基于STM32的工業行車遙控器控制系統的開發

于韶東，解品星，孫兆斌，孫雁鳴，位吉賓

（上汽通用東岳汽車有限公司，山東 煙臺 264006）

0 引 言

汽車廠沖壓車間的行車具有噸位大、功能齊全以及運行強度大的特點。由于工作環境惡劣，因此與行車配備的遙控系統經常出現功能失效的問題。目前存在的主要問題是行車遙控器電路板的電路復雜，一般情況下失效的遙控器無法修復，而且更換新行車遙控器的價值昂貴。通過分析原理和系統功能，采用新型單片機系統，實現原行車遙控器的系統升級。

1 行車遙控器遙控發射系統原理

1.1 傳統行車遙控器發射系統化原理分析

傳統工業行車遙控器發射器原理如圖1所示。

搖桿采用5K角度傳感器，將搖桿的位置信號轉換成電壓信號。經過電壓跟隨器和AD轉換器，將信號傳遞給單片機，再由單片機通過無線模塊將位置命令發送出去[1]。為保證在電池電壓降低的情況下能夠正確識別搖桿命令，系統設計有基準電壓電路和電池充電提醒電路。同時，發射裝置能將急停信號、啟動、停止、照明以及鈴響等命令通過單片機傳送至無線模塊，實現無線命令的發送。

圖1 傳統工業行車遙控器發射器原理框圖

1.2 新版行車遙控器發射系統電路分析

新版工業行車遙控器發射器原理如圖2所示。

圖2 新版工業行車遙控器發射器原理框圖

新發射系統采用32位高性能STM32F103ZET6單片機作為CPU部件。STM32單片機是意法半導體公司出品的。芯片集成定時器Timer，CAN，ADC，SPI，I2C，USB以及UART等多種外設功能。此外，還具有EEPROM和高達512K的程序存儲空間，最高72 MHz的工作頻率，而且在存儲器的0等待周期訪問時可達 1.25DMips/MHz（DhrystONe2.1）[2]。程序運行速度的提升和內部存儲空間的增加，保證原有功能更加完善的同時，簡化了外圍電路，并且可通過軟件編程來替代繁雜的AD轉換電路。從而大大提高了遙控裝置的穩定性、可靠性以及環境適應性。

1.3 新版行車遙控器優點

STM32單片機集成了AD轉換功能。新版遙控器電路更為簡單，外圍元器件減少，故障率降低，抗干擾能力增強,更能適應工業現場的惡略環境。同時提升了STM32單片機的內存和運算速度，增強了容錯和糾錯能力，使遙控發送的數據更為準確。此外，STM32單片機采用低功耗設計，使得整個電池系統穩定，待機時間長。

2 STM32F103ZET6實現搖桿位置的識別及傳送

2.1 搖桿傳感器原理

POL220-5K角度傳感器原理如圖3所示。

圖3 POL220-5K角度傳感器原理圖

1#抽頭為10 k滑動變阻器，2#抽頭為滑動變阻器中點，將滑動變阻器分成兩個5 k滑動電阻，3#抽頭通過卡簧與滑動變阻器相連，5#和6#抽頭為搖桿方向觸點。根據傳感器原理[3]，設計電路原理如圖4所示。

圖4 POL220-5K角度傳感器電路原理圖

抽頭2接基準電壓，抽頭1通過1 k電阻接地，可防止卡簧滑動到頭時出現短路現象。搖桿擺動能夠在抽頭3處獲得0～2.5 V電壓。根據電壓的大小，單片機可以判斷出搖桿的位置。此外，抽頭5和抽頭6采用下拉方式接單片機IO口，單片機根據電平高低，判斷出搖桿的方向。

2.2 C語言編程實現軟件容錯計算

C語言編程實現軟件容錯計算如下：

搖桿實現4速遙控，經過AD轉換后，單片機能判斷出電壓值。由于機械磨損等誤差，搖桿位置的電壓會有所波動，單數值少于0.1 V時，單片機視為正常。當1檔電壓較低時，不通過電壓判斷，而是通過抽頭5和抽頭6來判斷。電壓值80～100 V為2檔，電壓值120～150 V為3檔，電壓值170～195 V為4檔。最后發送給接收裝置的數值僅為0、1、2、3、4。實現了電壓值的濾波和容錯。

2.3 C語言實現多點功能控制的數據打包傳送

采用加權編碼的方式可以通過無線串口發送方向和功能等位信號，具體如下：

SW=S1+2×S2+4×S3+8×S4+16×S5+32×S6+64×S7+128×S8；//方向

SW1=W1+2×W2+4×W3+8×W4+16×W5+32×W6+64×W7+128×W8；//功能

其中，S1和S2為搖桿1方向信號，S3和S4為搖桿2方向信號，S5和S6為搖桿3方向信號，S7和S8位搖桿4方向信號。W1為急停按鈕，W2為啟動按鈕，W3為照明按鈕，W4為停止按鈕，W5為鈴控制信號。

2.4 無線數據傳送

無線數據傳送程序如下：

3 無線傳送/接收數據

3.1 GT-38 433MHz無線串口模塊

GT-38 433MHz無線串口模塊可以實現遠距離無線傳輸，開闊地1200 m/FU4模式下，空中波特率為1 000 b/s。其工作頻率范圍為433～458.5 MHz，通信頻道多達255個。發射功率最大可大100 MW（20 dB），可設置8檔功率。此外，內置MCU，通過串口和外部設備進行通信，用戶無需對模塊另外編程，各種透傳模式只管收發串口數據即可，使用方便。一次發送的字節個數多達256。

3.2 模塊原理連接

GT38模塊原理如圖5所示。

圖5 GT38模塊原理圖

左邊的設備向模塊發送串口數據。模塊的RXD端口收到串口數據后，自動將數據以無線電波的方式發送到空中。右邊的模塊能自動接收數據，并從TXD還原出左邊設備最初所發的串口數據。模塊間只能工作在半雙工狀態，不能同時收發數據。模塊可與供電系統為3.3 V或者5 V的MCU連接，串口需交叉連接。即模塊的RX接MCU的TX，模塊的TX接MCU的RX。

4 結 論

電子技術的發展，使得單片機的性能得到了日新月異的發展。一些早期進口自動化單片機設備的成本較高，電路設計復雜且抗干擾性能差，老化后穩定性較差。考慮采用市場主流單片機進行重新開發和替代，一般能夠取得較好的效果。