基于STC89C52 的汽車燈具診斷電壓監控裝置

李春雷，楊 朋，李志強

（長城汽車股份有限公司哈弗技術中心，河北 保定 071000）

在汽車燈具的DV/PV（設計/量產）驗證階段，需開展各項測試并監控燈具各項功能以確認產品的可靠性[1]。其中，長城汽車部分車型組合前/后燈帶有診斷功能，以某車型組合前燈為例，其組合前燈及接插件如圖1所示，其組合前燈引腳定義詳見表1。燈具狀態正常時，診斷引腳輸出電壓≤1.5V，或輸出電壓大于1.5V且持續時間＜50ms，車身控制器BCM實時檢測該電壓信號，以確認燈具狀態，當出現故障時，BCM發送故障信號，點亮儀表相應的故障燈。

表1 長城汽車某車型組合前燈引腳定義

圖1 長城汽車某車型組合前燈及接插件圖

在燈具DV/PV試驗中，對診斷電壓的傳統檢測方法是使用萬用表、示波器或數采等設備采集相應診斷輸出引腳的電壓信號，但使用萬用表只能由測試人員手動操作進行點檢，不能做到實時監控，又因燈具DV/PV試驗項目很多，測試周期長、試驗樣品數量大等原因，如使用示波器、數采等設備進行監控，需大量使用，設備成本較高。因此，開發基于STC89C52單片機的汽車燈具診斷引腳電壓監控及報警裝置，其系統具有實時監控燈具診斷引腳電壓且低成本的優點，能保證燈具DV/PV試驗的有效性。

1 硬件電路

根據燈具診斷引腳輸出電壓特點，選用STC89C52單片機并結合LMV331SE-7電壓比較器監控燈具診斷引腳輸出電壓情況。STC89C52是STC公司生產的基于MCS-51結構的8位微控制器，最大工作頻率為24MHz，具有8kB的閃存存儲器、256字節的RAM、32個I/O口，包括1個UART、3個定時器、6個中斷。STC89C52具有低功耗和可靠的性能，非常適合于各種應用，包括工業控制、消費電子和汽車電子等，可以滿足許多嵌入式系統項目的需求[2]。系統硬件整體設計原理如圖2所示。

圖2 系統硬件整體設計原理圖

1.1 STC89C52單片機主控模塊設計

控制模塊使用STC85C52單片機作為控制芯片，為方便單片機系統計時，選取晶振頻率為f=12MHz，因此單片機機器周期為T=12/f=1μs，即單片機每執行一條指令時間為1μs，定時器每增加一次計數耗時為1μs。STC89C52單片機晶振及復位電路[3]如圖3所示。

圖3 STC89C52單片機晶振及復位電路圖

1.2 輸入部分

輸入部分電路如圖2所示，燈具診斷引腳外接4.64kΩ上拉電阻后，連接到LMV331SE-7電壓比較器V-輸入引腳，由V-引腳檢測燈具診斷引腳的輸出電壓。電壓比較器V+引腳經電阻分壓后的基準電壓如下：U=VCC×R3/(R1+R2+R3)=5×15/(20+15+15)=1.5V。

LMV331SE-7電壓比較器輸出引腳外接10kΩ上拉電阻，將輸出電壓拉為高電平，當電壓比較器V-引腳電壓≤V+引腳電壓（1.5V）時，比較器輸出高電平到單片機的P3.2引腳（外部中斷0觸發引腳），此時中斷不觸發；當電壓比較器V-引腳電壓＞V+引腳電壓（1.5V）時，比較器輸出低電平，此時單片機的P3.2引腳出現下降沿電壓，觸發單片機外部中斷，單片機隨即運行中斷服務函數確認異常電壓情況。

1.3 輸出部分

系統使用LED 驅動及蜂鳴器驅動電路作為輸出部分電路[4]，如圖4所示。系統運行時，LED燈閃爍點亮，蜂鳴器不響，提示系統當前無異常，燈具診斷輸出電壓正常；當系統檢測到診斷引腳電壓異常后，驅動LED燈持續點亮，蜂鳴器發聲報警，提示測試人員燈具出現異常情況，由測試人員確認并做后續處理。

圖4 LED驅動及蜂鳴器驅動電路

2 軟件設計

軟件程序主要完成燈具診斷引腳輸出電壓及持續時間檢測，確認燈具診斷引腳電壓異常情況并提示系統運行狀態。再根據流程圖編寫合適程序，實現設計功能。軟件流程圖如圖5所示。

圖5 軟件流程圖

2.1 軟件流程

系統啟動后，進行如下工作流程：①首先進行系統初始化工作，完成定時器T0（5ms定時中斷設置）、外部中斷0（中斷觸發設置）、蜂鳴器及LED初始化；②開啟中斷使能，隨后LED閃爍點亮，提示系統正常運行，并檢測P3.2外部中斷引腳。根據診斷引腳輸出電平狀態執行相應的程序，提醒測試人員當前狀態。

2.2 檢測過程分析

系統檢測診斷引腳電壓共分為3種情況。

1）診斷引腳電壓始終輸出正常：此時輸出電壓不超過1.5V，電壓比較器輸出高電平，單片機不觸發中斷，運行正常，顯示程序使LED閃爍，蜂鳴器不發聲，提示系統無故障。

2）診斷引腳電壓輸出超過1.5V異常電壓且持續時間小于50ms：此時電壓比較器輸出引腳由高電平跳變為低電平，單片機P3.2引腳檢測到該下降沿電壓并觸發外部中斷0進入中斷服務程序。在中斷程序中，首先清零5ms定時計數值，隨后啟動定時器T0。定時器T0每隔5ms觸發中斷，并在定時器中斷程序中檢測P3.2引腳電壓并計數5ms個數。如在50ms（計時器T0中斷計數10次）內P3.2引腳電壓恢復為高電平，說明診斷引腳輸出物電壓恢復正常，此時停止定時器T0，復位定時器計數器初值并清零5ms計數值，為下次觸發做準備[5]。診斷異常電壓持續時間＜50ms工作過程如圖6所示。

圖6 診斷異常電壓持續時間＜50ms工作過程

3）診斷引腳電壓輸出超過1.5V異常電壓且持續時間≥50ms：電壓比較器輸出下降沿觸發外部中斷并在外部中斷函數中啟動定時器T0（每5ms中斷），定時器T0中斷服務函數中檢測P3.2低電平持續時間超過50ms（5ms計數值≥10），系統判斷燈具狀態異常，隨即設置蜂鳴器及LED狀態進行聲光報警，提醒試驗人員確認異常情況。診斷異常電壓持續時間≥50ms工作過程如圖7所示。

圖7 診斷異常電壓持續時間≥50ms工作過程

3 結語

根據車燈診斷引腳輸出電壓特點，結合電壓比較器及STC89C52單片機設計車燈診斷電壓檢測裝置，可有效降低燈具DV/PV試驗中監控工裝的成本，且能夠長期、實時、有效地對試驗情況進行監控，避免了測試人員檢測不及時及使用示波器、數采高成本問題。該裝置具有結構簡單、使用簡便、適于批量生產等優點，目前已投入到長城汽車燈具DV/PV各項試驗中，用來監控燈具的工作狀態，該系統運行狀態良好，能夠及時有效地發現燈具試驗中的異常情況，保證了燈具試驗的測試品質。