本實用新型涉及一種汽車交流發(fā)電機調(diào)節(jié)器，具體是一種基于單片機的LIN通信汽車電壓調(diào)節(jié)器，屬于汽車交流發(fā)電機調(diào)節(jié)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
LIN是Local Interconnect Network的縮寫，是基于UART/SCI（通用異步收發(fā)器/串行通信接口）的低成本串行通信協(xié)議，可用于汽車、家電、辦公設(shè)備等多種領(lǐng)域。LIN通信汽車電壓調(diào)節(jié)器是符合LIN通信協(xié)議的一種智能調(diào)節(jié)器，它可以實時監(jiān)測汽車發(fā)電機的相關(guān)參數(shù)，如發(fā)電機勵磁電流、發(fā)電機工作溫度、發(fā)電機工作轉(zhuǎn)速、發(fā)電機工作電壓等，并將這些數(shù)據(jù)實時傳輸給ECU，方便ECU根據(jù)整車工作狀態(tài)有效合理的調(diào)整發(fā)電機工作狀態(tài)。這樣不僅可以提高整車的舒適性，而且可以提高整車的能效，并且能與本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)LIN集成，為汽車交流發(fā)電機提高增強型控制功能。
在汽車使用的過程中，經(jīng)常由于外界因素和內(nèi)部參數(shù)變化的影響而導(dǎo)致汽車速度不穩(wěn)定，影響汽車的運行質(zhì)量，嚴(yán)重時還會產(chǎn)生不良后果。為此應(yīng)在汽車供電線路中安裝交流發(fā)電機穩(wěn)壓器，已改善和消除上述線性，并且有效控制電池調(diào)節(jié)電壓，以便在汽車的真?zhèn)€生命周期優(yōu)化整體性能和電池使用壽命。
目前這類調(diào)節(jié)器技術(shù)為一些國際大廠所擁有，如飛思卡爾、BOSCH、英飛凌、三菱和電裝等。他們將此類調(diào)節(jié)器做成功能單芯片，不能修改線路或調(diào)整相應(yīng)功能，技術(shù)封閉，應(yīng)用靈活性低，并且此類芯片價格高，增加了整體成本。隨著汽車的中低端及我國微型汽車的發(fā)展，成本越低，能夠極大的提高競爭力。一款既能滿足功能需求，可靠性需求，開發(fā)周期短，價格低的LIN通信電壓調(diào)節(jié)器，無疑是制勝的武器。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對上述LIN通信調(diào)節(jié)器現(xiàn)狀和存在的技術(shù)問題，本實用新型提供一種基于單片機的LIN通信汽車電壓調(diào)節(jié)器。單片機為通用型芯片，可選擇的范圍非常廣，并且可以通過不同的軟件設(shè)計實現(xiàn)不同的功能，應(yīng)用靈活，開發(fā)周期短，成本低。本實用新型選擇Microchip的PIC16F1829LIN，能夠?qū)崿F(xiàn)飛思卡爾、BOSCH等LIN端子調(diào)節(jié)器芯片具有的所有功能。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：一種基于單片機的LIN通信汽車電壓調(diào)節(jié)器，包括單片機控制處理模塊、電源供電模塊、B+端電壓采集模塊、PWM勵磁電流驅(qū)動模塊、2倍壓模塊、相信號處理模塊、溫度采樣模塊、勵磁電流采樣模塊和LIN通信模塊，其特征在于：電源供電模塊、B+端電壓采集模塊、PWM勵磁電流驅(qū)動模塊、2倍壓模塊、相信號處理模塊、溫度采樣模塊、勵磁電流采樣模塊和LIN通信模塊與單片機控制處理模塊相連。
所述控制處理模塊選用單片機為控制芯片。
所述單片機還選用Microchip PIC16F1829LIN單片機，其支持9路10位ADC，2路比較器，F(xiàn)VR參考電壓模塊，2路增強型10位PWM，4個8位定時器，1個16位定時器，T1G門控功能，超低功耗管理，增強型通用同步/ 異步收發(fā)器，硬件支持LIN1.3、LIN2.1協(xié)議。
電源供電模塊由二極管D2和C1組成，二極管D2接電源正極B+端，二極管D2單向?qū)щ?，C1為濾波電容，C1提高單片機的抗干擾能力，濾波電容C1和二極管D2公共端接集成電路IC1的PIN11腳。PIN10腳接電容C2到E，PIN10腳輸出5V電壓，為IC1和其他電路提供5V電壓，電容C2提高5V電壓輸出的穩(wěn)定度和抗干擾能力。
PWM勵磁電流驅(qū)動模塊中，集成電路IC1的PIN5腳輸出PWM信號，其PWM信號的頻率設(shè)計為200HZ，占空比大小隨發(fā)電機負(fù)載和B+端電壓而變化，PIN5腳信號通過開關(guān)管Q3和Q4控制MOS管Q1的柵極，Q1的漏極即F端輸出PWM信號，控制發(fā)電機勵磁電流，D1為勵磁電流的回流二極管。
B+端電壓采集模塊中，電阻R1、電阻R2、電容C4和穩(wěn)壓二極管ZD1組成B+電壓處理電路，電阻R1和電阻R2對B+電壓進行分壓，電容C4對B+電壓進行濾波處理，穩(wěn)壓二極管ZD1對超出5V的電壓進行穩(wěn)壓，處理好的信號送入PIN14腳。
2倍壓模塊由電阻R18、電阻R19、電阻R20、電阻R21、電容C9、電容C10和二極管D3組成，PIN2腳輸出高頻方波控制三極管Q5快速開關(guān)，利用二極管D3的單向?qū)щ娦院碗娙軨9兩端電壓不能突變的特征，將電容C10的電壓抬高為B+端電壓的2倍，為Q1的柵極提供足夠的驅(qū)動電壓。
所述的在單片機控制處理模塊中，單片機使用Microchip的PIC16F1829LIN。PIC16F1829LIN腳VDD使用5V供電，PIN20腳VSS接地，RA2、RA3、RC1腳未使用。RC3腳內(nèi)部設(shè)置為C1比較器模塊負(fù)極，RC3腳輸入PWM勵磁電流控制模塊的F端電壓采樣信號。RA4內(nèi)部設(shè)置為ADC通道，輸入PWM勵磁電流控制模塊的F端電壓采樣信號。RA5輸出數(shù)字電平，輸出高頻方波信號。RC5腳輸出PWM信號給PWM勵磁電流控制模塊。RC4輸出數(shù)字電平，給集成電路IC3供電。PIN9腳接LINbus通信接口。RC2內(nèi)部設(shè)置為ADC通道，輸入B+電壓采樣模塊的電壓信號。RC0腳內(nèi)部設(shè)置為ADC通道，輸入溫度采樣模塊的電壓信號。RA0和RA1腳內(nèi)部設(shè)置為數(shù)字IO口中斷，RA0和RA1腳連接Phase信號處理模塊。
在相信號處理模塊中，電阻R16、電阻R15、電阻R17、電阻R12、電阻R13、電阻R14、電阻R11、電容C6、電容C7、電容C8和集成電路IC2組成頻率處理部分，通過RA0口采樣相信號頻率，電阻R23、三極管Q2、電容C12和穩(wěn)壓電阻ZD3組成電壓處理部分，通過RA1口采樣相信號電壓。
所述的在溫度采樣模塊中，由熱敏電阻R22和普通電阻R8組成分壓電路，通過RC0腳采樣分壓電壓。
在勵磁電流采樣模塊中，電阻RS、集成電路IC3、電阻R10和電容C11組成電流電壓轉(zhuǎn)換電路，RA4腳做過壓判斷，RC3腳做電壓采用。
在LIN通信模塊中，LINbus總線接PIN9腳，C3電容做濾波濾除尖峰干擾，維持LINbus總線的穩(wěn)定。
本實用新型的有益效果是：電路設(shè)計結(jié)構(gòu)模塊化，可移植性強，控制芯片使用單片實現(xiàn)，程序設(shè)計靈活性高，在硬件電路不變的情況下，可以通過更改軟件程序?qū)崿F(xiàn)功能的調(diào)整。使開發(fā)周期縮短，降低開發(fā)成本，提高市場競爭力。
附圖說明
下面將結(jié)合附圖對本實用新型做進一步說明。
圖1是本實用新型的電路原理圖。
圖中：1、單片機控制處理模塊，2、電源供電模塊，3、B+端電壓采集模塊，4、PWM勵磁電流驅(qū)動模塊，5、2倍壓模塊，6、相信號處理模塊，7、溫度采樣模塊，8、勵磁電流采樣模塊，9、LIN通信模塊。
具體實施方式
如圖1所示，一種基于單片機的LIN通信汽車電壓調(diào)節(jié)器，包括單片機控制處理模塊（1）、電源供電模塊（2）、B+端電壓采集模塊（3）、PWM勵磁電流驅(qū)動模塊（4）、2倍壓模塊（5）、相信號處理模塊（6）、溫度采樣模塊（7）、勵磁電流采樣模塊（8）和LIN通信模塊（9）。電源供電模塊（2）、B+端電壓采集模塊（3）、PWM勵磁電流驅(qū)動模塊（4）、2倍壓模塊（5）、相信號處理模塊（6）、溫度采樣模塊（7）、勵磁電流采樣模塊（8）和LIN通信模塊（9）與單片機主控理模塊（1）相連。單片機控制處理模塊（1）中，單片機使用Microchip的PIC16F1829LIN。PIC16F1829LIN腳VDD使用5V供電，PIN20腳VSS接地，RA2、RA3、RC1腳未使用。RC3腳內(nèi)部設(shè)置為C1比較器模塊負(fù)極，RC3腳輸入PWM勵磁電流控制模塊的F端電壓采樣信號。RA4內(nèi)部設(shè)置為ADC通道，輸入PWM勵磁電流控制模塊的F端電壓采樣信號。RA5輸出數(shù)字電平，輸出高頻方波信號。RC5腳輸出PWM信號給PWM勵磁電流控制模塊。RC4輸出數(shù)字電平，給IC3供電。PIN9腳接LINbus通信接口。RC2內(nèi)部設(shè)置為ADC通道，輸入B+電壓采樣模塊的電壓信號。RC0腳內(nèi)部設(shè)置為ADC通道，輸入溫度采樣模塊的電壓信號。RA0和RA1腳內(nèi)部設(shè)置為數(shù)字IO口中斷，RA0和RA1腳連接Phase信號處理模塊。
在電源處理模塊（2）中，電源供電模塊由二極管D2和C1組成，二極管D2接電源正極B+端，二極管D2單向?qū)щ?，C1為濾波電容，C1提高單片機的抗干擾能力，C1和二極管D2公共端接集成電路IC1的PIN11腳。PIN10腳接電容C2到E，PIN10腳輸出5V電壓，為IC1和其他電路提供5V電壓，C2提高5V電壓輸出的穩(wěn)定度和抗干擾能力。
在B+端電壓采集模塊（3）中， 電阻R1、電阻R2、電容C4和穩(wěn)壓二極管ZD1組成B+電壓處理電路，電阻R1和電阻R2對B+電壓進行分壓，電容C4對B+電壓進行濾波處理，穩(wěn)壓二極管ZD1對超出5V的電壓進行穩(wěn)壓，處理好的信號送入PIN14腳。
在PWM勵磁電流驅(qū)動模塊（4）中， 集成電路IC1的PIN5腳輸出PWM信號，其PWM信號的頻率設(shè)計為200HZ，占空比大小隨發(fā)電機負(fù)載和B+端電壓而變化，PIN5腳信號通過開關(guān)管Q3和Q4控制MOS管Q1的柵極，Q1的漏極即F端輸出PWM信號，控制發(fā)電機勵磁電流，D1為勵磁電流的回流二極管。
在2倍壓模塊（5）中， 2倍壓模塊由電阻R18、電阻R19、電阻R20、電阻R21、電容C9、電容C10和二極管D3組成，PIN2腳輸出高頻方波控制三極管Q5快速開關(guān)，利用二極管D3的單向?qū)щ娦院碗娙軨9兩端電壓不能突變的特征，將電容C10的電壓抬高為B+端電壓的2倍，為Q1的柵極提供足夠的驅(qū)動電壓。
在相信號處理模塊（6）中，電阻R16、電阻R15、電阻R17、電阻R12、電阻R13、電阻R14、電阻R11、電容C6、電容C7、電容C8和集成電路IC2組成頻率處理部分，通過RA0口采樣相信號頻率，電阻R23、三極管Q2、電容C12和穩(wěn)壓二極管ZD3組成電壓處理部分，通過RA1口采樣相信號電壓。
在溫度采樣模塊（7）中，由熱敏電阻R22和普通電阻R8組成分壓電路，通過RC0腳采樣分壓電壓。
在勵磁電流采樣模塊（8）中，電阻RS、集成電路IC3、電阻R10和電容C11組成電流電壓轉(zhuǎn)換電路，RA4腳做過壓判斷，RC3腳做電壓采用。
在LIN通信模塊（9）中，LINbus總線接PIN9腳，C3電容做濾波濾除尖峰干擾，維持LINbus總線的穩(wěn)定。
此單片機LIN通信調(diào)節(jié)器的工作原理為：
調(diào)節(jié)器可以通過LINbus喚醒信號激活。當(dāng)發(fā)電機不運轉(zhuǎn)時，如果LIN總線上無通訊，調(diào)節(jié)器將會進入待機狀態(tài)。
激活后且發(fā)電機運轉(zhuǎn)時，則調(diào)節(jié)器將進入預(yù)勵磁狀態(tài)。在該狀態(tài)下，輸出級將會以一定占空比進行脈沖調(diào)制，從而確保有足夠的勵磁以感應(yīng)出可探測的轉(zhuǎn)速信號。從而保證轉(zhuǎn)速的準(zhǔn)確探測，并且當(dāng)轉(zhuǎn)速超過門限值時調(diào)節(jié)器進入到調(diào)節(jié)狀態(tài)。 在預(yù)勵磁狀態(tài)，輸出級以25Hz的頻率和25%的占空比進行脈沖調(diào)制。
當(dāng)設(shè)定值Uset≠10,6 V，并且轉(zhuǎn)速超過啟動轉(zhuǎn)速門限值時，調(diào)節(jié)器會轉(zhuǎn)入調(diào)節(jié)狀態(tài)。占空比初始值等同于通過LIN發(fā)送的盲區(qū)值。然后占空比將會根據(jù)調(diào)整過的負(fù)載響應(yīng)上升時間進行調(diào)節(jié)（在負(fù)載響應(yīng)激活的情況下）。
為了保證在啟動階段相信號的正確檢測，占空比將會通過相電壓調(diào)節(jié)功能進行調(diào)節(jié)（相電壓調(diào)節(jié)功能要優(yōu)先于負(fù)載響應(yīng)功能）。該功能會將占空比調(diào)節(jié)到50%，以保證產(chǎn)生足夠的相電壓幅值。達到該門限值之后，占空比將重新通過負(fù)載響應(yīng)功能進行調(diào)節(jié)。
如果調(diào)節(jié)器是被相信號（由轉(zhuǎn)子剩磁感應(yīng)的）激活并且檢測到轉(zhuǎn)速已經(jīng)超過限值時，則調(diào)節(jié)器會進入緊急啟動程序。在緊急啟動程序過程中，相電壓會被調(diào)節(jié)到一個規(guī)定的值，以保證能夠監(jiān)測到緊急啟動速度。當(dāng)檢測到轉(zhuǎn)速已經(jīng)超過緊急啟動轉(zhuǎn)速閾值時，調(diào)節(jié)器進入調(diào)節(jié)狀態(tài)并按默認(rèn)設(shè)定值工作。