车灯随动转向技术方案.doc

用科技 做贡献论文基于lin 总线的自动车灯系统技术方案书广州智维电子科技有限公司 TRIV ELECTRONIC TECHNOLOGES一、主要技术指标/主要功能1.1系统功能(1) 转动方向盘，末端磁铁根据一定的传动比跟随转动，使角度传感器感应到相应的信号；(2) 通过AD转换电路把角度传感器产生的信号输入到主机；(3) 主机把输入的角度信号，根据不同的模拟速度，通过运算得出舵机的控制转角值，并通过LIN总线送到左、右从机；(4) 左、右从机分别识别到信号ID，并得到不同的转角值，输出特定的脉宽，控制舵机；(5) 光电开关识别到周围环境的明暗情况（其中灵敏度可调节），判定是否打开前照灯。(6) 由按钮模拟不同的速度环境，使舵机在不同的速度下有不同的转角。1.2系统指标指标参数方向盘转角逆时针：-540方向盘与角度采集端传动比6：1角度传感器可测量角度范围0180角度传感器精确度0.05舵机转速60/ms 二、方案实现2.1系统整体方案图方向盘(角度传感器)左舵机+前灯主机MASTERAD数模转换器 左从机 右从机LIN协议光电开关加速模拟按钮右舵机+前灯 LIN协议图 1 转角模型各变量的函数关系 系统包括两个执行从机和一个主机。主机负责采集方向盘角度传感器的信号和键入的速度信号，建立舵机转角的模型，将角度值写入 LIN报文帧数据场的某两个字节。从机接收LIN协议定义的报文帧，检查报文头。若报文ID是本机ID，则接受。否则，滤去报文帧。接受报文帧时，将数据场的表征角度的相应数据读入系统，并以此通过运算赋值TH0和TL0，产生占空比可调的PWM波，控制舵机的转向，从而实现前照灯的随动转向。2.2机械解决方案由于NXP KMA200角度传感器的量程是0到180，而方向盘能转过的角度是1080。因而采用1:6的齿轮传动方式，连接小齿轮M1 （11齿数）的轴一端，连接方向盘，便于控制；连接大齿轮M1 （66齿数）的轴另一端，连接磁体。方向盘转动的时候，通过齿轮传动，带动磁体旋转，产生变化的磁场，KMA200内部的磁性单元便可检测转轴的旋转角度。详细图片如图9所示：图 2 方向盘模型2.3硬件系统方案随动转向前照灯系统从各自的功能可以分为三个部分。第一个部分是传感器，用于汽车行驶状态的参数测量，建立相应的数学模型。传感器将信号输入到电控单元，电控单元的作用是，处理输入信息和输出控制信号，用于连接输入和输出单元。第三部分，是输出的执行器件，包括通过舵机控制传动机构来调整灯光的随动，光电开关用于智能调节系统2.3.1方向盘角度采集模块选用恩智浦的kma200磁阻式角度传感器，准确且可靠，角度测量达到180，非接触式运作无损耗，运作精确度不受机构误差以及磁场因温度或使用时间所造成偏折的影响，可在宽广的温度范围下运作，性价比高，相当适合各种要求严格的车用电子的应用。KMA200传感器系统引脚图如图10和图11所示。图3 KMA200引脚图图 2 KMA200引脚说明主要技术指标如图12所示图4 KMA200技术指标 图 3 磁阻式角度传感器的应用传感器工作原理：通过在方向盘的转轴上安置条形永磁物质，KMA200内部的磁性单元便可检测转轴的旋转角度。检测时注意MRSENSOR 的支撑面要与磁场基本平行。KMA200具有模拟接口和数字SPI接口，应用时可选取其中一种接口。本方案在设计时采用默认的模拟输出接口standard analog output mode。该模式下的output关系图如图14所示。编程中设定max=180 图5标准模拟输出模式2.3.2 AD转换电路利用ADC0831单通道8 bit的AD转换芯片，具有简易的SPI接口，方便编程控制。 ADC0831的引脚图和控制时序如图15和图16所示图6ADC0831引脚图 图7ADC0831时序图AD数模转换电路图如图17所示，角度传感器输出的信号从IN（-）端输入，然后输出8位数字信号 图8 角度采集电路2.3.3光电开关模块前照灯可以手动点亮或在黑夜自动点亮。设计采用光敏电阻并调节分压电阻的阻值以实现黑夜自动点亮前照灯和辅助灯的功能。该模块电路图如图18所示。 图9光电开关电路2.3.4舵机的控制模块利用单片机PWM信号进行舵机控制。舵机是一种位置伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。其工作原理是：控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。 由于舵机自身带电源()和地()引脚，对其驱动只需给出控制信号即可，故可直接用单片机的端口作控制信号线，因而硬件十分简单，设计时只要通过单片机引脚用光耦隔离输出便可直接控制两路舵机。舵机的控制信号是PWM信号，利用占空比的变化改变舵机的位置。一般舵机的控制要求如图19所示图10舵机控制信号单片机系统实现对舵机输出转角的控制，必须首先完成两个任务：首先是产生基本的PWM周期信号，本设计是产生20ms的周期信号；其次是脉宽的调整，即单片机模拟PWM信号的输出，并且调整占空比。通过占空比的调节，实现舵机的随动可控。2.3.5LIN通信模块（TJA1020的LIN通信电路）TJA1020是LIN主/从协议控制器和LIN物理总线之间的接口，主要用作为车辆中的副网络，使用的波特率从2.4到20kbits/s。控制器在TXD输入管脚检测数据流并通过管脚RXD发送到微控制器。图11 TJA1020引脚图TJA1020引脚图和管脚图如图20和图21所示图12 TJA1020管脚图图13 LIN总线接口电路图三、软件流程3.1主机软件流程主机主要实现信号采集和LIN通讯输出，其软件流程图如下图23所示：图 4 主机程序流程图3.2从机软件流程从机主要工作中从LIN总线接收到脉宽值，并以定时中断的方式输出给舵机。图 15 从机程序主函数流程图以定时中断方式先后输出高低电平脉宽给舵机，其中断程序流程图如下图25所示：图16 从机程序中断子程序流程图4.系统测试方法4.1随动转角精确度测试其中“-”号代表逆时针旋转角度，“+”代表顺时针旋转角度,以下数值单位为度。各测试项目下各表：（表里的数据为待测数据） 城市模式：方向盘转角磁铁转角左舵机理论转角左舵机实际转角右舵机理论转角右舵机实际转角+15+2.50000+420+70+22.50+20.8+36.78+35.2+510+85+24+22.8+38+36.9-15-2.50000-420-70-36.78-36.1-22.50-20.5-510-85-38-39.3-24-24.7乡村模式:方向盘转角磁铁转角 左舵机理论转角左舵机实际转角右舵机理论转角右舵机实际转角+15+2.50000+420+70+25.78+26.1+40.28+38.9+510+85+27+27.3+42+42.1-15-2.50000-420-70-39.70-39.1-25.78-24.4-510-85-42-42-27-27慢行模式:方向盘转角磁铁转角左舵机理论转角左舵机实际转角右舵机理论转角右舵机实际转角+15+2.50000+420+70+27.80+28.9+42.70+43.7+510+85+30+30+45+45.8-15-2.50000-420-70-42.70-43.1-27.80-28.4-510-85-45-45.3-30-30.74.2LIN协议测试4.2.1 kavaser lin bus分析仪分析利用kavaser lin bus分析仪,结合软件Xtm，测量LIN总线输出的报文帧。在连接好电路的基础上,在Xtm的界面点击Cansend ,Trace,可得预期效果如图17所示数据发送窗口数据帧捕捉窗口图17 Xtm操作界面然后点击Start开始测量数据,如图18所示左从机的接收数据