基于STC89C52 的汽车灯具诊断电压监控装置

李春雷，杨 朋，李志强

（长城汽车股份有限公司哈弗技术中心，河北 保定 071000）

在汽车灯具的DV/PV（设计/量产）验证阶段，需开展各项测试并监控灯具各项功能以确认产品的可靠性[1]。其中，长城汽车部分车型组合前/后灯带有诊断功能，以某车型组合前灯为例，其组合前灯及接插件如图1所示，其组合前灯引脚定义详见表1。灯具状态正常时，诊断引脚输出电压≤1.5V，或输出电压大于1.5V且持续时间＜50ms，车身控制器BCM实时检测该电压信号，以确认灯具状态，当出现故障时，BCM发送故障信号，点亮仪表相应的故障灯。

表1 长城汽车某车型组合前灯引脚定义

图1 长城汽车某车型组合前灯及接插件图

在灯具DV/PV试验中，对诊断电压的传统检测方法是使用万用表、示波器或数采等设备采集相应诊断输出引脚的电压信号，但使用万用表只能由测试人员手动操作进行点检，不能做到实时监控，又因灯具DV/PV试验项目很多，测试周期长、试验样品数量大等原因，如使用示波器、数采等设备进行监控，需大量使用，设备成本较高。因此，开发基于STC89C52单片机的汽车灯具诊断引脚电压监控及报警装置，其系统具有实时监控灯具诊断引脚电压且低成本的优点，能保证灯具DV/PV试验的有效性。

1 硬件电路

根据灯具诊断引脚输出电压特点，选用STC89C52单片机并结合LMV331SE-7电压比较器监控灯具诊断引脚输出电压情况。STC89C52是STC公司生产的基于MCS-51结构的8位微控制器，最大工作频率为24MHz，具有8kB的闪存存储器、256字节的RAM、32个I/O口，包括1个UART、3个定时器、6个中断。STC89C52具有低功耗和可靠的性能，非常适合于各种应用，包括工业控制、消费电子和汽车电子等，可以满足许多嵌入式系统项目的需求[2]。系统硬件整体设计原理如图2所示。

图2 系统硬件整体设计原理图

1.1 STC89C52单片机主控模块设计

控制模块使用STC85C52单片机作为控制芯片，为方便单片机系统计时，选取晶振频率为f=12MHz，因此单片机机器周期为T=12/f=1μs，即单片机每执行一条指令时间为1μs，定时器每增加一次计数耗时为1μs。STC89C52单片机晶振及复位电路[3]如图3所示。

图3 STC89C52单片机晶振及复位电路图

1.2 输入部分

输入部分电路如图2所示，灯具诊断引脚外接4.64kΩ上拉电阻后，连接到LMV331SE-7电压比较器V-输入引脚，由V-引脚检测灯具诊断引脚的输出电压。电压比较器V+引脚经电阻分压后的基准电压如下：U=VCC×R3/(R1+R2+R3)=5×15/(20+15+15)=1.5V。

LMV331SE-7电压比较器输出引脚外接10kΩ上拉电阻，将输出电压拉为高电平，当电压比较器V-引脚电压≤V+引脚电压（1.5V）时，比较器输出高电平到单片机的P3.2引脚（外部中断0触发引脚），此时中断不触发；当电压比较器V-引脚电压＞V+引脚电压（1.5V）时，比较器输出低电平，此时单片机的P3.2引脚出现下降沿电压，触发单片机外部中断，单片机随即运行中断服务函数确认异常电压情况。

1.3 输出部分

系统使用LED 驱动及蜂鸣器驱动电路作为输出部分电路[4]，如图4所示。系统运行时，LED灯闪烁点亮，蜂鸣器不响，提示系统当前无异常，灯具诊断输出电压正常；当系统检测到诊断引脚电压异常后，驱动LED灯持续点亮，蜂鸣器发声报警，提示测试人员灯具出现异常情况，由测试人员确认并做后续处理。

图4 LED驱动及蜂鸣器驱动电路

2 软件设计

软件程序主要完成灯具诊断引脚输出电压及持续时间检测，确认灯具诊断引脚电压异常情况并提示系统运行状态。再根据流程图编写合适程序，实现设计功能。软件流程图如图5所示。

图5 软件流程图

2.1 软件流程

系统启动后，进行如下工作流程：①首先进行系统初始化工作，完成定时器T0（5ms定时中断设置）、外部中断0（中断触发设置）、蜂鸣器及LED初始化；②开启中断使能，随后LED闪烁点亮，提示系统正常运行，并检测P3.2外部中断引脚。根据诊断引脚输出电平状态执行相应的程序，提醒测试人员当前状态。

2.2 检测过程分析

系统检测诊断引脚电压共分为3种情况。

1）诊断引脚电压始终输出正常：此时输出电压不超过1.5V，电压比较器输出高电平，单片机不触发中断，运行正常，显示程序使LED闪烁，蜂鸣器不发声，提示系统无故障。

2）诊断引脚电压输出超过1.5V异常电压且持续时间小于50ms：此时电压比较器输出引脚由高电平跳变为低电平，单片机P3.2引脚检测到该下降沿电压并触发外部中断0进入中断服务程序。在中断程序中，首先清零5ms定时计数值，随后启动定时器T0。定时器T0每隔5ms触发中断，并在定时器中断程序中检测P3.2引脚电压并计数5ms个数。如在50ms（计时器T0中断计数10次）内P3.2引脚电压恢复为高电平，说明诊断引脚输出物电压恢复正常，此时停止定时器T0，复位定时器计数器初值并清零5ms计数值，为下次触发做准备[5]。诊断异常电压持续时间＜50ms工作过程如图6所示。

图6 诊断异常电压持续时间＜50ms工作过程

3）诊断引脚电压输出超过1.5V异常电压且持续时间≥50ms：电压比较器输出下降沿触发外部中断并在外部中断函数中启动定时器T0（每5ms中断），定时器T0中断服务函数中检测P3.2低电平持续时间超过50ms（5ms计数值≥10），系统判断灯具状态异常，随即设置蜂鸣器及LED状态进行声光报警，提醒试验人员确认异常情况。诊断异常电压持续时间≥50ms工作过程如图7所示。

图7 诊断异常电压持续时间≥50ms工作过程

3 结语

根据车灯诊断引脚输出电压特点，结合电压比较器及STC89C52单片机设计车灯诊断电压检测装置，可有效降低灯具DV/PV试验中监控工装的成本，且能够长期、实时、有效地对试验情况进行监控，避免了测试人员检测不及时及使用示波器、数采高成本问题。该装置具有结构简单、使用简便、适于批量生产等优点，目前已投入到长城汽车灯具DV/PV各项试验中，用来监控灯具的工作状态，该系统运行状态良好，能够及时有效地发现灯具试验中的异常情况，保证了灯具试验的测试品质。