车灯随动转向技术方案.doc

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论文基于lin总线的自动车灯系统

技术方案书

广州智维电子科技有限公司
TRIVELECTRONICTECHNOLOGES

一、主要技术指标/主要功能
1.1系统功能
转动方向盘，末端磁铁根据一定的传动比跟随转动，使角度传感器感应到相应的信号；
通过AD转换电路把角度传感器产生的信号输入到主机；
主机把输入的角度信号，根据不同的模拟速度，通过运算得出舵机的控制转角值，并通过LIN总线送到左、右从机；
左、右从机分别识别到信号ID，并得到不同的转角值，输出特定的脉宽，控制舵机；
光电开关识别到周围环境的明暗情况（其中灵敏度可调节），判定是否打开前照灯。
由按钮模拟不同的速度环境，使舵机在不同的速度下有不同的转角。
1.2系统指标
指标参数方向盘转角逆时针：-540°方向盘与角度采集端传动比6：1角度传感器可测量角度范围0~180°角度传感器精确度<0.05°舵机转速60°/ms二、方案实现
2.1系统整体方案图
方向盘
(角度传感器)

左舵机+前灯

主机
MASTER
AD数模转换器

左从机

右从机
LIN协议

光电开关

加速模拟按钮

右舵机+前灯

LIN协议

图SEQ图\*ARABIC1转角模型各变量的函数关系

系统包括两个执行从机和一个主机。主机负责采集方向盘角度传感器的信号和键入的速度信号，建立舵机转角的模型，将角度值写入LIN报文帧数据场的某两个字节。从机接收LIN协议定义的报文帧，检查报文头。若报文ID是本机ID，则接受。否则，滤去报文帧。接受报文帧时，将数据场的表征角度的相应数据读入系统，并以此通过运算赋值TH0和TL0，产生占空比可调的PWM波，控制舵机的转向，从而实现前照灯的随动转向。
2.2机械解决方案
由于NXPKMA200角度传感器的量程是0°到180°，而方向盘能转过的角度是1080°。因而采用1:6的齿轮传动方式，连接小齿轮M1（11齿数）的轴一端，连接方向盘，便于控制；连接大齿轮M1（66齿数）的轴另一端，连接磁体。方向盘转动的时候，通过齿轮传动，带动磁体旋转，产生变化的磁场，KMA200内部的磁性单元便可检测转轴的旋转角度。详细图片如图9所示：

图2方向盘模型
2.3硬件系统方案
随动转向前照灯系统从各自的功能可以分为三个部分。第一个部分是传感器，用于汽车行驶状态的参数测量，建立相应的数学模型。传感器将信号输入到电控单元，电控单元的作用是，处理输入信息和输出控制信号，用于连接输入和输出单元。第三部分，是输出的执行器件，包括通过舵机控制传动机构来调整灯光的随动，光电开关用于智能调节系统

2.3.1方向盘角度采集模块
选用恩智浦的kma200磁阻式角度传感器，准确且可靠，角度测量达到180°，非接触式运作无损耗，运作精确度不受机构误差以及磁场因温度或使用时间所造成偏折的影响，可在宽广的温度范围下运作，性价比高，相当适合各种要求严格的车用电子的应用。
KMA200传感器系统引脚图如图10和图11所示。

图3KMA200引脚图

图SEQ图\*ARABIC2KMA200引脚说明
主要技术指标如图12所示

图4KMA200技术指标

图SEQ图\*ARABIC3磁阻式角度传感器的应用
传感器工作原理：通过在方向盘的转轴上安置条形永磁物质，KMA200内部的磁性单元便可检测转轴的旋转角度。检测时注意MR—SENSOR的支撑面要与磁场基本平行。
KMA200具有模拟接口和数字SPI接口，应用时可选取其中一种接口。本方案在设计时采用默认的模拟输出接口standardanalogoutputmode。该模式下的output关系图如图14所示。编程中设定αmax=180°

图5标准模拟输出模式

2.3.2AD转换电路
利用ADC0831单通道8bit的AD转换芯片，具有简易的SPI接口，方便编程控制。ADC0831的引脚图和控制时序如图15和图16所示

图6ADC0831引脚图
图7ADC0831时序图
AD数模转换电路图如图17所示，角度传感器输出的信号从IN（-）端输入，然后输出8位数字信号

图8角度采集电路
2.3.3光电开关模块
前照灯可以手动点亮或在黑夜自动点亮。设计采用光敏电阻并调节分压电阻的阻值以实现黑夜自动点亮前照灯和辅助灯的功能。该模块电路图如图18所示。
图9光电开关电路

2.3.4舵机的控制模块
利用单片机PWM信号进行舵机控制。舵机是一种位置伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。其工作原理是：控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流