基于STM32的智能油门线序测试仪的设计制作

陈栋

摘 要：文章以STM32单片机为核心控制器，设计了一个可以简单快捷的测出电子油门踏板与行车电脑连接的六条信号线的线序仪。最后实验结果显示，线序仪能以红灯、黄灯、蓝灯、绿灯分别显示电源线、没连接、信号线和地线，整个显示既快捷又准确，基本实现了所需的功能。

关键词：电子油门；控制器；设计制作

1 序言

随着社会的发展，生活节奏日益加快，汽车作为我们的代步工具，与生活结合非常紧密，一旦它发生故障，我们的生活节奏就会被打乱。许多修理店也反映，客户需要他们尽可能的缩短修车的时间。油门这一块的修理很重要，也需要很谨慎，线序的确定也是修理改装油门必不可少的一个环节。但是确定油门的线序是一件很繁琐的事，由于没有统一的标准，不同汽车的线序都不一样，修理人员只能用万用表一根根线路去测量，非常麻烦。目前，还没有解决如何快速确定线序这一问题的相关方法，所以需要设计研发一款智能的线序测试仪，能快速，简便，准确地检测出油门的各个线序，解决这一问题。

2 背景

1886年1月26日，第一辆汽车在德国诞生，从此开启了汽车工业飞速发展的时代，到2011年下半年为止，全球汽车总量就已经突破了10亿辆。随着我国开始改革开放，经济的不断发展，国人购买汽车也是越来越普遍。截止2015年底，全国的机动车保有量达到2.79亿辆，其中汽车1.72亿辆，平均每百户家庭拥有31辆。随着汽车的增多和社会的进步，人们对汽车也提出了更高的要求，安全，舒适，节能，环保成为汽车技术的热点[1]。而以目前汽车的发展水平而言，采用电子控制的方法是提高燃油经济性和减少有害排放的最有效的办法[2]。油门作为汽车不可缺少的重要部件，直接影响着汽车的安全性能[3]。电子油门的概念在上个世纪70年代就已经提出了，但是研究一直遇到瓶颈，直到2000年以后，研究取得重大突破，电子油门才开始真正普及[4]。所以从21世纪开始，电子油门就开始逐步替代了传统的拉线油门，到现在市场上基本已看不到拉线油门的身影[5]。

3 硬件设计

硬件的整体结构如图1所示。由电源、滤波电路、控制单元、采样电路和显示输出构成。

在硬件设计中，电源电路中，需要将9V电压值降低到3.3V，相比电阻分压，利用开关电路分压有着更大的优势，它在获得一个稳定电压的同时，损耗的功率更小，散发的热量更少。选择的SPX1129芯片在3.3V，500ma的时候输出精度为1%，有着非常低的静态电流，对电流和热有着比较大的限制，负载大，并且有反向电流保护。控制单元的核心器件选择的是STM32F030F4单片机，此芯片是由ST意法半导体公司生产的一款功能强大、低功耗芯片，它功能足够使用，而且价格又便宜，非常符合本次设计。该芯片有32位处理器，频率高达48MHz，16位的定时器，独立的看门狗，工作电压为2-3.6V，并且AD是12位精度，能满足系统的要求。显示输出采用5mm全彩雾状共阳LED灯来显示，以不同的颜色来显示不同类别的线。它拥有RGB三色，能够区分油门中不同的信号线，而且它的正向电压最大可达3.6V；发光强度可达1300mcd，这在暗处也能清晰可见，使用的温度环境在-40°到85°满足系统要求。

如图2所示，为硬件PCB设计图。其外形设计，是配合外壳方便安装。在PCB设计中，最粗的走线是红色信号地线，它作为零参考点，内阻必须小。由于本装置功耗较小，其他走线都按0.254mm线粗的常规进行设计。

4 软件结构设计

该测试仪的核心器件单片机中的程序结构如图3所示。

图3中，左侧虚线连接部分是中断程序，包括定时器中断、串口中断和外部中断。定时器中断主要是定时处理各子程序的标志位，决定何时进行哪项子程序，中断级别较高。串口中断主要用来接收串口通讯协议信息，做调试使用。结构右侧部分是程序中各子程序，包括初始化、协议解析、AD采集滤波、检查线序和显示线序。初始化子程序的内容是时钟、IO口、AD、串口等功能的初始化。协议解析子程序的功能是在调试的时候，串口接收上位机发送过来的通讯协议，并解析。AD采集滤波子程序涉及到AD信号的数字滤波，包括去最值滤波、平均滤波等，以得到较为准确的AD值为目标。检查线序子程序是在AD采集之后，以AD值为参考依据，对检查的油门信号新进行评估，最终通过显示线序子程序将LED点亮呈现出来。

5 测试结论

开机时线序仪会进行自测，LED灯显示结果为红黄蓝绿依次显示后最后定格为黄灯。最后的电压检测结果为：当电压在0到20mV时，显示为绿灯，即代表地线；当电压在20mV到150mV时，显示黄灯，即没有连通；当电压为0.15V到2V时。显示蓝灯，即为信号线；当电压在3V到5.5V时，显示红灯，即为电源线；当线序仪检测到其他电压时，黄灯会一直闪烁，即表明发生了错误。整个实验下来，线序仪工作正常，实现了基本功能。

6 结束语

文章提出了一種快速检测汽车油门信号线的方法，并进行了实际装置的制作。本方法简单明了，装置结构简单，容易制作。但仍有不足之处，目前能检测日系和韩系的汽车，不能覆盖全部车系，装置有待改进。

参考文献

[1]李志远，侯顺艳，张彪.汽车电子节气门模糊控制器设计[J].仪表技术与传感器，2011（1）：74-77.

[2]林春梅.汽车电子油门控制系统研究[D].山东理工大学，2007.

[3]魏春源.汽车电气与电子[M].北京：北京理工大学出版社，2004.

[4]孟黎明.基于巨磁阻的电子油门系统研究[D].武汉：武汉理工大学.

[5]涂平华，郭丽红.汽车电子油门检测系统的研究与实现[J].现代电子技术，2010.