CN100483274C - 汽车数控指针式仪表驱动装置及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明请求保护一种汽车数控指针式仪表驱动装置及其驱动方法属于汽车仪器仪表领域。它采用PWM调制方法直接实现对指针式仪表的步进电机的驱动，采用相应的算法解决指针转动中的非线性加速和减速，将原本由硬件驱动器实现的驱动、速度控制等功能改由软件算法来完成，降低了仪表的成本、硬件复杂度，提高了系统的通用性。

Description

汽车数控指针式仪表驱动装置及其驱动方法

技术领域

本发明涉及自动控制领域，尤其涉及汽车智能仪器仪表驱动控制。

背景技术

目前的汽车用数控指针式仪表的实现方法多是采用专用的硬件驱动电路来实现指针式仪表的步进电机的微步驱动，如哈尔滨工业大学出版社在《步进电机及其驱动控制系统》中披露了一种步进电机的微步驱动方法，这种方法的成本较高；硬件电路较为复杂，不利于系统的维护；设计者针对不同应用时的自主操控性不高；可能导致部分硬件驱动芯片的资源浪费。

发明内容

为了克服现有的数控指针式仪表方案中的成本较高，硬件电路复杂，硬件资源浪费，通用性不强的问题，本实用新型设计了一种新的数控指针式仪表直接驱动的方案。能减低硬件电路的复杂度，提高系统的通用性，同时能有效的降低仪表的成本。

本发明解决其技术问题的技术方案是：设计一种汽车用数控指针式仪表驱动装置，采用PWM调制方法实现步进电机的微步工作模式，直接对双向步进电机实现精确的指针式仪表的显示控制功能；改用软件上的算法处理来实现整个转速表的驱动控制，采用相应的算法解决指针转动中的非线性加速和减速。该仪表包括：系统初始化模块、输入脉冲采样模块，数据采样模块、驱动参数计算模块、PWM输出驱动模块、以及各模块间的协调调度模块，其特征在于，协调调度模块实现对上述各模块的协调调度工作；数据采样模块采集微型步进电机的物理特性参数；输入脉冲采样模块：进行输入脉冲采样；驱动参数计算模块把采集来的数据转换成微型步进电机转过的角度；PWM驱动模块产生特定的PWM序列脉冲，执行微型步进电机的驱动。

本发明还设计了一种汽车用数控指针式仪表直接驱动实现方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：系统初始化模块初始化MCU的I/O口，定时器，中断使能；数据采样模块采集微型步进电机的物理特性参数；将采集来的数据转换成微型步进电机转过的角度参数；在数据列表中查找对应的转速；PWM驱动模块接收驱动数据，产生特定的PWM序列脉冲；输出脉冲序列，驱动微型步进电机转动。

本发明的有益效果是：可以在保证指针式仪表质量、达到较高的技术指标及可靠性的同时，有效的降低成本，减低硬件电路的复杂性及提高系统的通用性。

附图说明

图1为本发明的算法整体框图

图2为本发明的数据采集流程图

图3为本发明的驱动参数计算流程图

图4为本发明的PWM驱动流程图

具体实施方式

下面结合附图和数控指针式汽车发动机转速表的实施例对本发明做进一步的说明：

本实施例的总体算法模型框架如图1所示，主要包括系统初始化模块(2)、数据采样模块(3)、驱动参数的计算模块(4)、PWM输出驱动模块(5)、以及各模块间的协调调度模块(1)。调度模块主要实现以上各模块的协调工作，在转速表刚刚上电的时候，协调模块首先调用初始化模块，初始化MCU的I/O口，定时器，中断使能等等；接着起动数据采集模块，采集发动机转动的速率数据；采集时间过后，调用数据计算模块把采集来的数据转换成微型步进电机转过的角度；最后把计算结果传给PWM驱动模块执行微型步进电机的驱动。为了缩短每次数据采样之间的时间间隔，在PWM驱动模块接收驱动数据后，同时也起动了数据采集模块，如此可以实现驱动和采集同时进行，防止指针在一段时间内转动时出现断断续续的现象，让指针能够实现更宽的速度驱动范围。在数据采集过程中主要通过脉冲触发中断的方式来实现脉冲计算，因为中断的时间非常断，对PWM的驱动没有明显的影响。

图2为输入脉冲采样功能模块，具体的采样方法为采用定时长计数脉冲个数的方法来进行输入脉冲采样。这样当输入脉冲频率较高时也能保证采样的准确性，同时外部串入的少量干扰脉冲也不会对采样的精度有大的影响。

图3所示为驱动参数计算模块，实现指针目标位置计算，通过采样获得的脉冲频率换算出发动机的转速，再根据发动机的最大转速、齿数、最大转角等参数计算出指针的目标转动位置，将指针的目标位置和当前位置进行比较，计算出指针将要转过的转角，指针转动的速度是和转角成一定的比例关系，也即和发动机转速的变化成比例。设计方案中采用了查表的方式来实现不同转速的选择，即根据不同的指针转动距离查找出其应选择的转速。步进电机转动过程中对加速度有一定的限制，当加速度过大时会造成电机的转动力矩不足，产生抖动甚至失步。因此，在本项目中对指针速度变化采用了加减速过程并对此过程采取了非线性的处理以避免失步，同时也使得指针的转动更加平稳，视觉效果更好。确定了转速后根据目标转速与当前转速的差值以及转动的距离确定其对应的速度变化曲线表，具体的速度变化是通过控制PWM脉冲占空比改变的频率变化来实现的。

图4为产生动态PWM输出控制脉冲驱动步进电机微步运转的功能模块，由步进电机微步驱动的原理，知道步进电机的驱动电流呈正弦曲线的阶梯波形，本PWM驱动波形的电流有效值呈正弦阶梯变化，驱动的电信号波形表现为脉冲的宽度接近正弦曲线变化。从驱动的连续过程上看，对步进电机的驱动就是向步进电机发送不断重复的某一固定脉冲序列。该固定的脉冲序列的变调制过程就是本设计中的关键部分，它确定了指针走动的平稳度，精确度等重要技术指标。

Claims (3)

1、一种汽车用数控指针式仪表驱动装置，包括：系统初始化模块、输入脉冲采样模块、数据采样模块、驱动参数计算模块、PWM输出驱动模块、以及各模块间的协调调度模块，其特征在于，协调调度模块实现对上述各模块的协调调度工作；输入脉冲采样模块，进行输入脉冲采样；数据采样模块采集发动机转动的速率，调用驱动参数计算模块把上述速率转换成微型步进电机转过的角度，根据发动机最大转速、齿数、最大转角计算出指针的目标位置，将指针的目标位置和当前位置进行比较，计算出指针转角，根据指针转角查找发动机的目标转速，根据目标转速与当前转速的差值以及转动的距离确定转动速度变化曲线；PWM输出驱动模块产生固定脉冲序列，通过控制PWM脉冲占空比，对固定脉冲序列实施调制获得可变脉冲序列驱动微型步进电机转动；在PWM输出驱动模块接收驱动数据后，同时启动数据采样模块。

2、根据权利要求1所述的汽车用数控指针式仪表驱动装置，其特征在于，所述数据采样模块通过脉冲触发中断的方式来实现脉冲计数。

3、一种汽车用数控指针式仪表驱动方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：在PWM输出驱动模块接收驱动数据后，同时启动数据采集模块采集发动机转动的当前速率，将其转换成微型步进电机转过的角度，传给PWM输出驱动模块驱动微型步进电机，实现驱动和采集同时进行；采用定时长计数脉冲个数的方法进行输入脉冲采样，根据脉冲频率换算出发动机的转速；根据发动机的最大转速、齿数、最大转角计算仪表指针的目标转动位置，将指针的目标转动位置和当前的位置进行比较，计算出指针的转角，根据指针的转角查找发动机的目标转速，根据目标转速与当前转速的差值以及转动的距离确定转动速度变化曲线，产生动态PWM输出控制脉冲的功能模块向步进电机发送不断重复的固定脉冲序列，通过控制PWM脉冲占空比，对固定脉冲序列实施调制获得可变脉冲序列。

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