令狐昌偉

（湖南汽車(chē)工程職業(yè)學(xué)院，湖南 株洲 412000）

1 引言

近年來(lái)，隨著汽車(chē)保有量的提高，汽車(chē)行駛安全越來(lái)越受大家的關(guān)注，車(chē)外后視鏡所反饋的信息對(duì)駕駛員駕駛汽車(chē)的安全性也越來(lái)越重要。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)因汽車(chē)后視鏡反饋信息不準(zhǔn)確而造成的交通事故占交通事故總數(shù)的30%，因此，車(chē)外后視鏡角度調(diào)節(jié)成為了汽車(chē)必不可少的裝置之一，隨著汽車(chē)行業(yè)的不斷發(fā)展，后視鏡角度調(diào)節(jié)從最初的手動(dòng)到現(xiàn)在的電動(dòng)控制，給駕駛員對(duì)車(chē)外信息的捕捉帶來(lái)了很大的便利。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主要由信號(hào)輸入裝置、控制裝置、執(zhí)行裝置三大部分組成。信號(hào)輸入裝置主要是通過(guò)搖桿電位器、LM393組成的信號(hào)檢測(cè)裝置組成，控制裝置是采用了STM32F103做為主控芯片，主要是將輸入信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而控制執(zhí)行裝置中的兩個(gè)電機(jī)實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 設(shè)計(jì)框圖

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

STM32F103C8T6單片機(jī)最小系統(tǒng)電路包括系統(tǒng)供電電路、系統(tǒng)復(fù)位電路、時(shí)鐘電路等，它是保證單片機(jī)能夠正常工作的基本電路，電路如圖2所示，時(shí)鐘電路由晶振Y1和起振電容C1、C2組成的系統(tǒng)待機(jī)低功耗時(shí)鐘，另外由Y2、C3、C4和R2晶振電阻組成，該時(shí)鐘主要用于外部高頻，PLL倍頻等。復(fù)位電路由電阻R3、電容C5和按鍵S1組成，按下S1鍵時(shí)可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位。

圖2 最小系統(tǒng)圖

3.2 搖桿電位器信號(hào)檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

搖桿是作為用戶輸入操作的元器件，但其本身只是個(gè)電位器，所以需要配合外部電路組合成一個(gè)比較電路，從而獲得用戶輸入的行為值。在本設(shè)計(jì)的搖桿輸入模塊里，采用的是LM393和可調(diào)電位器組成的比較輸出電路，具有靈敏度可調(diào)性和輸出準(zhǔn)確性。搖桿電位器的電壓值與調(diào)整好的比較電壓值進(jìn)行比較，檢測(cè)出目前搖桿所處的具體位置，根據(jù)OUT1和OUT2來(lái)決定步進(jìn)電機(jī)1的動(dòng)作，OUT3和OUT4來(lái)決定步進(jìn)電機(jī)2動(dòng)作，如此即可根據(jù)兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)控制汽車(chē)外后視鏡的旋轉(zhuǎn)角度。信號(hào)比較檢測(cè)電路如圖3所示。

圖3 信號(hào)比較檢測(cè)電路

3.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)設(shè)計(jì)

ULN2003是集成達(dá)林頓管IC，內(nèi)部還集成了消線圈反電動(dòng)勢(shì)的二極管，是一個(gè)雙列直插式16腳封裝IC，最大驅(qū)動(dòng)電壓可達(dá)50V，電流可達(dá)500mA，輸入電壓為5V，適用于TTL、COMS電路，它具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，適應(yīng)于各類(lèi)要求高束大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。

步進(jìn)電機(jī)，我采用了四相小步進(jìn)電機(jī)來(lái)帶動(dòng)后視鏡。主要是因?yàn)椴捎妙l進(jìn)電機(jī)的最大的好處是路程長(zhǎng)度可以精確控制，而具不易出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象。我們?yōu)殡姍C(jī)提供了單極性直流電源，在控制時(shí)，只需對(duì)各相繞組按合適的時(shí)序通電，即可使步進(jìn)電機(jī)按我們的需要轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖4所示。

圖4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

4 程序設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主要包括了主程序、輸入檢測(cè)、輸出檢測(cè)和步進(jìn)電機(jī)控制程序組成。通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)1和步進(jìn)電機(jī)2來(lái)完成對(duì)后視鏡的角度調(diào)節(jié)。步進(jìn)電機(jī)1正轉(zhuǎn)時(shí)后視鏡向北偏轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)時(shí)向南偏轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)2正轉(zhuǎn)時(shí)后視鏡向東偏轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)時(shí)向西偏轉(zhuǎn)，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)1和2同時(shí)正轉(zhuǎn)時(shí)，后視鏡可向東北方向偏轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)1正轉(zhuǎn)，2反轉(zhuǎn)時(shí)，即可向西北方向偏轉(zhuǎn)，以此類(lèi)推，可以控制東南和西南方向的偏轉(zhuǎn)控制。要實(shí)現(xiàn)上述控制功能，需要進(jìn)行如下程序設(shè)計(jì)，詳見(jiàn)圖5。

圖5 程序設(shè)計(jì)

4.1 主程序設(shè)計(jì)

主程序的基本設(shè)計(jì)思路是將搖桿電位器所傳來(lái)的電壓信號(hào)通過(guò)輸入信號(hào)檢測(cè)電路進(jìn)行比較輸出，如果電位器處于中心位置時(shí)，搖桿電位器中心輸出電壓為2.35V，單片機(jī)將依據(jù)電壓信號(hào)對(duì)搖桿電位器置0信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，判斷是否需要控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，如得到搖桿電位器處在非0位置，則會(huì)將此時(shí)比較器輸出的電壓信號(hào)作為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)指令信號(hào)，該信號(hào)送入STM32單片機(jī)中進(jìn)行處理，通過(guò)數(shù)據(jù)處理后將該指令經(jīng)單片機(jī)輸出送給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，從而控制步進(jìn)兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，最終使得后視鏡的角度發(fā)生變化。如圖5所示。

通過(guò)不斷的對(duì)搖桿位置判斷直至檢測(cè)置0，步進(jìn)電機(jī)停止。

4.2 輸入檢測(cè)

輸入檢測(cè)所采用的是位帶操作，直接讀取寄存器狀態(tài)，代碼如下。

#define GPIOA_OOR_Addr （GPIOA_BASE+12）

#define GPIOB_OOR_Addr （GPIOB_BASE+12）

#define GPIOC_OOR_Addr （GPIOC_BASE+12）

#define GPIOD_OOR_Addr （GPIOD_BASE+12）

#define GPIOE_OOR_Addr （GPIOE_BASE+12）

#define GPIOF_OOR_Addr （GPIOF_BASE+12）

#define GPIOG_OOR_Addr （GPIOG_BASE+12）

#define GPIOA_OOR_Addr （GPIOA_BASE+8）

#define GPIOB_OOR_Addr （GPIOB_BASE+8）

#define GPIOC_OOR_Addr （GPIOC_BASE+8）

#define GPIOD_OOR_Addr （GPIOD_BASE+8）

#define GPIOE_OOR_Addr （GPIOE_BASE+8）

#define GPIOF_OOR_Addr （GPIOF_BASE+8）

#define GPIOG_OOR_Addr （GPIOG_BASE+8）

#define PAout（n）BIT_ADDR（GPIOA_OOR_Addr，n）

#define PAin（n） BIT_ADDR（GPIOA_IOR_Addr，n）

#define PBout（n）BIT_ADDR（GPIOB_OOR_Addr，n）

#define PBin（n） BIT_ADDR（GPIOB_IOR_Addr，n）

#define PCout（n）BIT_ADDR（GPIOC_OOR_Addr，n）

#define PCin（n） BIT_ADDR（GPIOC_IOR_Addr，n）

#define PDout（n）BIT_ADDR（GPIOD_OOR_Addr，n）

#define PDin（n） BIT_ADDR（GPIOD_IOR_Addr，n）

#define PEout（n）BIT_ADDR（GPIOE_OOR_Addr，n）

#define PEin（n） BIT_ADDR（GPIOE_IOR_Addr，n）

#define PFout（n）BIT_ADDR（GPIOF_OOR_Addr，n）

#define PFin（n） BIT_ADDR（GPIOF_IOR_Addr，n）

#define PGout（n）BIT_ADDR（GPIOG_OOR_Addr，n）

#define PGin（n） BIT_ADDR（GPIOG_IOR_Addr，n）

通過(guò)上述代碼對(duì)位帶操作讀取端口進(jìn)行定義，需要調(diào)用時(shí)直接讀取類(lèi)似“xflag”類(lèi)似的寵定義即可檢測(cè)出當(dāng)前端口狀態(tài)。代碼如下。

#include”H.h”

Int main（）

{

SystemInit（）；

STEP_MOTOR_Init（）；

YG_GPIO_Config（）；

TIM2_Configuration（）；

While（1）

{

Auto_Kong（_xflag，_Yflag，Xflag，Yflag）；

}}

4.3 輸出控制端口初始化

輸出控制，我們采用的是ULN2003芯片，該芯片只是接收高電平或者低電平就會(huì)在相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)輸出端給輸對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)，而在本產(chǎn)品中輸出控制我們只采用了GPIOB組的端口，因此，輸出端口的配置我們只需要進(jìn)行普通配置即可。在配置端口的時(shí)候我們需要注意的是PB3和PB4兩個(gè)端口需要有JTAG和SW功能，需要將其重新映射才能作為普通GPIO功能使用。端口配置完成后，首先應(yīng)該給端口賦值，使電機(jī)的狀態(tài)為停止運(yùn)行狀態(tài)。爭(zhēng)對(duì)ULN2003芯片而言，我們只需將端口初始值賦予低電平即可。

4.4 步進(jìn)電機(jī)控制程序設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)時(shí)采用的是兩個(gè)四相八拍步進(jìn)電機(jī)，在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)將其封裝一個(gè)函數(shù)，然后進(jìn)行電機(jī)控制程序設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)思路如下。

1）判斷X軸或Y軸電機(jī)的選取狀態(tài)。

2）判斷步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)是正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。

3）有效電機(jī)的狀態(tài)位增/減。

4）判斷狀態(tài)位是否高于7或者低于0，高于7則置0，低于0則置7。

5）輸入到電機(jī)控制函數(shù)。

5 結(jié)論

本設(shè)計(jì)是基于STM32控制車(chē)外后視鏡調(diào)節(jié)模塊，由于設(shè)計(jì)中采用高精度、超強(qiáng)抗干擾的內(nèi)部自帶AD轉(zhuǎn)換模塊的單片機(jī)作為主控制器，同時(shí)采用了搖桿控制，能夠更快更準(zhǔn)地調(diào)節(jié)后視鏡的角度，使駕駛員的行車(chē)更安全可靠。