CN105207568B - 电机旁路控制电路及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电机旁路控制电路，包括硬件看门狗输入端连接至微控制器的第一输入输出端，其输出复位信号连接至4通道CMOS型集成或非门的第四通道的输入端；电池电压给4通道CMOS型集成或非门进行供电；微控制器的第二输入输出端经充电电容及防反二极管后，连接至4通道CMOS型集成或非门的第一通道的输入端，4通道CMOS型集成或非门的输出端连接一NPN型三极管的基极，其输出能控制NPN型三极管，NPN型三极管的集电极连接继电器线圈，控制继电器线圈的吸合或释放。本发明还公开了一种电机旁路控制电路的控制方法本发明在汽车电机控制模块中的线性电源和/或微控制器无法工作时，通过切换至旁路电路使负载电机能正常工作。
Description
技术领域
本发明涉及汽车电子领域，特别是涉及一种汽车电机旁路控制电路。本发明还涉及一种汽车电机旁路控制方法。
背景技术
现在的汽车着力追求舒适性和操纵性，电机已成为汽车中不可或缺的部件。像雨刮器、档风玻璃洗涤器、电动油泵、鼓风机、引擎散热风扇、自动天线等部件均是以电机作为动力源。通过驱动电机，使这些可活动的汽车部件，做圆周运动，或横向摆动，或直线移动等等，从而达到驾驶者的预期目的。
目前，在汽车电子系统中，一般由LDO提供控制系统的电源，MCU输出控制信号给电机驱动芯片(有时，LDO和电机驱动芯片也会集成在MCU中，但驱动原理是一致的)，再由电机驱动芯片按照MCU的指令，控制负载电机的工况。系统中LDO和或MCU无法工作，则负载电机不受控制或停工，造成不期望的故障。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种在LDO和/或MCU无法工作时，使负载电机能正常工作的电机旁路控制电路。本发明还提供了一种利用所述电机旁路控制电路的电机旁路控制方法。
为解决上述技术问题，本发明的电机旁路控制电路，包括：
硬件看门狗WTD由线性电源LDO供电，其输入端连接至微控制器MCU的第一输入输出端IO1，其输出复位信号RESET连接至4通道CMOS型集成或非门NOR Gate的第四通道的输入端；
硬件看门狗是利用一个定时器电路，其定时输出连接到电路的复位端，程序在一定时间范围内对定时器清零(俗称“喂狗”)；程序在正常工作时，定时器不能溢出，也就不产生复位信号；程序故障时，不在定时周期内复位硬件看门狗，则定时器溢出产生复位信号。
电池电压VBAT1先经限流电阻，而后经稳压管稳压后，再给4通道CMOS型集成或非门NOR Gate进行供电；微控制器MCU的第二输入输出端IO2,经充电电容及防反二极管后，连接至4通道CMOS型集成或非门NOR Gate的第一通道的输入端，4通道CMOS型集成或非门NORGate的输出端连接一NPN型三极管Q1的基极，其输出可以控制NPN型三极管Q1的工作状态，可使其在导通状态或截至状态之间进行切换；
NPN型三极管Q1的集电极连接继电器线圈Relay，控制继电器线圈的吸合或释放。
本发明采用WTD对LDO和MCU的工作状态进行监控，采用WTD输出的RESET信号，控制NOR Gate的输出状态，NOR Gate输出信号能够决定NPN型三极管的工作状态是导通还是截止，进而决定线圈Relay状态是吸合还是释放。
若线性电源LDO和微控制器MCU工作正常，则4通道CMOS型集成或非门NOR Gate的输出端，控制后续继电器线圈释放；并且，继电器线圈一直保持释放状态。此时，电机由微控制器MCU进行控制；若线性电源LDO和/或微控制器MCU无法正常工作，则4通道CMOS型集成或非门NOR Gate的输出端，控制后续继电器线圈吸合，并且，继电器线圈直保持吸合状态。此时，电机由汽车电池直接供电，维持电机的运转。
采用所述电机旁路控制电路的电机旁路控制方法，包括：
1)电机控制模块上电后，硬件看门狗WTD输出的，以及微控制器MCU第二输入输出端口IO2的输出信号均作为4通道CMOS型集成或非门NOR Gate的输入信号；
并且，必须在硬件看门狗WTD输出复位信号RESET之后，微控制器MCU第二输入输出端口IO2再输出信号，且仅输出一个高电平，此后微控制器MCU第二输入输出端口IO2一直保持低电平输出；
2)线性电源LDO和微控制器MCU正常工作时，硬件看门狗输出的复位信号RESET为恒高电平，此状态下，4通道CMOS型集成或非门NOR Gate的第三通道的输出/Q为低，4通道CMOS型集成或非门NOR Gate的第二通道的输出Q为高，电机主电路为通，旁电路为断；
3)线性电源LDO和/或微控制器MCU无法工作：
3.1)线性电源LDO输出电压低至硬件看门狗WTD复位阈值电平或微控制器MCU第一输入输出端IO1喂狗失败时，硬件看门狗WTD输出的复位信号RESET为复位脉冲，此状态下，4通道CMOS型集成或非门NOR Gate的第二通道的输出Q为低，4通道CMOS型集成或非门NORGate的第三通道的输出/Q为高,电机主电路为断，旁路电路为通；
3.2)线性电源LDO无法工作时，硬件看门狗WTD输出的复位信号RESET，被下拉电阻箝位在零电平，此状态下，4通道CMOS型集成或非门NOR Gate的第二通道的输出Q为低，4通道CMOS型集成或非门NOR Gate的第三通道的输出/Q为高,电机主电路为断，旁路电路为通；
3.3)微控制器MCU内部软件工作异常，导致微控制器MCU第一输入输出端IO1喂狗失败，经过微控制器MCU自身内部复位，微控制器MCU又开始正常工作之后，虽然，MCU经内部复位后，能正常工作，但是，4通道CMOS型集成或非门NOR Gate依然锁存MCU软件失效时的工作状态：4通道CMOS型集成或非门NOR Gate的第二通道的输出Q为低，4通道CMOS型集成或非门NOR Gate的第三通道的输出/Q为高,电机主电路为断，旁路电路为通。
为了释放4通道CMOS型集成或非门NOR Gate的锁存状态，将MCU第二输入输出端IO2切换为高电平输出，并提供给4通道CMOS型集成或非门NOR Gate一个高电平且仅提供一个高电平，用于复位4通道CMOS型集成或非门NOR Gate，4通道CMOS型集成或非门NOR Gate复位完成之后，4通道CMOS型集成或非门NOR Gate的第二通道的输出Q为高，4通道CMOS型集成或非门NOR Gate的第三通道的输出/Q为低,电机主电路为通，旁路电路为断。自此，主路电路恢复正常，硬件看门狗继续监控整个系统。
3.4)线性电源LDO和微控制器MCU在电机控制模块上电时即无法工作，此状态下，硬件看门狗WTD输出复位脉冲或零电平，4通道CMOS型集成或非门NOR Gate的第二通道的输出Q为低，4通道CMOS型集成或非门NOR Gate的第三通道的输出/Q为高,电机主电路为断，旁路电路为通。
本发明在汽车电机线性电源LDO和/或微控制器MCU无法工作时通过切换至旁路电路使负载电机能正常工作。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明电机旁路控制电路的结构示意图。
图2是本发明电机旁路控制电路一实施例的结构示意图。
附图标记说明
C1-C10是电容
D1是第一二极管，即瞬变电压抑制
D2是第二二极管
D3是第三二极管，即稳压二极管
D4是第四二极管
D5是第五二极管
R1-R11是电阻
Q1是NPN型三极管
Q2、Q3是N沟道场效应管
U1是硬件看门狗
U2A是NOR Gate的第一通道
U2B是NOR Gate的第二通道
U2C是NOR Gate的第三通道
U2D是NOR Gate的第四通道
U2E是NOR Gate的电源部件
U3是LDO
U4是MCU
U5是电机驱动芯片
K1是单刀双触点继电器
VBAT1是滤波之后的电池电压
VCC是线性电源输出电压
B1是电机
具体实施方式
如图2结合图1所示，本发明的电机旁路控制电路一实施例，包括：
硬件看门狗WTD U1，其WDI输入引脚端连接微控制器MCU的第一输入输出端IO1，其电源引脚VDD端连接线性电源LDO的输出VCC并通过第七电容C7接地GND，其MR手动复位引脚端通过第五电阻R5接线性电源LDO的输出VCC并通过第八电容C8接地，其地端GND接地，其复位信号输出端RESET通过第六电阻R6接地GND并连接第四通道U2D的第一输入端4.1和第二输入端4.2，电池电压VBAT1先经第七电阻R7(限流电阻)，而后经第三二极管D3(稳压二极管)稳压后，再给4通道CMOS型集成或非门NOR Gate的电源部件U2E进行供电；第四通道U2D的输出端4.3连接第二通道U2B的第二输入端2.2，第二通道U2B的第一输入端2.1连接第一通道U2A的输出端1.3，第二通道U2B的输出端2.3连接第一通道U2A的第一输入端1.1、第三通道U2C的第一输入端3.1和第三通道U2C的第二输入端3.2，第一通道U2A的第二输入端1.2连接第四二极管D4(防反二极管)负极，第四二极管D4正极通过第十电容C10(充电电容)连接MCU的第二输入输出端IO2并通过第九电阻R9接地，第一通道U2A的第二输入端1.2通过第八电阻R8接地，第三通道U2C的输出端3.3通过第十电阻R10接NPN型三极管的基极，第十电阻R10通过第十一电阻R11接地，NPN型三极管的发射极接地，三极管NPN的集电极接第五二极管D5正极和继电器线圈的第二端N，第五二极管D5正极和继电器线圈的第一端M接电池电压VBAT1，单刀双触点继电器K1的触点B接N沟道场效应管Q2的源极及场效应管Q3的漏极，触点C接VBAT1，公共触点A接电机B1，当继电器线圈吸合时，继电器K1的接触触点由触点B切换为触点C，此时由电池电压VBAT1驱动电机；当继电器线圈释放时，继电器K1的接触触点保持触点B不变，此时由微控制器MCU控制电机驱动芯片，进而驱动电机B1。
一种采用上述电机旁路控制电路的电机旁路控制方法，包括：
1)电机控制模块上电，硬件看门狗WTD输出复位信号RESET至4通道CMOS型集成或非门NOR Gate的第二通道的输出，微控制器MCU输出且仅输出一个高电平至4通道CMOS型集成或非门NOR Gate；
其中，微控制器MCU的第二输入输出端IO2端口的上电时序：必须在硬件看门狗WTD输出复位信号RESET之后，微控制器MCU的第二输入输出IO2引脚再输出一个且仅输出一个高电平，而后，一直保持低电平输出；
所述NOR Gate的真值表如下：
| RESET | IO2* | Q* | Q | /Q | 状态 | 功能 | 备注 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 置位 | 主通、旁断 | MCU控制电机 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 保持-1 | 主通、旁断 | MCU控制电机 |
| 0 | × | × | 0 | 1 | 清零 | 主断、旁通 | 电池直接驱动电机 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 保持-2 | 主断、旁通 | 电池直接驱动电机 |
IO2*是表示经过D4之后的IO2信号；
Q*是NOR Gate的第一通道的输出
Q是NOR Gate的第二通道的输出
/Q是NOR Gate的第三通道的输出
2)线性电源LDO和微控制器MCU正常工作，WTD输出复位信号RESET为恒高电平，4通道CMOS型集成或非门NOR Gate的第三通道的输出/Q为低，4通道CMOS型集成或非门NORGate的第二通道的输出Q为高，电机主电路为通，旁电路为断；
3)线性电源LDO和/或微控制器MCU无法工作
3.1)线性电源LDO输出电压低至硬件看门狗WTD复位阈值电平和/或微控制器MCU第一输入输出端IO1喂狗失败，硬件看门狗WTD输出复位信号RESET为复位脉冲，4通道CMOS型集成或非门NOR Gate的第二通道的输出Q为低，4通道CMOS型集成或非门NOR Gate的第三通道的输出/Q为高,电机主电路为断，旁路电路为通；
3.2)线性电源LDO无法工作，硬件看门狗WTD输出的复位信号RESET为零电平，4通道CMOS型集成或非门NOR Gate的第二通道的输出Q为低，4通道CMOS型集成或非门NOR Gate的第三通道的输出/Q为高,电机主电路为断，旁路电路为通；
3.3)微控制器MCU内部软件工作异常，导致微控制器MCU第一输入输出端IO1喂狗失败，经过微控制器MCU自身内部复位，微控制器MCU又开始正常工作之后，虽然，MCU经内部复位后，能正常工作，但是，4通道CMOS型集成或非门NOR Gate依然锁存MCU软件失效时的工作状态：4通道CMOS型集成或非门NOR Gate的第二通道的输出Q为低，4通道CMOS型集成或非门NOR Gate的第三通道的输出/Q为高,电机主电路为断，旁路电路为通。
为了释放4通道CMOS型集成或非门NOR Gate的锁存状态，将MCU第二输入输出端IO2切换为高电平输出，并提供给4通道CMOS型集成或非门NOR Gate一个高电平且仅提供一个高电平，用于复位4通道CMOS型集成或非门NOR Gate，4通道CMOS型集成或非门NOR Gate复位完成之后，4通道CMOS型集成或非门NOR Gate的第二通道的输出Q为高，4通道CMOS型集成或非门NOR Gate的第三通道的输出/Q为低,电机主电路为通，旁路电路为断。自此，主路电路恢复正常，硬件看门狗继续监控整个系统。
3.4)线性电源LDO和微控制器MCU在电机控制模块上电时即无法工作，此状态下，硬件看门狗WTD输出复位脉冲或零电平，4通道CMOS型集成或非门NOR Gate的第二通道的输出Q为低，4通道CMOS型集成或非门NOR Gate的第三通道的输出/Q为高,电机主电路为断，旁路电路为通。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种电机旁路控制电路，包括：
硬件看门狗(WTD)由线性电源(LDO)供电，其输入端连接至微控制器(MCU)的第一输入输出端(IO1)，其输出复位信号(RESET)连接至4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)的第四通道的输入端；
电池电压(VBAT1)先经限流电阻，而后经稳压管稳压后，再给4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)进行供电；微控制器(MCU)的第二输入输出端(IO2),经充电电容及防反二极管后，连接至4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)的第一通道的输入端，4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)的输出端连接一NPN型三极管(Q1)的基极，其输出能控制NPN型三极管(Q1)的工作状态，可使其在导通状态或截至状态之间进行切换；
NPN型三极管(Q1)的集电极连接继电器线圈(Relay)，控制继电器线圈的吸合或释放；其特征在于，电机旁路控制电路采用以下方式工作；
1)电机控制模块上电后，硬件看门狗(WTD)输出的复位信号(RESET)，以及微控制器(MCU)第二输入输出端口(IO2)的输出信号均作为4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)的输入信号；
并且，必须在硬件看门狗(WTD)输出复位信号(RESET)之后，微控制器(MCU)第二输入输出端口(IO2)再输出信号，且仅输出一个高电平，此后微控制器(MCU)第二输入输出端口(IO2)一直保持低电平输出；
2)线性电源(LDO)和微控制器(MCU)正常工作时，硬件看门狗输出的复位信号(RESET)为恒高电平，此状态下，4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)的第三通道的输出(/Q)为低，4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)的第二通道的输出(Q)为高，电机主电路为通，旁电路为断；
3)线性电源(LDO)和/或微控制器(MCU)无法工作：
3.1)线性电源(LDO)输出电压低至硬件看门狗(WTD)复位阈值电平或微控制器(MCU)第一输入输出端(IO1)喂狗失败时，硬件看门狗(WTD)输出的复位信号(RESET)为复位脉冲，此状态下，4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)的第二通道的输出(Q)为低，4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)的第三通道的输出(/Q)为高,电机主电路为断，旁路电路为通；
3.2)线性电源(LDO)无法工作时，硬件看门狗(WTD)输出的复位信号(RESET)，被下拉电阻箝位在零电平，此状态下，4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)的第二通道的输出(Q)为低，4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)的第三通道的输出(/Q)为高,电机主电路为断，旁路电路为通；
3.3)微控制器(MCU)内部软件工作异常，导致微控制器(MCU)第一输入输出端(IO1)喂狗失败，经微控制器(MCU)自身内部复位，微控制器(MCU)开始正常工作，此时，4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)依然锁存微控制器(MCU)软件失效时的工作状态，4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)的第二通道的输出(Q)为低，4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)的第三通道的输出(/Q)为高,电机主电路为断，旁路电路为通；
释放4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)的锁存状态，将微控制器(MCU)第二输入输出端(IO2)切换为高电平输出，并提供给4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)一个高电平且仅提供一个高电平，用于复位4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)，4通道CMOS型集成或非门NOR Gate复位完成之后，4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)的第二通道的输出(Q)为高，4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)的第三通道的输出(/Q)为低,电机主电路为通，旁路电路为断，主路电路恢复正常，硬件看门狗继续监控整个系统；
3.4)线性电源(LDO)和微控制器(MCU)在电机控制模块上电时即无法工作，此状态下，硬件看门狗(WTD)输出复位脉冲或零电平，4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)的第二通道的输出Q为低，4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)的第三通道的输出/Q为高,电机主电路为断，旁路电路为通。
2.一种采用权利要求1所述电路的电机旁路控制方法，其特征是，包括：
1)电机控制模块上电后，硬件看门狗(WTD)输出的复位信号(RESET)，以及微控制器(MCU)第二输入输出端口(IO2)的输出信号均作为4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)的输入信号；
并且，必须在硬件看门狗(WTD)输出复位信号(RESET)之后，微控制器(MCU)第二输入输出端口(IO2)再输出信号，且仅输出一个高电平，此后微控制器(MCU)第二输入输出端口(IO2)一直保持低电平输出；
2)线性电源(LDO)和微控制器(MCU)正常工作时，硬件看门狗输出的复位信号(RESET)为恒高电平，此状态下，4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)的第三通道的输出(/Q)为低，4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)的第二通道的输出(Q)为高，电机主电路为通，旁电路为断；
3)线性电源(LDO)和/或微控制器(MCU)无法工作：
3.1)线性电源(LDO)输出电压低至硬件看门狗(WTD)复位阈值电平或微控制器(MCU)第一输入输出端(IO1)喂狗失败时，硬件看门狗(WTD)输出的复位信号(RESET)为复位脉冲，此状态下，4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)的第二通道的输出(Q)为低，4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)的第三通道的输出(/Q)为高,电机主电路为断，旁路电路为通；
3.2)线性电源(LDO)无法工作时，硬件看门狗(WTD)输出的复位信号(RESET)，被下拉电阻箝位在零电平，此状态下，4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)的第二通道的输出(Q)为低，4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)的第三通道的输出(/Q)为高,电机主电路为断，旁路电路为通；
3.3)微控制器(MCU)内部软件工作异常，导致微控制器(MCU)第一输入输出端(IO1)喂狗失败，经微控制器(MCU)自身内部复位，微控制器(MCU)开始正常工作，此时，4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)依然锁存微控制器(MCU)软件失效时的工作状态，4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)的第二通道的输出(Q)为低，4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)的第三通道的输出(/Q)为高,电机主电路为断，旁路电路为通；
释放4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)的锁存状态，将微控制器(MCU)第二输入输出端(IO2)切换为高电平输出，并提供给4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)一个高电平且仅提供一个高电平，用于复位4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)，4通道CMOS型集成或非门NOR Gate复位完成之后，4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)的第二通道的输出(Q)为高，4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)的第三通道的输出(/Q)为低,电机主电路为通，旁路电路为断，主路电路恢复正常，硬件看门狗继续监控整个系统；
3.4)线性电源(LDO)和微控制器(MCU)在电机控制模块上电时即无法工作，此状态下，硬件看门狗(WTD)输出复位脉冲或零电平，4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)的第二通道的输出Q为低，4通道CMOS型集成或非门(NOR Gate)的第三通道的输出/Q为高,电机主电路为断，旁路电路为通。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |