù)器初值并清零5ms計(jì)數(shù)值，為下次觸發(fā)做準(zhǔn)備[5]。診斷異常電壓持續(xù)時(shí)間＜50ms工作過(guò)程如圖6所示。

圖6 診斷異常電壓持續(xù)時(shí)間＜50ms工作過(guò)程

3）診斷引腳電壓輸出超過(guò)1.5V異常電壓且持續(xù)時(shí)間≥50ms：電壓比較器輸出下降沿觸發(fā)外部中斷并在外部中斷函數(shù)中啟動(dòng)定時(shí)器T0（每5ms中斷），定時(shí)器T0中斷服務(wù)函數(shù)中檢測(cè)P3.2低電平持續(xù)時(shí)間超過(guò)50ms（5ms計(jì)數(shù)值≥10），系統(tǒng)判斷燈具狀態(tài)異常，隨即設(shè)置蜂鳴器及LED狀態(tài)進(jìn)行聲光報(bào)警，提醒試驗(yàn)人員確認(rèn)異常情況。診斷異常電壓持續(xù)時(shí)間≥50ms工作過(guò)程如圖7所示。

圖7 診斷異常電壓持續(xù)時(shí)間≥50ms工作過(guò)程

3 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)車(chē)燈診斷引腳輸出電壓特點(diǎn)，結(jié)合電壓比較器及STC89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)車(chē)燈診斷電壓檢測(cè)裝置，可有效降低燈具DV/PV試驗(yàn)中監(jiān)控工裝的成本，且能夠長(zhǎng)期、實(shí)時(shí)、有效地對(duì)試驗(yàn)情況進(jìn)行監(jiān)控，避免了測(cè)試人員檢測(cè)不及時(shí)及使用示波器、數(shù)采高成本問(wèn)題。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用簡(jiǎn)便、適于批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，目前已投入到長(zhǎng)城汽車(chē)燈具DV/PV各項(xiàng)試驗(yàn)中，用來(lái)監(jiān)控?zé)艟叩墓ぷ鳡顟B(tài)，該系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好，能夠及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)燈具試驗(yàn)中的異常情況，保證了燈具試驗(yàn)的測(cè)試品質(zhì)。