CN110729927A - 实现led指示灯与步进电机同步控制的系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实现LED指示灯与步进电机同步控制的系统，包括LED指示灯上升控制单元和LED指示灯下降控制单元，所述的仪表自检子系统循环调用所述的LED指示灯上升控制单元和LED指示灯下降控制单元；定时中断服务子系统，包括步进电机上升控制单元和步进电机下降控制单元，所述的定时中断服务子系统调用所述的步进电机上升控制单元和步进电机下降控制单元。本发明还涉及一种实现LED指示灯与步进电机同步控制的方法。采用了本发明的实现LED指示灯与步进电机同步控制的系统及其方法，可以根据步进电机的微步值判断当前步进电机的指示刻度，并完全同步点亮或熄灭；改进了仪表自检过程中只有步进电机自检的功能，满足当前行业趋势和绝大部分的客户需求。

Description

实现LED指示灯与步进电机同步控制的系统及其方法

技术领域

本发明涉及汽车电子控制领域，尤其涉及汽车组合仪表领域，具体是指一种实现LED指示灯与步进电机同步控制的系统及其方法。

背景技术

近几年，随着汽车行业的蓬勃发展，汽车组合仪表的功能越来越丰富。在一些汽车组合仪表的开机自检过程中由于客户对仪表的实用性和美观性需求，除了确保传统步进电机的自检功能外，还必须在开机自检过程中兼顾表盘刻度的特定LED指示灯自检的同步控制，使得整个仪表开机自检的视觉感官效果达到协调一致。LED指示灯与步进电机的同步控制关键点在于“同步”，即在整个步进电机指示自检的上升与下降过程中，对应刻度的LED指示灯必须完全同步被点亮或熄灭。并且客户对仪表开机自检都有严格的时间限制，一般为2秒到3秒。既要保证LED指示灯亮灭控制与步进电机运行同步，还要确保步进电机运行流畅平滑不失步，更要在严格规定时间内完成自检过程，这就是目前我们所迫切要解决的问题。因此，我们必须对仪表的LED指示灯和步进电机控制提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足效率高、结构简便、适用范围广泛的实现LED指示灯与步进电机同步控制的系统及其方法。

为了实现上述目的，本发明的实现LED指示灯与步进电机同步控制的系统及其方法如下：

该实现LED指示灯与步进电机同步控制的系统，其主要特点是，所述的系统包括：

仪表自检子系统，包括LED指示灯控制模块，所述的LED指示灯控制模块包括LED指示灯上升控制单元和LED指示灯下降控制单元，所述的仪表自检子系统循环调用所述的LED指示灯上升控制单元和LED指示灯下降控制单元，用于读取当前步进电机微步值，进而控制对应刻度的LED指示灯；

定时中断服务子系统，与所述的仪表自检子系统相连接，用于控制步进电机依次处于加速运行、匀速运行及减速运行；所述的定时中断服务子系统包括步进电机控制模块，所述的步进电机控制模块包括步进电机上升控制单元和步进电机下降控制单元，所述的定时中断服务子系统调用所述的步进电机上升控制单元和步进电机下降控制单元。

较佳地，所述的定时中断服务子系统定时执行的时间间隔为1ms。

较佳地，所述的仪表自检子系统还包括串转并移位灯控芯片，与所述的LED指示灯控制模块相连接，用于通过延时控制对应的LED指示灯。

较佳地，所述的仪表自检子系统根据步进电机的微步值判断当前步进电机的指示刻度，并同步点亮或熄灭LED指示灯。

较佳地，所述的步进电机上升控制单元控制步进电机的速度增加至400°/s保持匀速运行。

较佳地，所述的步进电机下降控制单元控制步进电机的速度降低至80°/s保持匀速运行。

该基于上述系统实现LED指示灯与步进电机同步控制的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：

(1)所述的定时中断服务子系统判断当前是否处于上升状态，如果是，则调用步进电机上升控制单元；否则，调用步进电机下降控制单元；

(2)所述的LED指示灯控制模块读取步进电机当前的微步值，判断微步值对应刻度是否指示上升过程，如果是，则LED指示灯上升控制单元点亮LED指示灯；否则，LED指示灯下降控制单元熄灭LED指示灯。

较佳地，所述的方法还包括以下步骤：

所述的步进电机完成一个上升过程或下降过程后继续堵转一定微步数。

采用了本发明的实现LED指示灯与步进电机同步控制的系统及其方法，可以根据步进电机的微步值判断当前步进电机的指示刻度，并完全同步点亮或熄灭；改进了仪表自检过程中只有步进电机自检的功能，满足当前行业趋势和绝大部分的客户需求。本发明通过对步进电机加减速控制，确保在非常短的限制时间内完成仪表自检功能；解决了步进电机匀速自检时间过长的问题。本发明中把步进电机控制模块放在定时中断服务子系统中执行，确保步进电机加减速过程以及高速运行中不会出现失步；在LED指示灯同步控制的策略中，步进电机加减速和高速运行不会受LED指示灯控制模块干扰。本发明中步进电机控制模块的加减速曲线是可配置的，以满足不同客户对仪表自检的时间和效果上的不同需求。

附图说明

图1为本发明的实现LED指示灯与步进电机同步控制的系统框图。

图2为本发明的实现LED指示灯与步进电机同步控制的系统中的串转并移位灯控芯片示意图。

图3为本发明的实现LED指示灯与步进电机同步控制的系统中的步进电机控制加减速曲示意图。

图4为本发明的实现LED指示灯与步进电机同步控制的方法的定时中断服务模块的流程图。

图5为本发明的实现LED指示灯与步进电机同步控制的方法的LED指示灯控制模块的流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

本发明的该实现LED指示灯与步进电机同步控制的系统，其中包括：

仪表自检子系统，包括LED指示灯控制模块，所述的LED指示灯控制模块包括LED指示灯上升控制单元和LED指示灯下降控制单元，所述的仪表自检子系统循环调用所述的LED指示灯上升控制单元和LED指示灯下降控制单元，用于读取当前步进电机微步值，进而控制对应刻度的LED指示灯；

定时中断服务子系统，与所述的仪表自检子系统相连接，用于控制步进电机依次处于加速运行、匀速运行及减速运行；所述的定时中断服务子系统包括步进电机控制模块，所述的步进电机控制模块包括步进电机上升控制单元和步进电机下降控制单元，所述的定时中断服务子系统调用所述的步进电机上升控制单元和步进电机下降控制单元。

作为本发明的优选实施方式，所述的定时中断服务子系统定时执行的时间间隔为1ms。

作为本发明的优选实施方式，所述的仪表自检子系统还包括串转并移位灯控芯片，与所述的LED指示灯控制模块相连接，用于通过延时控制对应的LED指示灯。

作为本发明的优选实施方式，所述的仪表自检子系统根据步进电机的微步值判断当前步进电机的指示刻度，并同步点亮或熄灭LED指示灯。

作为本发明的优选实施方式，所述的步进电机上升控制单元控制步进电机的速度增加至400°/s保持匀速运行。

作为本发明的优选实施方式，所述的步进电机下降控制单元控制步进电机的速度降低至80°/s保持匀速运行。

本发明的该基于上述系统实现LED指示灯与步进电机同步控制的方法，其中包括以下步骤：

(1)所述的定时中断服务子系统判断当前是否处于上升状态，如果是，则调用步进电机上升控制单元；否则，调用步进电机下降控制单元；

(2)所述的LED指示灯控制模块读取步进电机当前的微步值，判断微步值对应刻度是否指示上升过程，如果是，则LED指示灯上升控制单元点亮LED指示灯；否则，LED指示灯下降控制单元熄灭LED指示灯；

所述的步进电机完成一个上升过程或下降过程后继续堵转一定微步数。

本发明的具体实施方式中，本发明属于汽车电子控制技术领域，具体涉及一种汽车组合仪表的LED指示灯与步进电机同步控制的方法，主要包括对LED指示灯的控制、步进电机的驱动控制以及两者的同步控制策略。本发明是提供一种LED指示灯和步进电机同步控制的方法，旨在解决汽车组合仪表在有限的开机自检时间内完成对LED指示灯和步进电机控制的同步问题，并且确保步进电机运行不失步。

本发明提供一种LED指示灯与步进电机同步控制的方法，所述系统及方法包括仪表自检子系统、定时中断服务子系统、LED指示灯控制模块和步进电机控制模块。

如图1所示，仪表自检子系统在系统主程序中执行，仪表自检子系统循环调用LED指示灯上升控制模块和下降控制模块。LED指示灯上升控制模块和下降控制模块在执行过程中读取当前步进电机微步值，从而判断如何控制对应刻度的LED指示灯。步进电机上升控制模块和下降控制模块在定时中断服务子系统中调用，定时中断服务子系统1ms调用1次。

如图2所示，由于表盘刻度的LED指示灯较多，因此必须使用串转并移位灯控芯片来控制LED指示灯。与通过MCU(微控制单元)的GPIO(通用输入输出引脚)直接控制LED指示灯不同，串转并移位灯控芯片驱动程序对软件时序有一定要求，必须进行适当软件延时才能正确控制对应的LED指示灯。

如图3所示，因客户需求仪表自检必须在规定时间内完成，一般为2秒到3秒；所以步进电机必须以很高的速度(至少400°/s)运行才能满足需求。这样就不能简单地用匀速驱动方式控制电机指示，因为一般步进电机起步速度只能达到80°/s左右。那么只能通过加速曲线使步进电机达到要求速度后，进行匀速运行，然后必须进行减速处理，否则直接以高速堵转会导致电机损坏，同时还会发出很大的噪音。在步进电机加减速过程以及高速匀速运行过程中，如果为了实现同步效果而被LED指示灯控制模块频繁打断会导致步进电机失步，失步会引起电机卡顿或抖动，甚至直接无法驱动电机继续运行。

如图4所示，为了保证步进电机在整个自检运行过程中不会失步，所以在定时中断服务子系统中调用步进电机控制模块。在定时中断服务子系统中会判断当前自检处于指示上升状态还是指示下降状态，并分别调用对应的步进电机控制模块。在步进电机指示上升(下降)控制程序中，根据当前电机的微步值，逐渐增加电机运行速度，当电机速度增加到至少400°/s时保持当前速度进行匀速运行；当上升(下降)过程快完成时，根据当前电机的微步值，逐渐降低电机运行速度，当电机速度降低到80°/s后继续保持当前速度匀速运行，当电机走完指定的微步数后必须继续让电机堵转一定微步数，以确保电机在切换上升/下降方向后能够正常运行。整个上升下降曲线(包括加速、匀速、减速阶段)可以根据不同客户需求进行配置，以增加整个控制程序的复用性。

如图5所示，在定时中断服务子系统执行完毕后，仪表自检子系统中的LED指示灯控制模块可以读取步进电机当前的微步值。当微步值达到对应的表盘刻度时，LED指示灯控制模块会判断当前是指示上升还是指示下降过程，并以此来点亮或熄灭LED指示灯。这样就实现了LED指示灯与步进电机同步控制的策略。

本发明通过在定时中断服务子系统中执行步进电机控制模块、对步进电机进行加减速控制、对LED指示灯进行同步电机微步值控制，从而实现了在非常有限的自检时间内完成表盘刻度对应的LED指示灯和步进电机同步的控制，并确保步进电机不失步运行流畅平滑。

LED指示灯可以根据步进电机的微步值判断当前步进电机的指示刻度，并完全同步点亮或熄灭。

通过对步进电机加减速控制，确保在非常短的限制时间内完成仪表自检功能，解决了步进电机匀速自检时间过长的问题。

把步进电机控制模块放在定时中断服务子系统中执行，确保步进电机加减速过程以及高速运行中不会出现失步。

在LED指示灯同步控制的策略中，步进电机加减速和高速运行不会受LED指示灯控制模块干扰。

在步进电机完成一个上升或下降过程后继续堵转一定微步数，确保在快速切换上升或下降方向时步进电机能够正常运行。

步进电机控制模块的加减速曲线是可配置的，以满足不同客户对仪表自检的时间和效果上的不同需求。

本发明的基于一款7吋屏汽车组合仪表的具体实施例如下：

1、客户要求仪表在2秒自检过程中完成18个表盘刻度LED指示灯和2个220°步进电机的自检；

2、移植上述方案的仪表自检控制系统，定时中断服务子系统及步进电机控制模块。

3、根据2秒需求和220°表盘角度需求配置步进电机加减速曲线；

4、设计实现匹配18个表盘刻度LED指示灯的LED指示灯控制模块。

本发明的基于一款7吋屏汽车组合仪表的另一种实施例如下：

1、客户要求仪表在3秒自检过程中完成22个表盘刻度LED指示灯和2个202°步进电机的自检；

2、移植上述方案的仪表自检控制系统，定时中断服务子系统及步进电机控制模块；

3、根据3秒需求和202°表盘角度需求配置步进电机加减速曲线；

4、设计实现匹配22个表盘刻度LED指示灯的LED指示灯控制模块。

采用了本发明的实现LED指示灯与步进电机同步控制的系统及其方法，可以根据步进电机的微步值判断当前步进电机的指示刻度，并完全同步点亮或熄灭；改进了仪表自检过程中只有步进电机自检的功能，满足当前行业趋势和绝大部分的客户需求。本发明通过对步进电机加减速控制，确保在非常短的限制时间内完成仪表自检功能；解决了步进电机匀速自检时间过长的问题。本发明中把步进电机控制模块放在定时中断服务子系统中执行，确保步进电机加减速过程以及高速运行中不会出现失步；在LED指示灯同步控制的策略中，步进电机加减速和高速运行不会受LED指示灯控制模块干扰。本发明中步进电机控制模块的加减速曲线是可配置的，以满足不同客户对仪表自检的时间和效果上的不同需求。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (8)

1.一种实现LED指示灯与步进电机同步控制的系统，其特征在于，所述的系统包括：

仪表自检子系统，包括LED指示灯控制模块，所述的LED指示灯控制模块包括LED指示灯上升控制单元和LED指示灯下降控制单元，所述的仪表自检子系统循环调用所述的LED指示灯上升控制单元和LED指示灯下降控制单元，用于读取当前步进电机微步值，进而控制对应刻度的LED指示灯；

定时中断服务子系统，与所述的仪表自检子系统相连接，用于控制步进电机依次处于加速运行、匀速运行及减速运行；所述的定时中断服务子系统包括步进电机控制模块，所述的步进电机控制模块包括步进电机上升控制单元和步进电机下降控制单元，所述的定时中断服务子系统调用所述的步进电机上升控制单元和步进电机下降控制单元。

2.根据权利要求1所述的实现LED指示灯与步进电机同步控制的系统，其特征在于，所述的定时中断服务子系统定时执行的时间间隔为1ms。

3.根据权利要求1所述的实现LED指示灯与步进电机同步控制的系统，其特征在于，所述的仪表自检子系统还包括串转并移位灯控芯片，与所述的LED指示灯控制模块相连接，用于通过延时控制对应的LED指示灯。

4.根据权利要求1所述的实现LED指示灯与步进电机同步控制的系统，其特征在于，所述的仪表自检子系统根据步进电机的微步值判断当前步进电机的指示刻度，并同步点亮或熄灭LED指示灯。

5.根据权利要求1所述的实现LED指示灯与步进电机同步控制的系统，其特征在于，所述的步进电机上升控制单元控制步进电机的速度增加至400°/s保持匀速运行。

6.根据权利要求1所述的实现LED指示灯与步进电机同步控制的系统，其特征在于，所述的步进电机下降控制单元控制步进电机的速度降低至80°/s保持匀速运行。

7.一种基于权利要求1所述的系统实现LED指示灯与步进电机同步控制的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

(1)所述的定时中断服务子系统判断当前是否处于上升状态，如果是，则调用步进电机上升控制单元；否则，调用步进电机下降控制单元；

(2)所述的LED指示灯控制模块读取步进电机当前的微步值，判断微步值对应刻度是否指示上升过程，如果是，则LED指示灯上升控制单元点亮LED指示灯；否则，LED指示灯下降控制单元熄灭LED指示灯。

8.根据权利要求7所述的实现LED指示灯与步进电机同步控制的方法，其特征在于，所述的方法还包括以下步骤：

所述的步进电机完成一个上升过程或下降过程后继续堵转一定微步数。

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