基于STM32的工業(yè)行車遙控器控制系統(tǒng)的開發(fā)

于韶東，解品星，孫兆斌，孫雁鳴，位吉賓

（上汽通用東岳汽車有限公司，山東 煙臺(tái) 264006）

0 引 言

汽車廠沖壓車間的行車具有噸位大、功能齊全以及運(yùn)行強(qiáng)度大的特點(diǎn)。由于工作環(huán)境惡劣，因此與行車配備的遙控系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)功能失效的問題。目前存在的主要問題是行車遙控器電路板的電路復(fù)雜，一般情況下失效的遙控器無法修復(fù)，而且更換新行車遙控器的價(jià)值昂貴。通過分析原理和系統(tǒng)功能，采用新型單片機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)原行車遙控器的系統(tǒng)升級(jí)。

1 行車遙控器遙控發(fā)射系統(tǒng)原理

1.1 傳統(tǒng)行車遙控器發(fā)射系統(tǒng)化原理分析

傳統(tǒng)工業(yè)行車遙控器發(fā)射器原理如圖1所示。

搖桿采用5K角度傳感器，將搖桿的位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。經(jīng)過電壓跟隨器和AD轉(zhuǎn)換器，將信號(hào)傳遞給單片機(jī)，再由單片機(jī)通過無線模塊將位置命令發(fā)送出去[1]。為保證在電池電壓降低的情況下能夠正確識(shí)別搖桿命令，系統(tǒng)設(shè)計(jì)有基準(zhǔn)電壓電路和電池充電提醒電路。同時(shí)，發(fā)射裝置能將急停信號(hào)、啟動(dòng)、停止、照明以及鈴響等命令通過單片機(jī)傳送至無線模塊，實(shí)現(xiàn)無線命令的發(fā)送。

圖1 傳統(tǒng)工業(yè)行車遙控器發(fā)射器原理框圖

1.2 新版行車遙控器發(fā)射系統(tǒng)電路分析

新版工業(yè)行車遙控器發(fā)射器原理如圖2所示。

圖2 新版工業(yè)行車遙控器發(fā)射器原理框圖

新發(fā)射系統(tǒng)采用32位高性能STM32F103ZET6單片機(jī)作為CPU部件。STM32單片機(jī)是意法半導(dǎo)體公司出品的。芯片集成定時(shí)器Timer，CAN，ADC，SPI，I2C，USB以及UART等多種外設(shè)功能。此外，還具有EEPROM和高達(dá)512K的程序存儲(chǔ)空間，最高72 MHz的工作頻率，而且在存儲(chǔ)器的0等待周期訪問時(shí)可達(dá) 1.25DMips/MHz（DhrystONe2.1）[2]。程序運(yùn)行速度的提升和內(nèi)部存儲(chǔ)空間的增加，保證原有功能更加完善的同時(shí)，簡(jiǎn)化了外圍電路，并且可通過軟件編程來替代繁雜的AD轉(zhuǎn)換電路。從而大大提高了遙控裝置的穩(wěn)定性、可靠性以及環(huán)境適應(yīng)性。

1.3 新版行車遙控器優(yōu)點(diǎn)

STM32單片機(jī)集成了AD轉(zhuǎn)換功能。新版遙控器電路更為簡(jiǎn)單，外圍元器件減少，故障率降低，抗干擾能力增強(qiáng),更能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡略環(huán)境。同時(shí)提升了STM32單片機(jī)的內(nèi)存和運(yùn)算速度，增強(qiáng)了容錯(cuò)和糾錯(cuò)能力，使遙控發(fā)送的數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確。此外，STM32單片機(jī)采用低功耗設(shè)計(jì)，使得整個(gè)電池系統(tǒng)穩(wěn)定，待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)。

2 STM32F103ZET6實(shí)現(xiàn)搖桿位置的識(shí)別及傳送

2.1 搖桿傳感器原理

POL220-5K角度傳感器原理如圖3所示。

圖3 POL220-5K角度傳感器原理圖

1#抽頭為10 k滑動(dòng)變阻器，2#抽頭為滑動(dòng)變阻器中點(diǎn)，將滑動(dòng)變阻器分成兩個(gè)5 k滑動(dòng)電阻，3#抽頭通過卡簧與滑動(dòng)變阻器相連，5#和6#抽頭為搖桿方向觸點(diǎn)。根據(jù)傳感器原理[3]，設(shè)計(jì)電路原理如圖4所示。

圖4 POL220-5K角度傳感器電路原理圖

抽頭2接基準(zhǔn)電壓，抽頭1通過1 k電阻接地，可防止卡簧滑動(dòng)到頭時(shí)出現(xiàn)短路現(xiàn)象。搖桿擺動(dòng)能夠在抽頭3處獲得0～2.5 V電壓。根據(jù)電壓的大小，單片機(jī)可以判斷出搖桿的位置。此外，抽頭5和抽頭6采用下拉方式接單片機(jī)IO口，單片機(jī)根據(jù)電平高低，判斷出搖桿的方向。

2.2 C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)軟件容錯(cuò)計(jì)算

C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)軟件容錯(cuò)計(jì)算如下：

搖桿實(shí)現(xiàn)4速遙控，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后，單片機(jī)能判斷出電壓值。由于機(jī)械磨損等誤差，搖桿位置的電壓會(huì)有所波動(dòng)，單數(shù)值少于0.1 V時(shí)，單片機(jī)視為正常。當(dāng)1檔電壓較低時(shí)，不通過電壓判斷，而是通過抽頭5和抽頭6來判斷。電壓值80～100 V為2檔，電壓值120～150 V為3檔，電壓值170～195 V為4檔。最后發(fā)送給接收裝置的數(shù)值僅為0、1、2、3、4。實(shí)現(xiàn)了電壓值的濾波和容錯(cuò)。

2.3 C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)功能控制的數(shù)據(jù)打包傳送

采用加權(quán)編碼的方式可以通過無線串口發(fā)送方向和功能等位信號(hào)，具體如下：

SW=S1+2×S2+4×S3+8×S4+16×S5+32×S6+64×S7+128×S8；//方向

SW1=W1+2×W2+4×W3+8×W4+16×W5+32×W6+64×W7+128×W8；//功能

其中，S1和S2為搖桿1方向信號(hào)，S3和S4為搖桿2方向信號(hào)，S5和S6為搖桿3方向信號(hào)，S7和S8位搖桿4方向信號(hào)。W1為急停按鈕，W2為啟動(dòng)按鈕，W3為照明按鈕，W4為停止按鈕，W5為鈴控制信號(hào)。

2.4 無線數(shù)據(jù)傳送

無線數(shù)據(jù)傳送程序如下：

3 無線傳送/接收數(shù)據(jù)

3.1 GT-38 433MHz無線串口模塊

GT-38 433MHz無線串口模塊可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離無線傳輸，開闊地1200 m/FU4模式下，空中波特率為1 000 b/s。其工作頻率范圍為433～458.5 MHz，通信頻道多達(dá)255個(gè)。發(fā)射功率最大可大100 MW（20 dB），可設(shè)置8檔功率。此外，內(nèi)置MCU，通過串口和外部設(shè)備進(jìn)行通信，用戶無需對(duì)模塊另外編程，各種透?jìng)髂Ｊ街还苁瞻l(fā)串口數(shù)據(jù)即可，使用方便。一次發(fā)送的字節(jié)個(gè)數(shù)多達(dá)256。

3.2 模塊原理連接

GT38模塊原理如圖5所示。

圖5 GT38模塊原理圖

左邊的設(shè)備向模塊發(fā)送串口數(shù)據(jù)。模塊的RXD端口收到串口數(shù)據(jù)后，自動(dòng)將數(shù)據(jù)以無線電波的方式發(fā)送到空中。右邊的模塊能自動(dòng)接收數(shù)據(jù)，并從TXD還原出左邊設(shè)備最初所發(fā)的串口數(shù)據(jù)。模塊間只能工作在半雙工狀態(tài)，不能同時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)。模塊可與供電系統(tǒng)為3.3 V或者5 V的MCU連接，串口需交叉連接。即模塊的RX接MCU的TX，模塊的TX接MCU的RX。

4 結(jié) 論

電子技術(shù)的發(fā)展，使得單片機(jī)的性能得到了日新月異的發(fā)展。一些早期進(jìn)口自動(dòng)化單片機(jī)設(shè)備的成本較高，電路設(shè)計(jì)復(fù)雜且抗干擾性能差，老化后穩(wěn)定性較差。考慮采用市場(chǎng)主流單片機(jī)進(jìn)行重新開發(fā)和替代，一般能夠取得較好的效果。