独立于ECU的外后视镜智能控制模块设计*

戚昊琛 张鉴 杨文华 王墨林

（合肥工业大学）

独立于ECU的外后视镜智能控制模块设计*

戚昊琛 张鉴 杨文华 王墨林

（合肥工业大学）

利用单片机结合PCB电路设计了一种外后视镜智能控制模块。该模块采用原车载12V电源供电，不依赖ECU而独立工作；该模块包含降压电路及电机控制电路，可调节外后视镜的翻转角度；通过软件编程可实现倒车时外后视镜同步翻转、定位及复位功能。以模块化的PCB板载芯片与器件实现了样品试制，经仿真及装车测试验证，该模块可良好地实现设计功能，且与车辆电气系统实现无干扰匹配。

1 前言

传统的汽车外后视镜在使用过程中存在一定的盲区，特别是倒车时无法看到车后轮附近的障碍物。较常见的解决方式是加装辅助镜面，但其面积较小，成像严重变形，无法准确判断障碍物大小及距离；另一种方式是各汽车厂家通过行车电脑ECU控制[1]，但一般只有高端车型才予以配置，且不同厂家、不同车型间无法通用。本文设计了一种不改变原车结构、不依赖于行车电脑、安装简单的智能外后视镜控制模块，基于单片机控制器与PCB外围电路，可实现外后视镜倒车时自动下翻等控制功能。该设计适用于带外后视镜电机的车型，可为汽配、改装等市场提供一种外后视镜智能控制的解决方案。

2 硬件电路方案及设计

本模块以单片机为主控制器，加以晶振电路、降压电路、继电器电路等实现外后视镜的翻转与复位。具体硬件电路方案为：通过原车外后视镜驱动电路和调节开关对外后视镜直流电动机进行驱动和调节；通过降压电路将原车12 V驱动电压降至单片机供电电压标准；通过降压电路将原车挂倒挡时倒车灯输出的12 V倒车信号降至单片机中断触发电压标准，该倒车信号的存在与否，用于判断是否驱动外后视镜翻转和复位；通过晶振电路为单片机提供时钟基准，确保时间的精确性；通过继电器开关控制外后视镜电机的正反转驱动。具体控制过程通过单片机的软件编程实现。

硬件系统框图如图1所示。

2.1 单片机选型

所选单片机需带有定时器功能、电源管理寄存器PCON、不少于一个外部中断、4个IO口等，各种品牌或封装的单片机均可使用。根据试验条件及设计要求，当模块安装于车门内后视镜调节开关下方时，安装空间较为充裕，本文选用的是通用型40PIN直插式STC89C52单片机，元器件采用直插式；当模块安装于外后视镜内时，安装空间狭小，因此采用20PIN AT89C2051单片机，元器件采用贴片式。图2为采用的AT89C2051单片机部分电路。

2.2 降压电路

所选单片机供电电压为5 V，为了能直接使用车内原外后视镜12 V的驱动电源，需通过一个降压电路把12 V电压降至5 V为单片机供电；同时，倒车信号作为触发信号也需从12 V降至5 V。降压芯片采用LM7805。降压电路如图3所示。

2.3 电机控制电路

外后视镜驱动电机的控制电路由两组继电器组成，其中三极管基极分别连接单片机的两个I/O口，控制电机的正转与翻转。本电路采用的继电器为DC5V继电器。

电机控制电路如图4所示。其中，Rx为电阻，Sx为直流电机，Kx为DC 5V继电器，Dx为肖特基二极管，Vdd为外后视镜12 V供电电源。

3 软件设计

因倒车不是经常进行的操作，模块必须实现低功耗模式以节约电能[2]，因此在软件设计时必须考虑到对电源管理寄存器PCON最低位PD的设定，以决定单片机是否进入掉电休眠模式[3，4]。

具体软件流程为：无倒车信号时单片机休眠；当有倒车信号输入外部中断接口时，单片机复位，进行初始化；再次检测倒车信号，通过延时0.5 s来判断是否为误操作（若挂倒挡为误操作，一般会在0.5 s内修正）；确认倒车信号无误，启动电机正转控制倒车镜下翻固定角度，电机停；倒车信号消失时，电机反转恢复至原位，电机停；3 s内再无倒车中断输入则单片机进入休眠；等待下一个倒车信号的唤醒。其中，时间通过定时器精确控制。

3.1 软件流程

软件流程如图5所示。

3.2 主控制程序的部分语句

主控制程序部分定时器、中断及电源管理器的程序设计如下：

4 试验测试及结果

4.1 仿真及装车试验

按照上述软硬件设计原则，利用PROTEUS软件完成硬件电路搭建，利用KEIL软件完成单片机的软件编程与调试，并在PROTEUS内完成软硬件的联合仿真[5]。

通过联合仿真后，使用万能板和相应元器件完成电路焊接，装载相关程序后进行实际装车测试，表明本智能模块可成功实现汽车挡位挂至倒挡时外后视镜自动翻转固定角度。如对于奇瑞QQ3试验车，设定下翻角度为10°时，可通过定时器精确控制电机转动2.15 s来实现定位；挂至其他挡位时，后视镜自动恢复至原位。

4.2 PCB版图及产品

本设计最后以PCB电路板形式实现产品输出，插口设计考虑无损安装，采用专用插头对插，不破坏原车线路。设计有安装在左侧车门内后视镜调节开关下方的直插式PCB电路板和安装在后视镜内的贴片式PCB电路板两种形式，以方便不同的改装需求且对原车外观无破坏。

因外围12 V供电电流相对较大，因此设置供电网络线宽为45mil，以防止发热和保证系统稳定性。其他网络线宽设为28mil。

直插式PCB电路板版图如图6所示，产品实物照片如图7所示。其尺寸为6 cm×7 cm，可安装于汽车左侧车门内的外后视镜调节开关下方空间，安装方便，完全内置，外部不可见。

贴片式PCB电路板版图如图8所示，实物照片如图9所示。其尺寸为5.5 cm×72.5 cm，可直接安装于后视镜内驱动电机后方空间，安装方便，完全内置，外部不可见。

4.3 试验结果

对上述直插式及贴片式外后视镜控制模块进行功能测试，任选以下被测车型进行相关测试后得到下翻角度测试值如表1所示。

表1 同等时间各车型下翻角度

由表1可见，本模块适用于各种被测车型，自动挡与手动挡汽车均可使用，虽同样设置下翻时间为2.15 s时各车型外后视镜下翻角度略有不同，但均不影响实际使用。外后视镜下翻前、后对比如图10所示。

由于智能控制模块相对于原车系统为外加负载，试验还考察了其对于原电气系统的影响。在上述车辆稳定停止状态下，将汽车检测仪接至蓄电池负极对静态电流进行测试，模块安装前、后静态电流均无变化。事实上，模块在不工作时具备掉电休眠功能，可见其对汽车原车电气性能不造成影响。

5 结束语

设计了一种不破坏汽车原车外观、性能及内部电路的通用型后视镜智能控制模块，其以PCB板为载体。根据多项试验与检测结果可知，该模块可良好地解决随选车型日常倒车时无法看到车轮及其附近障碍物的情况，且对原车电气系统不造成影响，是一种实现外后视镜智能控制的无损解决方案。

1 曹志婉.电动后视镜.汽车电器，2004（04）:58～59.

2 胡汉才.单片机原理及其接口技术.北京:清华大学出版社,2004:25～26.

3 徐本财,鲍宇.轿车智能电动后视镜开关及控制线路优化设计.黑龙江交通科技，2008（11）：105～107.

4 刘刚,秦永左,朱杰斌.单片机原理及应用.北京:北京大学出版社，2006，76～98，134～155.

5 吴志红,吴庚泽,朱元,魏学哲,王佳元.基于XC164CS单片机的混合动力汽车电池管理系统硬件设计.汽车技术，2009（4）:15～18.

6 肖军.聚焦汽车后视镜.交通与运输，2009（3）:52～53.

7 何雍奥,张卫波.新款汽车后视镜自动调节装置的研发.海峡科学，2010（12）:41～43.

（责任编辑帘 青）

修改稿收到日期为2015年7月1日。

Design of an Intelligent Control Module for Exterior Mirror Independent of ECU

Qi Haochen,Zhang Jian,Yang Wenhua,Wang Molin
（Hefei University of Technology）

An intelligent control module for exterior mirror is designed using MCU and PCB circuit.This module is powered by 12V vehicle-mounted power supplies,and is independent from electronic control unit(ECU)of the vehicles.It consists of buck converter and motor controlling circuit.The adjustable turning angle of the exterior mirror can be realized by this module.After programmed,the functions of exterior mirror synchronous turning when reversing,angle location and reset can be realized.At last,the product is put to pilot production based on a modular PCB on board chip and electronic devices.This module is capable of performing the designed functions,and can match the original electrical system of the car with no interference,which are testified by experiments.

Exterior Mirror，Intelligent Control Module，MCU，PCB，ECU

外后视镜 智能控制 单片机 PCB ECU

U463.68

A

1000-3703（2015）11-0057-04

国家自然科学青年基金（61404042）；合肥工业大学科学研究发展基金（J2014HGXJ0091，J2014HGXJ0082）。