潘連玉陽 陳 毅 張旭龍

(長安大學(xué) 工程機(jī)械學(xué)院，陜西 西安 710064)

0 引言

傳統(tǒng)非公路礦用自卸車的電控系統(tǒng)均采用繼電器驅(qū)動(dòng)，電器的控制相互獨(dú)立。而電磁繼電器在吸合及斷開時(shí)容易造成觸點(diǎn)的燒蝕，可靠性低，且不具有故障診斷功能。本文以NXP公司的LPC1766BD100芯片為主控制器，與BTS系列智能功率器件相結(jié)合，設(shè)計(jì)了基于CAN總線的非公路礦用自卸車的電控系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅可通過CAN總線控制各個(gè)負(fù)載，也可將各個(gè)負(fù)載的故障狀態(tài)及時(shí)的反饋給主控制器，并在中控屏上顯示。

(1)BTS系列智能功率器件

智能功率器件是一種把功率器件與傳感器、檢測和控制電路、保護(hù)電路及故障自診斷電路等集成為一體并具有功率輸出能力的開關(guān)器件。

BTS系列智能功率器件具有大功率開關(guān)速度快，待機(jī)電流低，工作頻率高，無噪聲，無觸點(diǎn)，可靠性高，壽命長等特點(diǎn)。它可以給出故障信號，方便的和單片機(jī)接口，具有短路保護(hù)，過壓保護(hù)，過溫關(guān)斷，防止靜電放電保護(hù)及負(fù)載開路檢測等功能。其種類很多，適合不同的功率控制應(yīng)用。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)

一般的BTS智能功率器件如圖1所示。其中，IN引腳為控制信號輸入端，ST引腳用作狀態(tài)反饋輸出，這兩個(gè)引腳可直接與單片機(jī)的I/O相連接。Vbb接車載電源，OUT為輸出接負(fù)載。器件工作時(shí)，由IN口輸入高電平，器件將Vbb端到OUT端導(dǎo)通。若工作時(shí)發(fā)生故障，則ST引腳輸出由高電平轉(zhuǎn)為低電平，并結(jié)合各引腳狀態(tài)來判斷故障原因。

(2)CAN總線協(xié)議介紹

CAN總線是一種串行通信網(wǎng)絡(luò)，能有效地支持高安全等級的分布實(shí)時(shí)控制。CAN總線的應(yīng)用范圍很廣，從高速的網(wǎng)絡(luò)到低價(jià)位的多路接線都可以使用CAN，可以將CAN安裝在卡車本體的電子控制系統(tǒng)里，諸如車燈組、電氣車窗等等，用以代替接線配線裝置。

1 系統(tǒng)總體功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。中央控制器采用NXP公司生產(chǎn)的LPC1766FBD100作為主控制器，該單片機(jī)具有ARM Cortex-M3內(nèi)核，最高主頻高達(dá)100MHz，擁有兩通道CAN接口，適合作為動(dòng)力CAN總線和電器CAN總線之間通信的網(wǎng)關(guān)。CAN總線分為兩部分，將動(dòng)力CAN總線和電器儀表CAN總線隔離，以免相互干擾。動(dòng)力CAN總線負(fù)責(zé)包括對發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱狀態(tài)的監(jiān)控和控制，電器儀表CAN總線具有電器儀表控制、舉升缸控制和后橋車燈組控制等功能。

2 硬件設(shè)計(jì)

以舉升液壓缸驅(qū)動(dòng)及后橋車燈組驅(qū)動(dòng)為例，說明硬件及軟件設(shè)計(jì)過程。舉升液壓缸控制選擇的是英飛凌公司生產(chǎn)的BTS5210G智能功率開關(guān)，它具有兩通道輸入輸出，可分別控制和故障診斷，互不干擾相互獨(dú)立。

對舉升液壓缸換向電磁閥的控制由主控制器承擔(dān)，當(dāng)收到用戶對的操作指令時(shí)，主控制器對智能功率開關(guān)給出控制信號，智能功率開關(guān)閉合電磁閥動(dòng)作電路，換向電磁閥動(dòng)作。硬件電路如圖3所示。其中IN和ST信號可由單片機(jī)通用輸入輸出接口直接給出和讀出。在負(fù)載端配備上拉電阻R12和R13，當(dāng)輸入信號為低電平時(shí)，進(jìn)行負(fù)載開路檢測。

圖3 舉升液壓缸控制硬件電路圖

后橋車燈組控制模塊選用STM8S208MB單片機(jī)作為CAN總線節(jié)點(diǎn)對后橋所有電器進(jìn)行控制，可對BTS系列器件故障引腳的狀態(tài)進(jìn)行判斷，通過CAN總線將故障信息傳輸至中央微控制器，再由中央MCU將故障信息在顯示屏中顯示出來。智能功率開關(guān)選用英飛凌公司生產(chǎn)的BTS724G，其具有四通道輸入輸出，兩個(gè)復(fù)用ST引腳，故障類型可由真值表確定。硬件電路圖如圖所示。

圖4 后橋車燈組硬件電路圖

3 軟件設(shè)計(jì)

對舉升液壓缸換向電磁閥的控制圖，流程圖如下

圖5 舉升液壓缸程序設(shè)計(jì)流程圖

舉升缸控制模塊根據(jù)駕駛員對貨廂的舉升或回落命令，進(jìn)入中斷服務(wù)程序。在中斷服務(wù)程序中，先進(jìn)行一次故障診斷，確定有無負(fù)載開路故障，確定工作正常后對智能功率開關(guān)發(fā)出相應(yīng)指令，使其輸入控制引腳IN維持高電平，此時(shí)舉升缸換向閥開始動(dòng)作并持續(xù)。再次進(jìn)行故障診斷，可以檢測出短路故障，過壓故障等。若有故障，停止工作并反饋故障類型。后橋控制器的程序流程圖如下

當(dāng)系統(tǒng)上電后，分別初始化各個(gè)模塊，以查詢方式接收來自CAN總線的控制命令。在總線空閑或者沒有特定報(bào)文的時(shí)候?qū)Ω鱾€(gè)電器模塊進(jìn)行定時(shí)輪檢，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障器件，確保每個(gè)器件都處于正常狀態(tài)。

4 結(jié)論

本文將智能功率器件與CAN總線相結(jié)合，改進(jìn)了非公路礦用自卸車上電控系統(tǒng)。設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)了對各個(gè)負(fù)載的直接驅(qū)動(dòng)能力及快捷有效的保護(hù)，增加了電控系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少了線束，布線變得簡單。選用的主控制器性能高，為將來系統(tǒng)功能拓展提供了方便。駕駛員可以通過顯示屏?xí)r刻了解自卸車當(dāng)前的工作狀態(tài)，電控系統(tǒng)故障的確定和排除更加方便。

圖6 后橋車燈組控制程序流程圖

［1］吳志紅，顧云峰，宮江海，等.基于C167CS及智能功率器件的汽車燈光控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.汽車電器，2005(6)：6-10.

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