CN105938340B - 一种基于单片机的lin通信汽车电压调节器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于单片机的LIN通信汽车电压调节器,属于发电机调节技术领域,包括单片机主控处理模块、电源供电模块、B+端电压采集模块、PWM励磁电流驱动模块、2倍压模块、相信号处理模块、温度采样模块、励磁电流采样模块和LIN通信模块,其特征在于:电源供电模块、B+端电压采集模块、PWM励磁电流驱动模块、2倍压模块、相信号处理模块、温度采样模块、励磁电流采样模块和LIN通信模块与单片机主控处理模块相连。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
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,具体是一种基于单片机的LIN通信汽车电压调节器。
背景技术
LIN是Local Interconnect Network的缩写,是基于UART/SCI(通用异步收发器/串行通信接口)的低成本串行通信协议,可用于汽车、家电、办公设备等多种领域。LIN通信汽车电压调节器是符合LIN通信协议的一种智能调节器,它可以实时监测汽车发电机的相关参数,如发电机励磁电流、发电机工作温度、发电机工作转速、发电机工作电压等,并将这些数据实时传输给ECU,方便ECU根据整车工作状态有效合理的调整发电机工作状态。这样不仅可以提高整车的舒适性,而且可以提高整车的能效,并且能与本地互联网络LIN集成,为汽车交流发电机提高增强型控制功能。
在汽车使用的过程中,经常由于外界因素和内部参数变化的影响而导致汽车速度不稳定,影响汽车的运行质量,严重时还会产生不良后果。为此应在汽车供电线路中安装交流发电机稳压器,已改善和消除上述线性,并且有效控制电池调节电压,以便在汽车的真个生命周期优化整体性能和电池使用寿命。
目前这类调节器技术为一些国际大厂所拥有,如飞思卡尔、BOSCH、英飞凌、三菱和电装等。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LIN通信电压调节器,无疑是制胜的武器。
发明内容
针对上述LIN通信调节器现状和存在的技术问题,本实用新型提供一种基于单片机的LIN通信汽车电压调节器。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。本实用新型选择Microchip的PIC16F1829LIN,能够实现飞思卡尔、BOSCH等LIN端子调节器芯片具有的所有功能。
为了实现上述目的,本实用新型通过以下技术方案实现:一种基于单片机的LIN通信汽车电压调节器,包括单片机主控处理模块、电源供电模块、B+端电压采集模块、PWM励磁电流驱动模块、2倍压模块、相信号处理模块、温度采样模块、励磁电流采样模块和LIN通信模块,其特征在于:电源供电模块、B+端电压采集模块、PWM励磁电流驱动模块、2倍压模块、相信号处理模块、温度采样模块、励磁电流采样模块和LIN通信模块与单片机主控处理模块相连。
所述主控处理模块选用单片机为控制芯片。
所述单片机还选用Microchip PIC16F1829LIN单片机,其支持9路10位ADC,2路比较器,FVR参考电压模块,2路增强型10位PWM,4个8位定时器,1个16位定时器,T1G门控功能,超低功耗管理,增强型通用同步/ 异步收发器,硬件支持LIN1.3、LIN2.1协议。
所述的电源供电模块由二极管D2和滤波电容C1组成,二极管D2接电源正极B+端,二极管D2单向导电,滤波电容C1提高单片机的抗干扰能力,滤波电容C1和二极管D2公共端接IC1的PIN11脚。PIN10脚接电容C2,PIN10脚输出5V电压,为芯片 IC1和其他电路提供5V电压,电容C2提高5V电压输出的稳定度和抗干扰能力。
所述的PWM励磁电流驱动模块中,芯片IC1的PIN5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,PIN5脚信号通过开关管Q3和Q4控制MOS管Q1的栅极,MOS管Q1的漏极即F端输出PWM信号,控制发电机励磁电流。
所述的B+端电压采集模块中,电阻R1、电阻R2、电容C4和稳压二极管ZD1组成B+电压处理电路,电阻R1和电阻R2对B+电压进行分压,电容C4对B+电压进行滤波处理,稳压二极管ZD1对超出5V的电压进行稳压,处理好的信号送入PIN14脚。
所述的2倍压模块由电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻C9、电阻C10和二极管D3组成,PIN2脚输出高频方波控制开关管Q5快速开关,利用二极管D3的单向导电性和电容C9两端电压不能突变的特征,将电容C10的电压抬高为B+端电压的2倍,为MOS管Q1的栅极提供足够的驱动电压。
所述的单片机主控处理模块中,单片机使用Microchip的PIC16F1829LIN。PIC16F1829LIN脚VDD使用5V供电,PIN20脚VSS接地,RA2、RA3、RC1脚未使用。RC3脚内部设置为比较器模块负极,RC3脚输入PWM励磁电流控制模块的F端电压采样信号。RA4脚内部设置为ADC通道,输入PWM励磁电流控制模块的F端电压采样信号。RA5输出数字电平,输出高频方波信号。RC5脚输出PWM信号给PWM励磁电流控制模块。RC4脚输出数字电平,给芯片IC3供电。PIN9脚接LINbus通信接口。RC2内部设置为ADC通道,输入B+电压采样模块的电压信号。RC0脚内部设置为ADC通道,输入温度采样模块的电压信号。RA0和RA1脚内部设置为数字IO口中断,RA0和RA1脚连接相信号处理模块。
所述的相信号处理模块中,电阻R16、电阻R15、电阻R17、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R11、电容C6、电容C7、电容C8和芯片IC2组成频率处理部分,通过RA0口采样相信号频率,电阻R23、开关管Q2、电容C12和稳压二极管ZD3组成电压处理部分,通过RA1口采样相信号电压。
所述的温度采样模块中,由热敏电阻R22和普通电阻R8组成分压电路,通过RC0脚采样分压电压。
所述的励磁电流采样模块中,电阻RS、芯片IC3、电阻R10和电容C11组成电流电压转换电路,RA4脚做过压判断,RC3脚做电压采用。
所述的LIN通信模块中,LINbus总线接PIN9脚,电容C3做滤波滤除尖峰干扰,维持LINbus总线的稳定。
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做进一步说明。
图1是本发明的电路原理图。
图中:1、单片机主控处理模块,2、电源供电模块,3、B+端电压采集模块,4、PWM励磁电流驱动模块,5、2倍压模块,6、相信号处理模块,7、温度采样模块,8、励磁电流采样模块,9、LIN通信模块,D1为励磁电流的回流二极管,D2、D3均为二极管,滤波电容为C1,C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11均为电容,R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、RS、R23均为电阻,Q1为MOS管,Q2、Q3、Q4、Q5均为开关管,ZD1、ZD3为稳压二极管,R22为热敏电阻,IC1、IC2、 IC3均为芯片。
具体实施方式
如图1所示,一种基于单片机的LIN通信汽车电压调节器,包括单片机主控处理模块(1)、电源供电模块(2)、B+端电压采集模块(3)、PWM励磁电流驱动模块(4)、2倍压模块(5)、相信号处理模块(6)、温度采样模块(7)、励磁电流采样模块(8)和LIN通信模块(9)。电源供电模块(2)、B+端电压采集模块(3)、PWM励磁电流驱动模块(4)、2倍压模块(5)、相信号处理模块(6)、温度采样模块(7)、励磁电流采样模块(8)和LIN通信模块(9)与单片机主控处理模块(1)相连。单片机主控处理模块(1)中,单片机使用Microchip的PIC16F1829LIN。PIC16F1829LIN脚VDD使用5V供电,PIN20脚VSS接地,RA2、RA3、RC1脚未使用。RC3脚内部设置为比较器模块负极,RC3脚输入PWM励磁电流控制模块的F端电压采样信号。RA4脚内部设置为ADC通道,输入PWM励磁电流控制模块的F端电压采样信号。RA5脚输出数字电平,输出高频方波信号。RC5脚输出PWM信号给PWM励磁电流控制模块。RC4脚输出数字电平,给芯片IC3供电。PIN9脚接LINbus通信接口。RC2脚内部设置为ADC通道,输入B+电压采样模块的电压信号。RC0脚内部设置为ADC通道,输入温度采样模块的电压信号。RA0和RA1脚内部设置为数字IO口中断,RA0和RA1脚连接相信号处理模块。
电源处理模块(2)中,电源供电模块由二极管D2和滤波电容C1组成,二极管D2接电源正极B+端,二极管D2单向导电,滤波电容C1提高单片机的抗干扰能力,滤波电容C1和二极管D2公共端接芯片IC1的PIN11脚。PIN10脚接电容C2到E,PIN10脚输出5V电压,为芯片IC1和其他电路提供5V电压,电容C2提高5V电压输出的稳定度和抗干扰能力。
B+端电压采集模块(3)中, 电阻R1、电阻R2、电容C4和ZD1组成B+电压处理电路,电阻R1和电阻R2对B+电压进行分压,电容C4对B+电压进行滤波处理,稳压二极管ZD1对超出5V的电压进行稳压,处理好的信号送入PIN14脚。
PWM励磁电流驱动模块(4)中, IC1的PIN5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,PIN5脚信号通过开关管Q3和Q4控制MOS管Q1的栅极,MOS管Q1的漏极即F端输出PWM信号,控制发电机励磁电流。
2倍压模块(5)中, 2倍压模块由电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电容C9、电容C10和二极管D3组成,PIN2脚输出高频方波控制开关管Q5快速开关,利用二极管D3的单向导电性和电容C9两端电压不能突变的特征,将电容C10的电压抬高为B+端电压的2倍,为MOS管Q1的栅极提供足够的驱动电压。
相信号处理模块(6)中,电阻R16、电阻R15、电阻R17、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R11、电容C6、电容C7、电容C8和芯片IC2组成频率处理部分,通过RA0口采样相信号频率,电阻R23、开关管Q2、电容C12和稳压二极管ZD3组成电压处理部分,通过RA1口采样相信号电压。
温度采样模块(7)中,由热敏电阻R22和普通电阻R8组成分压电路,通过RC0脚采样分压电压。
励磁电流采样模块(8)中,电阻RS、芯片IC3、电阻R10和电容C11组成电流电压转换电路,RA4脚做过压判断,RC3脚做电压采用。
LIN通信模块(9)中,LINbus总线接PIN9脚,电容C3做滤波滤除尖峰干扰,维持LINbus总线的稳定。
此基于单片机LIN通信调节器的工作原理为:
调节器可以通过LINbus唤醒信号激活。当发电机不运转时,如果LIN总线上无通讯,调节器将会进入待机状态。
激活后且发电机运转时,则调节器将进入预励磁状态。在该状态下,输出级将会以一定占空比进行脉冲调制,从而确保有足够的励磁以感应出可探测的转速信号。从而保证转速的准确探测,并且当转速超过门限值时调节器进入到调节状态。 在预励磁状态,输出级以25Hz的频率和25%的占空比进行脉冲调制。
当设定值Uset≠10,6 V,并且转速超过启动转速门限值时,调节器会转入调节状态。占空比初始值等同于通过LIN发送的盲区值。然后占空比将会根据调整过的负载响应上升时间进行调节(在负载响应激活的情况下)。
为了保证在启动阶段相信号的正确检测,占空比将会通过相电压调节功能进行调节(相电压调节功能要优先于负载响应功能)。该功能会将占空比调节到50%,以保证产生足够的相电压幅值。达到该门限值之后,占空比将重新通过负载响应功能进行调节。
如果调节器是被相信号(由转子剩磁感应的)激活并且检测到转速已经超过限值时,则调节器会进入紧急启动程序。在紧急启动程序过程中,相电压会被调节到一个规定的值,以保证能够监测到紧急启动速度。当检测到转速已经超过紧急启动转速阈值时,调节器进入调节状态并按默认设定值工作。
Claims (1)
1.一种基于单片机的LIN通信汽车电压调节器,包括单片机主控处理模块、电源供电模块、B+端电压采集模块、PWM励磁电流驱动模块、2倍压模块、相信号处理模块、温度采样模块、励磁电流采样模块和LIN通信模块,其特征在于:电源供电模块、B+端电压采集模块、PWM励磁电流驱动模块、2倍压模块、相信号处理模块、温度采样模块、励磁电流采样模块和LIN通信模块与单片机主控处理模块相连;所述的电源供电模块由二极管D2和滤波电容C1组成,二极管D2接电源正极B+端,二极管D2单向导电,滤波电容C1和二极管D2公共端接芯片IC1的PIN11脚;PIN10脚接电容C2,PIN10脚输出5V电压;
所述的PWM励磁电流驱动模块中,芯片IC1的PIN5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,PIN5脚信号通过开关管Q3和Q4控制MOS管Q1的栅极,MOS管Q1的漏极即F端输出PWM信号,控制发电机励磁电流;
所述的B+端电压采集模块中,电阻R1、电阻R2、电容C4和稳压二极管ZD1组成B+电压处理电路,电阻R1和电阻R2对B+电压进行分压,电容C4对B+电压进行滤波处理,稳压二极管ZD1对超出5V的电压进行稳压,处理好的信号送入PIN14脚;
所述的2倍压模块由电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电容C9、电容 C10和二极管D3组成,PIN2脚输出高频方波控制开关Q5快速开关,通过二极管D3的单向导电性和电容C9两端电压不能突变,将电容C10的电压抬高为B+端电压的2倍,为MOS管Q1的栅极提供驱动电压;
所述的单片机主控处理模块中,单片机使用Microchip的PIC16F1829LIN,PIC16F1829LIN脚VDD使用5V供电,PIN20脚VSS接地,RA2、RA3、RC1脚未使用,RC3脚内部设置为比较器模块负极,RC3脚输入PWM励磁电流控制模块的F端电压采样信号,RA4脚内部设置为ADC通道,输入PWM励磁电流控制模块的F端电压采样信号,RA5脚输出数字电平,输出高频方波信号;RC5脚输出PWM信号给PWM励磁电流控制模块,RC4脚输出数字电平,给芯片IC3供电,PIN9脚接LINbus通信接口,RC2脚内部设置为ADC通道,输入B+电压采样模块的电压信号,RC0脚内部设置为ADC通道,输入温度采样模块的电压信号,RA0和RA1脚内部设置为数字IO口中断,RA0和RA1脚连接相信号处理模块;
所述相信号处理模块中,电阻R16、电阻R15、电阻R17、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R11、电容C6、电容C7、电容C8和芯片IC2组成频率处理部分,通过RA0口采样相信号频率,电阻R23、开关管Q2、电容C12和稳压二极管ZD3组成电压处理部分,通过RA1口采样相信号电压;
所述的温度采样模块中,由热敏电阻R22和普通电阻R8组成分压电路,通过RC0脚采样分压电压;
所述的励磁电流采样模块中,电阻RS、芯片IC3、电阻R10和电容C11组成电流电压转换电路,RA4脚做过压判断,RC3脚做电压采用;
所述的LIN通信模块中,LINbus总线接PIN9脚,电容C3做滤波滤除尖峰干扰,维持LINbus总线的稳定;
所述单片机选用Microchip PIC16F1829LIN单片机,其支持9路10位ADC,2路比较器,FVR参考电压模块,2路增强型10位PWM,4个8位定时器,1个16位定时器,T1G门控功能,硬件支持LIN1.3、LIN2.1协议;
此基于单片机的LIN通信汽车电压调节器可通过LINbus唤醒信号激活,激活后且发电机运转时,则基于单片机的LIN通信汽车电压调节器将进入预励磁状态,输出级以25Hz的频率和25%的占空比进行脉冲调制。
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