基于STM32的智能油門(mén)線序測(cè)試儀的設(shè)計(jì)制作

陳棟

摘 要：文章以STM32單片機(jī)為核心控制器，設(shè)計(jì)了一個(gè)可以簡(jiǎn)單快捷的測(cè)出電子油門(mén)踏板與行車(chē)電腦連接的六條信號(hào)線的線序儀。最后實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，線序儀能以紅燈、黃燈、藍(lán)燈、綠燈分別顯示電源線、沒(méi)連接、信號(hào)線和地線，整個(gè)顯示既快捷又準(zhǔn)確，基本實(shí)現(xiàn)了所需的功能。

關(guān)鍵詞：電子油門(mén)；控制器；設(shè)計(jì)制作

1 序言

隨著社會(huì)的發(fā)展，生活節(jié)奏日益加快，汽車(chē)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(huì)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(chē)的時(shí)間。油門(mén)這一塊的修理很重要，也需要很謹(jǐn)慎，線序的確定也是修理改裝油門(mén)必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。但是確定油門(mén)的線序是一件很繁瑣的事，由于沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不同汽車(chē)的線序都不一樣，修理人員只能用萬(wàn)用表一根根線路去測(cè)量，非常麻煩。目前，還沒(méi)有解決如何快速確定線序這一問(wèn)題的相關(guān)方法，所以需要設(shè)計(jì)研發(fā)一款智能的線序測(cè)試儀，能快速，簡(jiǎn)便，準(zhǔn)確地檢測(cè)出油門(mén)的各個(gè)線序，解決這一問(wèn)題。

2 背景

1886年1月26日，第一輛汽車(chē)在德國(guó)誕生，從此開(kāi)啟了汽車(chē)工業(yè)飛速發(fā)展的時(shí)代，到2011年下半年為止，全球汽車(chē)總量就已經(jīng)突破了10億輛。隨著我國(guó)開(kāi)始改革開(kāi)放，經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，國(guó)人購(gòu)買(mǎi)汽車(chē)也是越來(lái)越普遍。截止2015年底，全國(guó)的機(jī)動(dòng)車(chē)保有量達(dá)到2.79億輛，其中汽車(chē)1.72億輛，平均每百戶家庭擁有31輛。隨著汽車(chē)的增多和社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)汽車(chē)也提出了更高的要求，安全，舒適，節(jié)能，環(huán)保成為汽車(chē)技術(shù)的熱點(diǎn)[1]。而以目前汽車(chē)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(jì)性和減少有害排放的最有效的辦法[2]。油門(mén)作為汽車(chē)不可缺少的重要部件，直接影響著汽車(chē)的安全性能[3]。電子油門(mén)的概念在上個(gè)世紀(jì)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(mén)才開(kāi)始真正普及[4]。所以從21世紀(jì)開(kāi)始，電子油門(mén)就開(kāi)始逐步替代了傳統(tǒng)的拉線油門(mén)，到現(xiàn)在市場(chǎng)上基本已看不到拉線油門(mén)的身影[5]。

3 硬件設(shè)計(jì)

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(jì)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(kāi)關(guān)電路分壓有著更大的優(yōu)勢(shì)，它在獲得一個(gè)穩(wěn)定電壓的同時(shí)，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(shí)候輸出精度為1%，有著非常低的靜態(tài)電流，對(duì)電流和熱有著比較大的限制，負(fù)載大，并且有反向電流保護(hù)。控制單元的核心器件選擇的是STM32F030F4單片機(jī)，此芯片是由ST意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一款功能強(qiáng)大、低功耗芯片，它功能足夠使用，而且價(jià)格又便宜，非常符合本次設(shè)計(jì)。該芯片有32位處理器，頻率高達(dá)48MHz，16位的定時(shí)器，獨(dú)立的看門(mén)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(yáng)LED燈來(lái)顯示，以不同的顏色來(lái)顯示不同類(lèi)別的線。它擁有RGB三色，能夠區(qū)分油門(mén)中不同的信號(hào)線，而且它的正向電壓最大可達(dá)3.6V；發(fā)光強(qiáng)度可達(dá)1300mcd，這在暗處也能清晰可見(jiàn)，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(jì)圖。其外形設(shè)計(jì)，是配合外殼方便安裝。在PCB設(shè)計(jì)中，最粗的走線是紅色信號(hào)地線，它作為零參考點(diǎn)，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(jìn)行設(shè)計(jì)。

4 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該測(cè)試儀的核心器件單片機(jī)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(shí)器中斷、串口中斷和外部中斷。定時(shí)器中斷主要是定時(shí)處理各子程序的標(biāo)志位，決定何時(shí)進(jìn)行哪項(xiàng)子程序，中斷級(jí)別較高。串口中斷主要用來(lái)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(shí)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(shí)候，串口接收上位機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的通訊協(xié)議，并解析。AD采集濾波子程序涉及到AD信號(hào)的數(shù)字濾波，包括去最值濾波、平均濾波等，以得到較為準(zhǔn)確的AD值為目標(biāo)。檢查線序子程序是在AD采集之后，以AD值為參考依據(jù)，對(duì)檢查的油門(mén)信號(hào)新進(jìn)行評(píng)估，最終通過(guò)顯示線序子程序?qū)ED點(diǎn)亮呈現(xiàn)出來(lái)。

5 測(cè)試結(jié)論

開(kāi)機(jī)時(shí)線序儀會(huì)進(jìn)行自測(cè)，LED燈顯示結(jié)果為紅黃藍(lán)綠依次顯示后最后定格為黃燈。最后的電壓檢測(cè)結(jié)果為：當(dāng)電壓在0到20mV時(shí)，顯示為綠燈，即代表地線；當(dāng)電壓在20mV到150mV時(shí)，顯示黃燈，即沒(méi)有連通；當(dāng)電壓為0.15V到2V時(shí)。顯示藍(lán)燈，即為信號(hào)線；當(dāng)電壓在3V到5.5V時(shí)，顯示紅燈，即為電源線；當(dāng)線序儀檢測(cè)到其他電壓時(shí)，黃燈會(huì)一直閃爍，即表明發(fā)生了錯(cuò)誤。整個(gè)實(shí)驗(yàn)下來(lái)，線序儀工作正常，實(shí)現(xiàn)了基本功能。

6 結(jié)束語(yǔ)

文章提出了一種快速檢測(cè)汽車(chē)油門(mén)信號(hào)線的方法，并進(jìn)行了實(shí)際裝置的制作。本方法簡(jiǎn)單明了，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制作。但仍有不足之處，目前能檢測(cè)日系和韓系的汽車(chē)，不能覆蓋全部車(chē)系，裝置有待改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

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

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

[3]魏春源.汽車(chē)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(mén)系統(tǒng)研究[D].武漢：武漢理工大學(xué).

[5]涂平華，郭麗紅.汽車(chē)電子油門(mén)檢測(cè)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010.