基于STM8A6246智能伸缩踏板控制器设计

花加丽 李开霞

摘要：为了克服越野车底盘高上下车舒适性的问题，特别是老年人和小孩，虽然安装固定式汽车踏板但是仍然难以达到人们舒适性的需求，为此设计出可以安装在越野车上的智能伸缩踏板。其基本功能为：上车前，打开车门，踏板自动伸出，可以踩踏板上车;上车后，关闭车门，踏板收回。该系统还设计电机电流检测，有效保护电机，最后介绍控制系统稳定性测试，提出系统还存在的不足之处以及改进措施。

关键词：智能伸缩踏板;STM8;电流检测;越野车

中图分类号：TN925     文献标识码：A     文章编号：1007-9416（2018）10-0000-00

随着经济快速发展，人民生活水平不断提高，私家车已经成为人们出行必备的交通工具。人们对车身智能设备的要求也不断的提高，各种汽车改装也应运而生[5]。针对越野车底盘较高，上下车时舒适性不足的问题，特别是老人和小孩，虽然很多车已经在车上安装固定式汽车踩踏装置，但是仍然难以达到人们对舒适度的需求。为了解决上下车舒适的问题，设计可以安装在越野车上的智能伸缩踏板。

本文通过设计一种工作性能稳定、内部逻辑准确、抗干扰能力强、安全性能高、舒适性好的控制器。主要实现的功能为：车门打开时，踏板自动伸出供人们踩踏;车门关闭时，踏板自动收回，节省空间;遇到障碍物时，踏板会做出判断，停止工作或反向运行。

1 控制器整体设计

智能伸缩踏板控制器硬件设计分为两个部分：电源模块、控制单元、信号输入/出单元、驱动单元。如图1所示，控制器原理框图。

其中，电源模块采用L7805开关电源芯片，将汽车12V电压转换成5V电压。由D30NF06组成防止反接保护电路;信号输入单元是检测车门开关信号，以便触发踏板伸缩动作，电机电流检测用于判断电机是否堵转起到保护电机作用;控制单元由STM8AF6246单片机作为控制核心，负责信号处理;执行单元由H桥电路实现电机正反转的控制。

2 硬件设计

2.1 电源模块

如图2所示电源电路，将输入的不稳定12V电压转换成5V电源，给控制器供电。车内电池波动范围较大，选用L7805最大输入电压可以达到35V，宽输入电压范围，输出电流最大1.5A，不需外接补偿元件，内含限流保护电路，防止负载短路烧毁元件。SMAJ26CA瞬态抑制二极管是一种限压型的过电压保护器件[12]，反應速度快，电压抑制能力强，有很好的保护后续电路的功能，反接保护电路原理，利用MOS管控制地线的通断，正向接入MOS管导通，反向接入MOS管关断，地线不通从而起到保护作用[11]。

2.2信号输入单元

信号输入主要为车门的开关信号，控制器的门信号是通过采集车门状态指示信号 电路上的信号获得，门信号干扰杂波大，影响控制器的逻辑判断，需要通过软硬件有效监测门信号。采集过程需要注意信号干扰的消除与车身电路的隔离问题[1]。设计电路如图3所示，从车门电路上采集信号，经过电阻分压，将电压缩小后经过施密特器件的处理最后输入到单片机IO口，图中D2、D3用以防浪涌，C10、C11用于滤除杂波，采用阻值较大的分压电阻实现电路的隔离。

电机电流信号检测由新型线性电流传感器ACS712实现，ACS712器件主要靠近芯片的铜制的电流通路和精确的低偏置线性霍尔传感器电路等组成。被测电流流经的通路（引脚1和2，3和4之间的电路） 的内电阻通常是1.2毫欧，具有较低的功耗[7]。被测电流通路与传感器引脚（引脚5～8）>2.1kVRMS，几乎是绝缘的。流经铜制电流通路的电流所产生的磁场，能够被片内的霍尔IC感应并将其转化为成比例的电压。通过将磁性信号尽量靠近霍尔传感器来实现器件精确度的最优化[8]。系统采用ACS712-30A进行检测，输出端VOUT接到单片机的AD端口进行模数转换，ACS712的电压输出VOUT和被检测的电流IP间的关系为：VOUT=（2/30）IP+2.5。如图4所示，被检测的电流大小通过ACS712到STM8A进行处理。

2.3 控制单元

控制单元最小系统所选单片机STM8AF，设计原理图如图5所示。是一款专门用于满足汽车应用的特殊需求的8位FLASH微控制器。适用的程序存储器尺寸范围为8KB～256KB和20引脚～128引脚封装。所有器件的工作电压均为3V～5V，并且其工作温度扩展到了145℃，并可以执行CAN和LIN通信。

2.4 执行单元

执行单元通过H桥电路实现电机正反转的控制，H桥主要由两路继电器和两个MOS管组成，如图6所示，当J2=0、G2=1，J1=1、G1=0时，继电器K1A关闭、MOS管Q4导通，继电器K1B接通、MOS管Q5关闭，电机正传;当J2=1、G2=0，J1=0、G1=1时，继电器K1A接通、MOS管Q4关闭，继电器K1B关闭、MOS管Q5接通，电机反转[15]。

3 软件设计

汽车智能踏板控制器流程图如图7所示，当收到车门的开关信号时，执行踏板伸出或收起动作，在执行动作的过程中实时监测电机电流大小，电流过大切断电机回路，踏板停止动作。设定踏板伸出或收回的时间，如果动作时间小于设定的值且电流过大，则认为没有到达遇到障碍物，控制器切断电机回路并输出报警信号。

4 实验测试

根据如图8所示PCB板加工并测试，验证了设计方案。在超过预设的时间或遇到阻力电流变大，控制器响应关断电机。实验设定电流大于3A认为是大电流。实验还通过GDW/JB-0500高低温实验箱验证，分别在温度-10℃、0℃、20℃、40℃、60℃、80℃保持恒温2小时在不同环境温度下控制器性能的稳定性、可靠性，均能满足设计要求。

5 结语

介绍汽车智能踏板控制器的设计方法，给出汽车车门开关信号检测和电机电流检测的方案。完成控制器的原理性功能测试，已完成原理性样机的设计。

参考文献

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Design of Intelligent Telescopic Pedal Controller Based on STM8A6246

HUA Jia-li，LI Kai-xia

（1Changzhou Institute of Advanced Manufacturing Technology，Changzhou Jiangsu 213001）

Abstract： In order to overcome the problem of high comfort of SUV， especially for the elderly and children， it is still difficult to meet the requirement of comfort of people to install fixed automobile pedals. Therefore， an intelligent telescopic pedal which can be installed on SUV is designed. The basic function is： before getting on the car， the pedal automatically sticks out when open the door， you can step on the pedal to get on the car; When you get on and close the door the pedals will be returned. The system also designed the motor current detection， effective protection of the motor， and finally introduced the control system stability test， proposed the system's shortcomings and improvement measures.

Key words： wireless communication; image transmission; nRF24L01; intestinal robot.