CN104821768B - 一种单片机c端子电压调节器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单片机C端子电压调节器，属于发电机调节技术领域，包括电源处理模块、PWM励磁电流控制模块、B+电压采集模块、S端电压采集模块、单片机控制处理模块、电瓶指示灯控制模块、Phase信号处理模块和C端子信号处理模块。所述的电源处理模块、PWM励磁电流控制模块、B+电压采集模块、S端电压采集模块、电瓶指示灯控制模块、Phase信号处理模块、C端子信号处理模块均与单片机控制处理模块相连。本发明的有益效果是：电路设计结构模块化，可移植性强，控制芯片使用单片实现，程序设计灵活性高，在硬件电路不变的情况下，可以通过更改软件程序实现功能的调整。使开发周期缩短，降低开发成本，提高市场竞争力。

Description

一种单片机C端子电压调节器

技术领域

本发明涉及一种汽车交流发电机调节器，属于汽车交流发电机调节技术领域，具体是一种单片机C端子电压调节器。

背景技术

汽车工业是一种高度综合性的产业。现代汽车的发展形成了以计算机为顶端，半导体元器件为基础，光电测试为手段，集成电路为原料的新格局。近几年以来电子点火，电子显示，数字检测，电子转向，电子钟，电子音响，电磁操纵，空调等电子产品在我国汽车上得到了很大的发展和应用。这种发展态势对汽车发电系统提出了更高的要求。具体地说，用电系统不仅需要更大的供电能力，而且要求有更高的供电可靠性和供电质量。作为一个能满足这些要求的发电系，除了高性能的发电机及可靠的整流装置外，还必需配备有高品质的电压调节器。为此，国内外有关研究机构及学者十分重视新型电子电压调节器的研究与开发。

现代汽车电气系统中的电源系统包括蓄电池、发电机和调节器。前两者是并联工作，发电机是主电源，蓄电池是辅助电源。发电机配有调节器的作用是在发电机转速升高时，自动调节发电机的输出电压使之保持稳定。发电机是汽车上最重要的供电设备，而调节器则是控制电机供电电压和负载输出的核心。

C端子调节器是可与ECU进行通行的调节器， ECU可发送方波信号给调节器C端子，根据通信协议，不同的占空比对应不同的电压，占空比和电压成线性变化关系。目前这类调节器技术为一些国际大厂所拥有，如ST、BOSHC、三菱等。他们将此类调节器做成功能单芯片，不能修改线路或调整相应功能，技术封闭，应用灵活性低，并且此类芯片价格高，增加了整体成本。随着汽车的中低端及我国微型汽车的发展，成本越低，能够极大的提高竞争力。一款既能满足功能需求，可靠性需求，开发周期短，价格低的调节器，无疑是制胜的武器。

发明内容

针对上述C端子调节器现状和存在的技术问题，本发明提供一种单片机C端子电压调节器。单片机为通用型芯片，可选择的范围非常广，并且可以通过不同的软件设计实现不同的功能，应用灵活，开发周期短，成本低。本发明选择Microchip的PIC16F1508，能够实现ST、BOSCH等C端子调节器芯片具有的所有功能。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种单片机C端子电压调节器，包括电源处理模块、PWM励磁电流控制模块、B+电压采集模块、S端电压采集模块、单片机控制处理模块、电瓶指示灯控制模块、Phase信号处理模块、C端子信号处理模块。所述的电源处理模块、PWM励磁电流控制模块、B+电压采集模块、S端电压采集模块、电瓶指示灯控制模块、Phase信号处理模块、C端子信号处理模块均与单片机控制处理模块相连。

所述单片机控制处理模块选用单片机为控制芯片；所述单片机选用MicrochipPIC16F1508单片机，其支持12路10位ADC，2路比较器，FVR参考电压模块，4路10位PWM，2个8位定时器，1个16位定时器，T1G门控功能，超低功耗管理。 在单片机控制处理模块中，单片机使用Microchip的PIC16F1508；PIC16F15081脚VDD使用5V供电，连接电源处理模块的VCC5V输出，20脚VSS接地，RA2、RA3、RA4、RA5、RC1、RC4、RB4、RB5、RB6脚未使用；RC5脚内部设置为PIC16F1508的PWM1模块，RC5脚输出PWM信号给PWM励磁电流控制模块；RC3脚内部设置为PIC16F1508的C1比较器模块负极，RC3脚输入PWM励磁电流控制模块的F端电压采样信号；RC6脚内部设置为ADC的AN8通道，输入B+电压采样模块的电压信号；RC7脚内部设置为ADC的AN9通道，输入S电压采样模块的电压信号；RB7脚输出数字电平，RB7脚输出信号给电瓶指示灯模块，控制指示灯的开关；RC2脚内部设置为PIC16F1508的C2比较器模块正极，RC2脚输入电瓶指示灯模块的L端电压采样信号；RC0脚内部设置为PIC16F1508的C2比较器模块负极，RC0脚输入电瓶指示灯模块的固定参考电压；RA1脚内部设置为PIC16F1508的T1门控模块，RA1脚连接C端子信号处理模块；RA0脚内部设置为PIC16F1508的数字1O口中断，RA0脚连接Phase信号处理模块。 电源处理模块1中，B+接发电机B+螺杆，L端接电瓶指示灯。由电阻RL5、电阻RL6、电阻RL7、电阻RL8、开关管QL2和开关管QL3组成开关电路，当L端电压＞1V时，开关管QL2导通，B+端电源供电，当L端电压＜1V时，开关管QL2截止，B+端电源不供电。电阻R1、稳压二极管ZD1、C1、C2和IC2组成5V稳压电路，为单片机和整个电路提供5V供电， IC2为5V稳压芯片，C1和C2为滤波电容，提高5V电压输出的稳定度和抗干扰能力。

所述的在PWM励磁电流控制模块中，F端接发电机转子，B+端接发电机B+螺杆，E端接地。PIC16F1508的RC2脚输出PWM信号，其PWM信号的频率设计为200HZ，占空比大小随发电机负载和B+端电压而变化，RC2脚信号通过电阻RG1控制开关管Q1的栅极，开关管Q1的源极即F端输出PWM信号，控制发电机励磁电流，D1为励磁电流的回流二极管。电容CF1、电阻RF1和稳压二极管ZDF1组成F端短路保护电路，采样F端电压，采样信号输入PIC16F1508的RC3脚，RC3脚设置选择为内部比较器模块C1的负极。

所述的在B+电压采样模块中，B+端接发电机B+螺杆。电阻RB1、电阻RB2、电容CB1和稳压二极管ZDB1组成B+电压处理电路，电阻RB1和电阻RB2对B+电压进行分压，电容CB1对B+电压进行滤波处理，稳压二极管ZDB1对超出5V的电压进行稳压，处理好的信号送入RC6脚，RC6脚设置为ADC的AN8通道。

所述的在S端电压采样模块中，S端接电瓶正极。电阻RS1、电阻RS2、电容CS1和稳压二极管ZDS1组成S端电压处理电路，电阻RS1和电阻RS2对S电压进行分压，电容CS1对S电压进行滤波处理，稳压二极管ZDS1对超出5V的电压进行稳压，处理好的信号送入RC7脚，RC7脚设置为ADC的AN9通道。

所述的在电瓶指示灯模块中，L端接电瓶指示灯。电阻RL1、二极管DL1和开关管QL1组成指示灯驱动电路，当RB7脚高电位时，开关管QL1饱和，指示灯亮，当RB7脚低电位时，开关管QL1截止，指示灯灭。电阻RL2、电阻RL3、电阻RL4、电容CL1和稳压二极管ZDL1组成L端短路保护电路，电阻RL2、电容CL1和稳压二极管ZDL1采集L端电压，电阻RL3和电阻RL4对5V电压进行分压，提供比较器参考电压。

所述的在Phase信号处理模块中，Phase接发电机三相中的某一相。RP1、RP2、RP3、RP4、CP1、CP2和QP1组成P端信号处理电路， RP1释放发电机整流高温漏电， RP2、RP3和CP2为低通滤波器，CP1滤除干扰信号，QP1为开关管，RP4为上拉电阻，RP4接5V电压。

所述的在C端子信号处理模块中，C端子接汽车ECU。RC1、RC2、CC1和稳压二极管ZDC1组成C端信号处理电路，RC1为上拉电阻，接5V电压，RC2为限流电阻，CC1滤除干扰信号，ZDC1对超出5V信号进行稳压。

本发明的有益效果是：电路设计结构模块化，可移植性强，控制芯片使用单片实现，程序设计灵活性高，在硬件电路不变的情况下，可以通过更改软件程序实现功能的调整。使开发周期缩短，降低开发成本，提高市场竞争力。

附图说明

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明的电路原理图。

图2是本发明的外围电气连接图。

在图中：1.电源处理模块，2.PWM励磁电流控制模块，3.B+电压采集模块，4.S端电压采集模块，5.单片机控制处理模块，6.电瓶指示灯控制模块，7.Phase信号处理模块，8.C端子信号处理模块。

具体实施方式

参照图1中，一种单片机C端子电压调节器，包括电源处理模块(1)、PWM励磁电流控制模块（2）、B+电压采集模块（3）、S端电压采集模块（4）、单片机控制处理模块（5）、电瓶指示灯控制模块（6）、Phase信号处理模块（7）、C端子信号处理模块（8）。所述的电源处理模块（1）、PWM励磁电流控制模块（2）、B+电压采集模块（3）、S端电压采集模块（4）、电瓶指示灯控制模块（6）、Phase信号处理模块（7）、C端子信号处理模块（8）均与单片机控制处理模块（5）相连。

在电源处理模块（1）中，B+接发电机B+螺杆，L端接电瓶指示灯。由电阻RL5、电阻RL6、电阻RL7、电阻RL8、开关管QL2和开关管QL3组成开关电路，当L端电压＞1V时，开关管QL2导通，B+端电源供电，当L端电压＜1V时，开关管QL2截止，B+端电源不供电。电阻R1、稳压二极管ZD1、滤波电容C1、滤波电容C2和芯片IC2组成5V稳压电路，为单片机和整个电路提供5V供电，芯片IC2为5V稳压芯片，C1和C2为滤波电容，提高5V电压输出的稳定度和抗干扰能力。

在PWM励磁电流控制模块（2）中，F端接发电机转子，B+端接发电机B+螺杆，E端接地。PIC16F1508的RC2脚输出PWM信号，其PWM信号的频率设计为200HZ，占空比大小随发电机负载和B+端电压而变化，RC2脚信号通过RG1控制开关管Q1的栅极，开关管Q1的源极即F端输出PWM信号，控制发电机励磁电流，D1为励磁电流的回流二极管。电容CF1、电阻RF1和稳压二极管ZDF1组成F端短路保护电路，采样F端电压，采样信号输入PIC16F1508的RC3脚，RC3脚设置选择为内部C1比较器模块的负极。

在B+电压采样模块（3）中，B+端接发电机B+螺杆。电阻RB1、电阻R B2、电容CB1和稳压二极管ZDB1组成B+电压采样模块，电阻RB1和电阻RB2对B+电压进行分压，电容CB1对B+电压进行滤波处理，稳压二极管ZDB1对超出5V的电压进行稳压，处理好的信号送入RC6脚，RC6脚设置为ADC的AN8通道。

在S端电压采样模块（4）中，S端接电瓶正极，电阻RS1、电阻RS2、电容CS1和稳压二极管ZDS1组成S端电压处理电路，电阻RS1和电阻RS2对S电压进行分压，电容CS1对S电压进行滤波处理，稳压二极管ZDS1对超出5V的电压进行稳压，处理好的信号送入RC7脚，RC7脚设置为ADC的AN9通道。

在单片机控制处理模块（5）中，单片机使用Microchip的PIC16F1508。PIC16F15081脚VDD使用5V供电，连接电源处理模块（1）的VCC 5V输出，20脚VSS接地，RA2、RA3、RA4、RA5、RC1、RC4、RB4、RB5、RB6脚未使用。RC5脚内部设置为PIC16F1508的PWM1模块，RC5脚输出PWM信号给PWM励磁电流控制模块（2）。RC3脚内部设置为PIC16F1508的C1比较器模块负极，RC3脚输入PWM励磁电流控制模块（2）的F端电压采样信号。RC6脚内部设置为ADC的AN8通道，输入B+电压采样模块（3）的电压信号。RC7脚内部设置为ADC的AN9通道，输入S电压采样模块（4）的电压信号。RB7脚输出数字电平，RB7脚输出信号给电瓶指示灯模块（6），控制指示灯的开关。RC2脚内部设置为PIC16F1508的C2比较器模块正极，RC2脚输入电瓶指示灯模块（6）的L端电压采样信号。RC0脚内部设置为PIC16F1508的C2比较器模块负极，RC0脚输入电瓶指示灯模块（6）的固定参考电压。RA1脚内部设置为PIC16F1508的T1门控模块，RA1脚连接C端子信号处理模块（8）。RA0脚内部设置为PIC16F1508的数字1O口中断，RA0脚连接Phase信号处理模块（7）。

在电瓶指示灯模块（6）中，L端接电瓶指示灯，电阻RL1、二极管DL1和开关管QL1组成指示灯驱动电路。当RB7脚高电位时，开关管QL1饱和，指示灯亮，当RB7脚低电位时，QL1截止，指示灯灭。电阻RL2、电阻RL3、电阻RL4、电容CL1和稳压二极管ZDL1组成L端短路保护电路，电阻RL2、电容CL1和稳压二极管ZDL1采集L端电压，电阻RL3和电阻RL4对5V电压进行分压，提供比较器参考电压。

在Phase信号处理模块（7）中，Phase接发电机三相中的某一相。RP1、RP2、RP3、RP4、CP1、CP2和QP1组成P端信号处理电路，RP1释放发电机整流高温漏电，RP2、RP3和CP2为低通滤波器，CP1滤除干扰信号，QP1为开关管，RP4为上拉电阻，RP4接5V电压。

在C端子信号处理模块（8）中，C端子接汽车ECU。RC1、RC2、CC1和稳压二极管ZDC1组成C端信号处理电路，RC1为上拉电阻，接5V电压，RC2为限流电阻，CC1滤除干扰信号，ZDC1对超出5V信号进行稳压。

参照图2中，C端子接汽车ECU，ECU给C端子提供占空比方波，RA0脚检查其方波信号的频率和占空比，当频率在协议范围内时有效，当频率在协议范围外时无效，占空比和调节器电压为线性关系；当C端、S端和B+端的调压优先级为，C端高于S端，S端高于B+端；当C端有占空比信号时，发电机输出电压为符合C端控制协议的电压；当C端断开或悬空时，S端控制调压；当S端断开和异常时，B+端控制调压。

此单片机C端子调节器的工作原理为：当车上点火开关IGN-KEY处于断开时，指示灯处于熄灭状态，L端无电压，B+电源不供电，单片机不工作，调节器不动作，发电机不发电，发电机B+端电压等于电瓶电压，此时电瓶能对外供电。

当点火开关IGN-KEY接通后，L端电压大于1V，B+电源供电，单片机上电工作，RB7输出高电位，开关管QL1饱和，指示灯亮；RC5脚输出200HZ/20%占空比的PWM信号，功率管Q1打开，F端产生PWM信号，电瓶通过B+端提供励磁电流到转子；当发电机转动后，P端有信号产生，P端电压信号和频率随发电机转速增大而增大，RA1脚采集P端频率信号，当发电机转速高于1000RPM时，即P端频率大于100HZ时，指示灯熄灭，发电机由他励变为自励，发电机B+端电压随转速升高而升高，当发电机B+端电压大于电瓶电压时，发电机开始对外供电，RC6脚和RC7脚能够检测B+端的电压，当B+端电压升高到等于调节上限电压时，减小PWM励磁电流，转子减弱，发电机输出电压迅速下降。当B+端电压下降到等于调节下限时，增加PWM励磁电流，转子磁场增强，发电机电压上升，周而复始，发电机输出电压被控制为一个稳定的值。S端子采集电瓶正极电压，防止发生电瓶馈电。当F端发生短路时，会执行F端短路保护程序。当L端发生短路时，会执行L端短路保护程序。

本发明的单片机C端子电压调节器不局限于上述实施方式，显然，上述实施方式仅仅是为清楚说明本实用新型所作的举例。并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它形式的变化或运动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本实用新型的精神所引伸出的显而易见的变化和变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种单片机C端子电压调节器，包括电源处理模块，PWM励磁电流控制模块，B+电压采集模块，S端电压采集模块，单片机控制处理模块，电瓶指示灯控制模块，Phase信号处理模块，C端子信号处理模块；其特征在于：所述的电源处理模块、PWM励磁电流控制模块、B+电压采集模块、S端电压采集模块、电瓶指示灯控制模块、Phase信号处理模块、C端子信号处理模块均与单片机控制处理模块相连；所述单片机控制处理模块选用单片机为控制芯片；所述单片机选用Microchip PIC16F1508单片机，其支持12路10位ADC，2路比较器，FVR参考电压模块，4路10位PWM，2个8位定时器，1个16位定时器，T1G门控功能，超低功耗管理；PIC16F15081脚VDD使用5V供电，连接电源处理模块的VCC 5V输出，20脚VSS接地，RA2、RA3、RA4、RA5、RC1、RC4、RB4、RB5、RB6脚未使用；RC5脚内部设置为PIC16F1508的PWM1模块，RC5脚输出PWM信号给PWM励磁电流控制模块；RC3脚内部设置为PIC16F1508的C1比较器模块负极，RC3脚输入PWM励磁电流控制模块的F端电压采样信号；RC6脚内部设置为ADC的AN8通道，输入B+电压采样模块的电压信号；RC7脚内部设置为ADC的AN9通道，输入S电压采样模块的电压信号；RB7脚输出数字电平，RB7脚输出信号给电瓶指示灯模块，控制指示灯的开关；RC2脚内部设置为PIC16F1508的C2比较器模块正极，RC2脚输入电瓶指示灯模块的L端电压采样信号；RC0脚内部设置为PIC16F1508的C2比较器模块负极，RC0脚输入电瓶指示灯模块的固定参考电压；RA1脚内部设置为PIC16F1508的T1门控模块，RA1脚连接C端子信号处理模块；RA0脚内部设置为PIC16F1508的数字IO口中断，RA0脚连接Phase信号处理模块；在电源处理模块中，由电阻RL5、电阻RL6、电阻RL7、电阻RL8、开关管QL2和开关管QL3组成开关电路，当L端电压＞1V时，开关管QL2导通，B+端电源供电，当L端电压＜1V时，开关管QL2截止，B+端电源不供电；电阻R1、稳压二极管ZD1、C1、C2和芯片IC2组成5V稳压电路，为单片机和整个电路提供5V供电，芯片IC2为5V稳压芯片，C1和C2为滤波电容，提高5V电压输出的稳定度和抗干扰能力；在PWM励磁电流控制模块中，PIC16F1508的RC2脚输出PWM信号，其PWM信号的频率设计为200HZ，占空比大小随发电机负载和B+端电压而变化，RC2脚信号通过RG1控制开关管Q1的栅极，开关管Q1的源极即F端输出PWM信号，控制发电机励磁电流，D1为励磁电流的回流二极管；电容CF1、电阻RF1和稳压二极管ZDF1组成F端短路保护电路，采样F端电压，采样信号输入PIC16F1508的RC3脚，RC3脚设置选择为内部C1比较器模块负极；在B+电压采样模块中，电阻RB1、电阻RB2、电容CB1和稳压二极管ZDB1组成B+电压采样模块，电阻RB1和电阻RB2对B+电压进行分压，电容CB1对B+电压进行滤波处理，稳压二极管ZDB1对超出5V的电压进行稳压，处理好的信号送入RC6脚，RC6脚设置为ADC的AN8通道；在S端电压采样模块中，S端接电瓶正极；电阻RS1、电阻RS2、电容CS1和稳压二极管ZDS1组成S端电压处理电路，电阻RS1和电阻RS2对S电压进行分压，电容CS1对S电压进行滤波处理，稳压二极管ZDS1对超出5V的电压进行稳压，处理好的信号送入RC7脚，RC7脚设置为ADC的AN9通道；在C端子信号处理模块中，C端子接汽车ECU，ECU给C端子提供占空比方波，RA0脚检查其方波信号的频率和占空比，当频率在协议范围内时有效，当频率在协议范围外时无效，占空比和调节器电压为线性关系；当C端、S端和B+端的调压优先级为，C端高于S端，S端高于B+端；当C端有占空比信号时，发电机输出电压为符合C端控制协议的电压；当C端断开或悬空时，S端控制调压；当S端断开和异常时，B+端控制调压。

2.根据权利要求1所述的一种单片机C端子电压调节器，其特征在于：在电瓶指示灯模块中，电阻RL1、二极管DL1和开关管QL1组成指示灯驱动电路，当电阻RB7高电位时，QL1饱和，指示灯亮，当RB7低电位时，开关管QL1截止，指示灯灭；电阻RL2、电阻RL3、电阻RL4、电容CL1和稳压二极管ZDL1组成L端短路保护电路，电阻RL2、电容CL1和稳压二极管ZDL1采集L端电压，电阻RL3和电阻RL4对5V电压进行分压，提供比较器参考电压。

3.根据权利要求1所述的一种单片机C端子电压调节器，其特征在于：在Phase信号处理模块中， RP1、RP2、RP3、RP4、CP1、CP2和QP1组成P端信号处理电路，RP1释放发电机整流高温漏电，RP2、RP3和CP2为低通滤波器，CP1滤除干扰信号，QP1为开关管，RP4为上拉电阻，RP4接5V电压。

4.根据权利要求1所述的一种单片机C端子电压调节器，其特征在于：在C端子信号处理模块中，RC1、RC2、CC1和稳压二极管ZDC1组成C端信号处理电路，RC1为上拉电阻，接5V电压，RC2为限流电阻，CC1滤除干扰信号，ZDC1对超出5V信号进行稳压。