K14BD型BCM遥控学习台控制系统设计

2013 届毕业生毕业设计说明书题 目: K14B-D 型 BCM 遥控学习台控制系统设计 院系名称： 电气工程学院 专业班级: 学生姓名： 学 号： 指导教师： 教师职称： 2013 年 5 月 16 日目 次 1 概述 .12 方案设计 .32.1 方案确定 .32.2 方案论证 .33 硬件电路设计 .63.1 遥控学习台的组成 .63.2 PLC 输入输出口的选择 .103.3 完成设计所需的元件 .114 遥控学习台的软件系统设计 .13结 论 .16致 谢 .17参 考 文 献 .18附录 A 输出接口板原理图 .19附录 B 输入接口板的原理图 .20附录 C 输入输出 PCB.21附录 D 梯形图 .2201 概述据有关数据表明，我国汽车从 01 年至今一直保持着高速增长的态势。01 年到 07 年，年平均汽车销售数量增长超 20%，虽然近年来汽车市场出现过一定的萎靡，但是也都保持着两位数的增长。2012 年我国汽车销售数达 1930 万辆，是世界汽车新车销售数量最大的国家。公安部交通管理局日前提供的数据显示，我国机动车保有量达 2.4 亿辆，私家车保有量破 1 亿辆。可见中国的汽车市场是多么庞大。但是在这么大的汽车市场上（尤其是国产车）很多检测还都需要人来完成。这种人工参与的生产与检测在一定程度上造成了生产效率不高和检测结果不准确的后果。结合本课程设计，我们以汽车上的BCM（车身控制模块）为例，如果 BCM 检测不准确，不仅乘客和驾驶者乘坐的舒适性和便利性会大打折扣，而且驾驶者和乘坐者的安全也会受到严重威胁。可能许多人对 BCM（车身控制模块）还不太了解。本课程下面简单介绍 BCM 的相关知识。现在市场上的大部分汽车都为了降低成本，采用了以微处理器为核心的控制中心简称 BCM。BCM 通过多方协调各个电子设备，已逐步实现对多个控制目标的综合控制，大大地节约了生产厂家的制造成本。它将众多的控制功能集合到一个功能强大的盒子模块中去。目前车身控制模块最基本的作用有以下几个方面：1、控制外灯：为汽车提供外部照明，转向灯指示等作用；2、控制内灯：为车内部提供照明；3、控制门锁：控制开锁闭锁（包括遥控开锁闭锁） ；4、控制门窗：控制门窗手动和遥控升降；5、雨刮：控制雨刮定时摇摆；6、警示：提示安全带未系，并发出警报。BCM（车身控制模块）可以为驾驶员和乘客提供很多便利和舒适性功能。它的控制对象包括车外灯、车内灯、门锁、门窗、雨刮等，而且支持 CAN 和 LIN 等总线通讯并且支持在线故障诊断功能。BCM 还具有功能扩展模块，BCM 上有一定的接口部分空闲出来以留备用，至于留作什么用途，完全可以根据市场和生产厂家来决定。随着汽车电子技术的快速发展，BCM 集成的功能逐渐增多，各种电子设备之间的信息共享越来越多，一个信息可同时供多个部件使用，则要求 BCM 的数据通信功能越来越强；汽车 BCM 的研究和应用，大大提高了整车的性能。车身控制模块通过对电子设备的多方面的协调，实现对多个控制目标的综合控制，节约了厂家的生产成本。但随着汽车电子技术的进一步发展，BCM 的设计也变得越来越复杂。由于 BCM 集成的功能越来越多，设计集成程度越来越复杂，BCM 的检测也就变得困难起来，传统的人工检测已经不能满1足工业生产的准确性和效率的要求。具体的来说在 BCM 的遥控检测中，遥控学习的条件之一是 10s 内，将开关连续开关三次，然后扳其它开关，单是这一条件人工就很难进行操作。操作难点一是 10s 的时间难以把握，二是连续打开闭合开关的次数容易弄错。因而 BCM 遥控学习的条件很容易搞错。这就导致了遥控学习的可靠性不高，准确率不够。再加上，工人长时间进行重复的繁琐操作，容易疲累，效率也不高。因此在这种背景下迫切需要一种装置代替人工执行这些繁杂的操作，工人只负责判断遥控学习条件是否满足，进行遥控器和 BCM 的配对即可。即提高了效率又提高了检测学习的可靠性。本课题设计理念是通过编程来控制遥控学习系统，实现对车身控制模块（BCM）进行遥控学习的功能。它大大提高了对 BCM 功能检测的效率，同时检测的可靠性也得到了提高，使得对车身控制模块的检测向自动化、快速化的方向发展。22 方案设计2.1 方案确定本方案是一个针对 K14B-D 型 BCM 的遥控学习台的设计，有以下几部分组成：台达DVP32ES00R PLC,稳压器（可稳压至直流 24V、直流 12V） ，输出接口板，BCM、输入接口板组成。系统的总体结构框图如图 2.1 所示。工业计算机台达PLC输出口输入口输出接口板输入接口板K 1 4B - D B CM图 2.1 系统总体结构框图文中分别对各个单元进行分析，对于输出接口板和输入接口板集成到一个板子中。计算机通过 RS485 通讯与台达 PLC 进行通讯，并向台达 PLC 输入程序指令。台达 PLC 通过输出接口板和 K14B-D 型 BCM 进行连接（实现对 BCM 的控制，使之满足遥控学习的条件）。BCM 接收到 PLC 的指令，产生输出信号-高电平。通过输入接口板将这些信号传输到PLC 输入接口中，然后 PLC 通过对传输过来的信号进行分析，判断是否符合 BCM 学习的条件。如果条件符合，按下连接 BCM 上控制遥控学习功能的按钮，BCM 模块发出电磁波，同时按下遥控器的任意按钮，通过相关的遥控编码与译码程序与协议，实现 BCM 和控制遥控器的配对学习的功能。至此 K14B-D 型 BCM 的遥控检测与学习结束。可进行下一个BCM 的遥控学习。2.2 方案论证系统的部分电气连接图如图 2.2 所示。220V 电源对整个系统供电，如果系统工作指示灯就亮起。QS 为刀开关，SB3 为急停按钮，SB4 为停止按扭，SB3 为开启按钮。+12、+24 为直流稳压电源。PC 通过 RS485 通讯和 PLC 进行通讯。遥控学习台系统的控制原理图如图 2.3 所示。PLC 的 6 个输出接口分别对应图 2.3所示的网络标号，PLCY0 到 PLCY5。分别控制遥控学习条件所需的六个控制信号，这六个控制信号经过输出控制板输出到 BCM 中，对 BCM 进行控制。BCM 接收到这些控制信号，3如果控制信号有效，就会有对应的高电平输出。再把这些高电平输出信号经过控制输入板输入到 PLC 中进行检测。20VFU1ASB4LMPKNXZYDER C+constavlgepwruy56789Q、图 2.2 系统的部分电气连接图 OT-I输 出 接 口 板 输 入 接 口 板图 2.3 系统的控制原理图DVP32ES00R 是继电器输出，原理上可以直接采用继电器线圈控制 BCM，使 BCM 接受PLC 的控制。但是，为了隔离强电对后边实验设备的影响，本课程采用光电耦合器来隔离 220V 的强电的干扰。为了驱动线圈，本课题设计采用 ULN2803 芯片来驱动继电器线圈。从而实现 PLC 对 BCM 的间接控制。根据台达 DVP32ES00R 手册，送入其输入接口进行检测的电压信号，只有在大于 15V的条件下才能工作，而 BCM（车身控制模块）输出后的电压是有一定的范围的，可以低至 12V 因此是不能将 BCM 的输出电压送入到 PLC 中进行检测的。另一方面，也为了隔离强电 220V 的干扰，保证控制检测效果，本课程设计采用继电器控制光电耦合的导通，来实现向 PLC 输送约为 24V 的有效输入信号来实现对 BCM 输出信号的检测功能。4根据 K14B-D 型 BCM 的相关资料。BCM 的遥控学习需要满足一定的条件才能进行。具体的来说，位灯开关断开，五车门关闭，左前门打开等均要通过 PLC 编程实现这些控制条件的实现，而且还要检测相应的输出。需要检测的有效输出为左前门打开 3 次，转向灯闪一次等。只有通过 PLC 检测到相应输出符合遥控学习的条件，遥控器才可以进行和 BCM 进行学习配对。如果符合相关检测条件，要给予指示，使工人能够明白，是否可以进行遥控器的学习配对。本课程在 PLC 的输出端接了一个绿色指示灯来指示条件是否满足。具体的说，如果绿色指示灯亮表明，符合 BCM 遥控学习的条件，可以进行遥控器的配对学习。如果指示灯不亮，则表明，不满足 BCM 的学习条件。不能进行遥控器的配对学习。 本课程采用了经典的 PLC 控制检测，当然采用单片机也是完全可以实现相同的控制检测功能，控制方案也比较简单，价格也很低。但是相比来说，PLC 控制更适合工业生产检测需要，稳定性高，抗干扰能力强，出现问题方便维修检查，实现的成本也较低，研发设计周期较短。因此本课程设计采用 PLC 控制设计的方案。53 硬件电路设计3.1 遥控学习台的组成（1）工业计算机：由于 BCM 的遥控学习大都在室内进行，且远离工业生产现场，工作环境相对较好，因此工业计算机可用普通的计算机代替。（2）PLC：PLC 采用台达公司生产的 DVP32ES00R 型 PLC，这种 PLC 是市场上目前性价比比较高的 PLC ，兼容性和通用性好，响应较快，维修比较方便，而且稳定性也有保证。由于所需输入输出点不多，因而不需要 PLC 扩展模块。这种型号的 PLC 有 32 个输入输出接口，16 个输入点 16 个输出点；是继电器输出型继电器，交流电源供电供电压100-240V，采用市电 220V 即可，也可以经过变压器变压使压稍微降低；电源保险丝选为2A；直流电源输入大于 15V 时，输入由 OFF 变为 ON，直流输入小于 5V 时，输入由 ON 变为 OFF;消耗功率 30VA。这种型号的 PLC 为继电器输出，外可加交流电源也可加直流电源。输出电压最大 250V/AC、30V/DC;最大负载电阻性负载一点 2A，接 COM 口公共点最大5A；硬件反应时间约为 10ms。和计算机之间通过 RS485 通讯协议进行通信连接。软件方面可采用 GX developer 软件进行编程。（3）输出接口板：输出接口板包括光耦隔离模块，驱动模块，继电器组模块。其中光耦是为了隔离强电对后边电路产生干扰，驱动模块提供驱动继电器组的电压和电流；输出接口板的隔离和驱动模块图如图 3.1 所示。TLP-+4CY0.KD6AEOU789GNMV6图 3.1 输出接口板的隔离和驱动模块光耦隔离模块由六个 TLP521-1 芯片组成，输入端一端 1 脚接 24V 电源，另一输入端2 脚接 PLC 的输出。为了防止通过二极管的电流过大，连接 1 脚和 24V 电源之间串联一个 2.4K 的电阻，为了方便看出该光耦是否工作，再传一个发光二极管，二极管发光说光耦应该正常工作，PLC 的继电器输出为有效输出。输出端为了以后能够给驱动单元的输入提供 TTL 电平，4脚接 5V 电压，3 脚接下拉电阻 10K 欧姆的电阻，接下拉电阻后，4 脚接后边的驱动输入接口。5V 电压由 7805 提供，7805 的 1 脚接 12V 直流电源，2 脚接地，3 脚接输出，即为为 ULN2803 提供 5V 电压，将 12V 直流电压变为 5V。12V 电压由稳压直流电源提供。7805的电路接线图如图 3.2 所示。 0.uFCVGNDIOUT978L5+图 3.2 7805 接线图驱动模块由 ULN2803 芯片组成，ULN2803 是由 8 个 NPN 达林顿晶体管组成的，可由TTL 电平作为输入，可以驱动继电器，电灯，电磁阀，打印锤等负载。它采用 DIP18 封装，驱动能力强。如图 3.1 所示，9 脚接地，10 脚接 12V 电源，防止驱动继电器线圈时，由于突然通断电产生破坏。1 脚至 8 脚为输入，11 脚至 18 脚为对应的输出。以 18 脚为例输出端接继电器线圈一端，继电器线圈另一端接 12V 电源。 （需要说明的是如果 UL2803 驱动的是继电器线圈 10 脚必须接 12V 电源，保证续流二极管能够产生续流作用。防止在开关电源的瞬间产生大的感应电动势对芯片电路产生损坏） 。继电器组采用腾飞 T73 系列 12V 直流继电器组，该继电器为由 5 脚直插式封装。是专门用于 PCB 板的小型继电器。输出板的继电器组如图 3.3 所示。如果 OUT0（以网络标号代表）为低电平（0V） ，那么 12V 直流继电器线圈得电，常开触头闭合，常闭触头断开。以继电器 KM1 为例，如果 ULN2803 输入有效的 TTL 电平即为 5V，那么输出端（接继电器线圈一个接线端子，继电器线圈另一个接线端子接 12V 电7源）为低电平，12V 电压加在继电器线圈上。继电器触头就得电动作。继电器的常开触头动作闭合，即 BCM 上位灯开关闭合，BCM 上位灯输出就应有相应高电平输出。相当于PLC 的有效继电器输出，来控制 BCM，实现对 BCM 的间接控制。+12GNDOUT0345kKM6图 3.3 输出板的继电器组（4）K14B-D 型 BCM 是由郑州跃博有限公司生产研发的，具体内部构造为商业秘密。它具有一般 BCM 的控制功能。 BCM 的控制原理图如图 3