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NXP P89LPC901單片機汽車起動保護控制器設(shè)計

作者: 時間:2009-03-12 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

1引言

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/197911.htm

汽車發(fā)動機的起動是通過起動機驅(qū)動發(fā)動機飛輪旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)的。由蓄電池驅(qū)動的起動機驅(qū)動齒輪產(chǎn)生機械運動;傳動機構(gòu)將驅(qū)動齒輪嚙合入飛輪齒圈,同時能在發(fā)動機起動后自動脫開;起動機直流電動機的通斷由電磁開關(guān)控制。汽車起動機屬于汽車中的貴重部件,輕易不會損壞。但是,為了延長起動機的使用壽命,須有恰當(dāng)?shù)氖褂梅椒?。由于誤操作等原因,在汽車發(fā)動機起動時,若發(fā)動機起動后起動機不能及時斷電.將燒毀起動機或損壞飛輪齒環(huán);若起動時變速器不在空檔,則會引發(fā)交通事故和人身安全。在起動發(fā)動機的過程中,起動機要從蓄電池引人300~400 Ah的電量,為了防止蓄電池出現(xiàn)過流或損壞現(xiàn)象,起動時間一般不應(yīng)超過5 s;冬季容易出現(xiàn)起動困難的現(xiàn)象,多次起動時每次起動時間不宜過長,每次起動應(yīng)留有適當(dāng)間隔。

為了實現(xiàn)發(fā)動機的正常起動和安全保護,需從汽車電氣控制系統(tǒng)予以考慮。在汽車發(fā)動機的起動電路系統(tǒng)中,汽車起動機的供電電源來自電瓶,發(fā)動機起動時起動機線圈電流非常大,達上百安培。為了保證汽車發(fā)動機能正常起動,通常在發(fā)動機起動時,要求切斷汽車燈光等車身電器電源,只保證為汽車起動機提供電源。為了防止汽車起動時出現(xiàn)安全事故,只有當(dāng)汽車變速器檔位處于空檔狀態(tài)下,汽車發(fā)動機才能點火啟動,否則因起動機瞬間的強力轉(zhuǎn)動,將使汽車位移,前方一旦有障礙物,將會損壞汽車或危害人身安全。為了保護起動機,每次起動不得超過一定的時間,若汽車起動機帶負荷連續(xù)運轉(zhuǎn)時間超過5~8 s,發(fā)動機起動后起動開關(guān)不斷開,起動機繼續(xù)工作,則飛輪齒輪會帶動起動機驅(qū)動齒輪高速旋轉(zhuǎn),加速損壞起動機單向離合器。若發(fā)動機起動后,又誤將起動開關(guān)接通,則起動機驅(qū)動齒輪將與高速旋轉(zhuǎn)的飛輪相碰撞而損壞起動機,因此,在發(fā)動機起動狀況下不可再次起動。在此,介紹了一種基于 單片機的汽車起動保護控制器。該控制器對汽車發(fā)動機起動過程進行了檢測控制,通過采用逐個關(guān)閉或打開負載電源系統(tǒng),解決了起動電流大對汽車電源的沖擊影響,通過對發(fā)動機起動過程中變速箱檔位、發(fā)動機轉(zhuǎn)速的檢測,實現(xiàn)對汽車起動機的保護。

2起動保護器工作過程及功能

2.1工作過程

圖1給出汽車起動保護器原理框圖。其工作過程是:起動保護控制器對起動開關(guān)進行檢測,當(dāng)起動開關(guān)接通時,若變速箱檔位開關(guān)處于空檔位置,汽車發(fā)動機未在工作狀態(tài)時,接通車身電器電源繼電器,切斷車身電器負載電源,延時0.5 s后,接通起動控制繼電器,起動機通電起動。當(dāng)起動開關(guān)斷開或者發(fā)動機轉(zhuǎn)速達到300 r/min后,控制器釋放起動控制繼電器,起動機斷電停止工作,延時0.5 s后。釋放車身電器電源繼電器,接通車身電器負載電源,起動完成。

2.2主要功能
2.2.1正常起動
鑰匙開關(guān)從ON檔打到(起動檔)START檔起動發(fā)動機時,當(dāng)變速箱檔位在空檔位置時,起動保護控制器先切斷車身電器負載電源,延時0.5 s。再接通起動繼電器,起動機起動,當(dāng)起動機帶動發(fā)動機旋轉(zhuǎn),發(fā)動機轉(zhuǎn)速大于300 r/min后,或者鑰匙開關(guān)由START檔回到ON檔時,控制器控制起動繼電器斷開,起動機斷電,延時0.5 s,再接通車身電器負載電源,起動過程完成。
2.2.2非空檔起動保護
起動保護器要求變速箱只有在空檔位置時,才能起動發(fā)動機。但若空檔開關(guān)損壞或者駕駛員知道變速箱不在空檔位置但必須起動發(fā)動機時,可采取非空檔位置保護起動,其起動條件是要求鑰匙從ON檔打到START檔,并在START檔位持續(xù)3 s后方可起動。起動過程與正常起動相同。
2.2.3鑰匙開關(guān)不能回位保護
在汽車起動過程中,若鑰匙開關(guān)在START檔位且時間大于5 s,或者因鑰匙開關(guān)故障,在5 s內(nèi)不能從START檔回到ON檔,則為了保護起動機和電瓶,控制器可以切斷起動機電源,接通車身電器負載電源。
2.2.4重復(fù)起動保護
若發(fā)動機已處于工作狀態(tài),而且轉(zhuǎn)速大于300 r/min,當(dāng)鑰匙開關(guān)從ON檔打到START檔時,則控制器保證起動機不再起動。
3 單片機的主要特性
根據(jù)工作條件和可靠性要求,經(jīng)過對比,選用公司生產(chǎn)的單片封裝微控制器,即 單片機。該單片機的工作溫度范圍在-45~85℃,因此,可以滿足汽車起動保護器的應(yīng)用要求。該單片機的主要性能是:由于采用了高性能的處理器結(jié)構(gòu)和增強型8051內(nèi)核.其指令執(zhí)行速度6倍于標準80C51器件,因此,集成了許多系統(tǒng)級的功能。圖2給出了結(jié)構(gòu)及功能框圖。芯片集成了1 KBFlash程序存儲器,128 B數(shù)據(jù)存儲器,2個16位定時/計數(shù)器及PWM,23位的系統(tǒng)定時器,以及增強型UART,具有高精度的內(nèi)部RC振蕩器和片內(nèi)復(fù)位、8引腳SO-8封裝,最大有6個可編程的I/O端口,內(nèi)部一個可編程的模擬比較器,可編程Watchdog定時器及電源監(jiān)控器等,該單片機具有較高的性能價格比,能夠滿足汽車起動保護器的控制功能要求。
4起動保護器電路原理
根據(jù)汽車起動保護器的功能及工作過程要求,應(yīng)用NXPP90LPC901單片機的汽車起動保護器電路由電源電路、單片機電路、開關(guān)信號輸入電路、發(fā)動機轉(zhuǎn)速輸入電路,電源繼電器及起動繼電器控制電路等組成(見圖3)。P89LPC901采用內(nèi)部復(fù)位電路和片內(nèi)RC振蕩器(7.373 MHz),可以提供6個可編程I/O接口,分別用于輸入檢測和輸出控制。
4.1電源電路
用于客車的起動保護控制器。其供電電源采用+24 V的汽車電瓶電源,經(jīng)壓敏電阻和防止電源極性接反的保護二極管VD1后,得到+12 V電壓,該電壓為比較器LM2903電源,同時將該電壓濾波限流后,再經(jīng)HA7355穩(wěn)壓管穩(wěn)壓和濾波,然后向P89LPC901提供+3.3 V電壓。
4.2開關(guān)輸入檢測電路
起動保護控制器的輸入開關(guān)有:起動開關(guān)(START-SW)、空檔開關(guān)(NULL-SW);2個開關(guān)量輸入信號,它們分別接正電源(+24 V)有效。
起動機的電源來自汽車電瓶。在起動機起動時,電流很大,可達上百安培,可能會造成電瓶虧電,電壓降低。為了保證當(dāng)起動開關(guān)接通時,電瓶電壓大于12 V,能夠正常起動,使START-SW信號通過比較器LM2903轉(zhuǎn)換,接入單片機的P04引腳。當(dāng)START-SW信號電壓大于12 V,則LM2903的第7引腳輸出+33 V;當(dāng)START-SW信號電壓大于+12 V,則LM2903的7引腳輸出0 V。
空檔開關(guān)NULL-SW信號經(jīng)晶體管轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為單片機要求的電平信號,接人單片機的P15引腳,當(dāng)空檔開關(guān)接通時,單片機的P15引腳為高電平;當(dāng)空檔開關(guān)斷開時,單片機的P15引腳為低電平。
4.3發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器輸入檢測電路
發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器輸出的是正弦信號,其電壓幅值范圍為3~6 V。發(fā)動機輸出信號為173個脈沖/轉(zhuǎn)。當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速大于300 r/min后,完成起動時。發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器輸出的正弦信號經(jīng)比較器LM2903轉(zhuǎn)換為方波信號接人單片機的P12引腳,即P89LPC901的計數(shù)器輸入引腳,當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器輸出的信號大于2 V時為高電平;低于2 V時為低電平。
4.4繼電器控制電路
在控制電路中,車身電器電源通過繼電器RLY1控制,使負載接入常閉觸點;起動機起動控制通過繼電器RLY2,使負載接入常開觸點。電路中繼電器由89LPC901的P30和P31輸出,并經(jīng)BTS612放大驅(qū)動。
5起動保護控制器控制程序
起動保護控制器控制程序采用匯編語言編寫。圖4示出根據(jù)發(fā)動機的起動過程和功能要求設(shè)計的控制程序框圖。
6結(jié)語
設(shè)計的汽車起動保護控制器電路考慮了汽車的環(huán)境和可靠性。采用NXP 89LPC901單片機控制,具有控制電路設(shè)計簡單,控制靈活、可靠性高、成本低等優(yōu)點,已經(jīng)在宇通客車上裝車五萬余輛,使用證明,工作穩(wěn)定可靠,運行良好。
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關(guān)鍵詞: NXP LPC 901 P89

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