因为轿车总线技能的日趋老练，轿车内多个电机单元的操控方法正从传统的集中式线束操控向分布式总线操控改变。分布式总线操控能够削减线束，降低本钱，便于各个电机操控单元和车内其它电控单元一同构成一个归纳和谐的操控体系，进步各操控单元的运转牢靠性，削减冗余的传感器及相应的软硬件装备，完结信息交流和资源共享。现在常用的轿车总线包括CAN、LIN等，其间LIN面向低速场合的运用。作者规划根据LIN总线的无刷直流电机操控器，该操控器以文献中介绍的MC68HC908MR16单片机、PC33896前置驱动器、MC33399LIN收发器为中心构成，以低价的本钱获得了较好的操控功用。
2、根据LIN总线的无刷直流电机操控体系
LIN总线是一种新式的低本钱轿车车身总线，1999年由欧洲轿车制造商Audi、BMW、Daimler2Chrysler、Volvo、 Volkswagen、VCT等公司和半导体厂商Motorola一起组成的LIN协会推出，从2003年开端投入运用。
LIN总线运用串行通讯协议，它有下面的特性:单主机多从机安排(即无需总线裁定) ;根据一般UART/SCI接口的低本钱硬件完结，低本钱软件或作为纯状况机;从机节点不需要石英或陶瓷谐振器即能够完结自同步;确保信号传输的延迟时刻;低本钱的单线通讯介质，通讯速率最大可达20kb/s。一个LIN网络由1个主节点、最多不超越15个从节点组成。一切节点都有一个从机使命，从机使命分为接纳使命和发送使命，主节点还有一个主机使命。LIN网络上的通讯总是由主机使命所建议，主机使命传输报文帧头，报文帧头包括同步距离场、同步场和标志符场;从机使命作出报文呼应，报文呼应包括2、4或8字节的数据场和校验场，报文帧头和报文呼应组成完好的报文帧。
LIN总线作为CAN总线的弥补，首要用于车身操控。车身网络首要衔接方针有座椅、车门、空谐和外表显现等体系。根据LIN总线的全自动空调体系结构框图如图1 所示。其间空调中心操控单元起CAN /LIN网关和LIN主节点的效果，其他单元为从节点，分为传感器从节点和履行从节点。传感器从节点将温度、湿度、日照强度等环境状况值发送给主节点，主节点根据这些状况值以及驾驶员设定的车内温度等参数进行归纳决议计划，向履行从节点传达操控指令，履行从节点根据指令进行相应的动作。这样的空调体系有用完结节点的分布式操控，削减轿车上的装置线束，一起完结真实的全自动操控，使得空调体系各部件和谐运转，然后使室内温度到达并坚持在驾驶员设定值上，发明一个舒适的室内环境。因为无刷直流电机具有杰出的调速功用，所以空调体系中一些履行从节点把它作为驱动部件，如压缩机、鼓风机、冷却电扇等。这些从节点别离和主节点之间构成了根据LIN总线的无刷直流电机速度闭环操控，主节点经过决议计划算法给定电机转速，转速的反应和操控算法由从节点来完结，从节点便是作者所要规划的操控器。
图1 根据LIN总线的空调体系
3、操控器硬件结构
操控器结构框图如图2所示，图中包括:电源办理模块、MC68HC908MR16 单片机操控模块、PC33896 前置驱动模块、三相FET 全桥模块、MC33399LIN物理层通讯模块。
图2 操控器结构框图
霍尔传感器检测电机转子的方位，它是3个脉宽为180°(电视点) 、互差120°(电视点)的信号。单片机的定时器输入捕捉单元捕捉到方位信号的改变，完结定子绕组电流的换向，确保定子产生的磁场与转子永磁磁场坚持均匀的笔直联系，以利产生最大转矩。一起，经过定时器记载的2次换向之间的时刻距离，可核算出电机的转速，根据方针转速与核算转速之间的差值经过PI算法调理 PWM占空比，然后操控电机的转速。电机的方针转速、起/停、正/回转等信息来自LIN总线的报文帧。
3.1 电源办理模块
现代轿车内部的电气负载不断添加，未来轿车大将选用42V电系替代现有的12V 电系供电。但要彻底完结这一改变，还有许多问题没有处理，现首要选用42V /12V的双电源供电来作为一种过渡计划。作者规划的操控器考虑这一发展趋势，在12V的电机运用中，操控器选用单12V电源供电;在42V的电机运用中，操控器选用42V /12V 双电源供电。一起电源办理模块中含有一块12V /5V的电源调压芯片LT1211。
3.2 单片机操控模块
单片机操控模块以MC68HC908MR16单片机为中心，它是一款专门用于电机操控的8 位单片机。作业温度规模到达- 40～105℃，彻底习惯轿车内的作业环境。片内带有12位、6通道PWM模块，产生6路PWM逻辑信号(可设定为6路独立或许3对两两互补) ;定时器A的0， 1， 2三个通道用来捕捉方位传感器信号的改变，通道3担任记载通道2的方位信号产生改变的时刻; 10位A /D转化器，转化时刻为16 – 17μs，能快速完结电池电压监测使命;犯错信号输入，用于产生在过流或过热的情况下产生中止，然后封闭PWM输出;特有的快速8位乘法和16位除法指令，使得它具有较高的运算才能，能完结较为杂乱的操控算法; 768B 片内RAM 和16kB 片内Flash存储器，具有在线编程才能和保密功用;体系维护特性，包括看门狗复位、低电压制止复位等增强了程序的安稳性和牢靠性。
3.3 前置驱动模块
前置驱动模块的中心是PC33896，它是新推出的专用于轿车电子42V /12V 体系的三相FET前置驱动器。片内含有DC /DC降压电路、电流采样扩大器、SPI 通讯口及各种维护电路等。PC33896直接接纳来自单片机的6路PWM逻辑信号，将其转化成用来驱动6个FET栅极的驱动信号。若轿车体系供电电压是新的42V电系，片内的DC /DC将之降到大约15V 左右用于FET栅极电路驱动，节省了注册和关断FET所耗散的功率;若轿车电源供电电压选用的是现行的12V电系，某些场合电源电压会不足以驱动FET栅极，此刻电荷泵电路将之提升到至少10V左右，确保FET的正常驱动。内部电流采样扩大器用来丈量直流母线电流。单片机能经过SP I口发送指令，装备PC33896 (如DC /DC和电荷泵的作业与否、电流扩大器的扩大倍数等)以及确诊其毛病。
3.4 LIN物理层通讯模块
MC33399是面向轿车电子运用的LIN收发器芯片，它和单片机的SCI口构成LIN通讯的物理根底。它有正常和睡觉两种作业形式，总线上的唤醒帧可将其从睡觉形式唤醒。
4、操控器的软件规划
因为单片机的内嵌硬件模块和PC33896功用较强，使单片机有满意的资源完结较为杂乱的操控战略，然后使操控器的功用大大进步。
4.1 主程序结构
体系的程序选用前后台结构。前台是中止级，后台是使命级。使命级由一个死循环和一个LIN通讯服务程序构成。死循环内包括一个有限状况机和一个10ms服务程序，有限状况机如图3所示。体系上电，完结初始化使命后进入死循环。一旦产生SCI接纳中止，中止服务程序判别接纳到的是否为同步距离场。若为同步距离场，程序在退出中止服务时并不回来到死循环中，而是进入LIN通讯服务程序，进行报文帧的接纳和处理。完结通讯服务后，程序从头回来死循环。根据接纳的报文帧，有限状况机切换到相应的状况。为维护电机，图中正转态和回转态之间的转化强制阅历了中心的中止态过渡。当产生过流或许低电压等犯错事情时，操控器进入犯错态，它关断一切PWM输出，并记载错误代码。操控器接纳到总线的睡觉帧后，进入睡觉态，总线的唤醒信号将从头激活操控器。在正转态或回转态时，死循环内的10ms服务程序每距离10ms履行一次，完结电机转速核算、PI操控算法、电池电压读取等使命。
图3 主程序有限状况机
4.2 LIN通讯报文帧的定制
LIN总线是一种主从机通讯形式，报文帧的定制在LIN网络软件总体规划时进行。文中的无刷直流电机操控器是总线上的一个从节点，它呼应的报文帧如表1所示。标志符“0x3C”是下载指令帧，用于主节点向一切从节点播送指令和数据，其间榜首个数据字节为“00”的是睡觉帧。标志符“0x3D”是上传指令帧，它触发一个从节点(由一个优先的下载帧编址)向主机上传数据。标志符“0x20”是无刷电机操控帧，用于操控器接纳主节点的操控信息，榜首个数据字节为“01”要求电机正转，为“02”是回转，为“04”是中止，第三、第四两个数据字节是电机转速的给定值。标志符“0x21”是电机状况帧，用于操控器向主节点传输信息，榜首、第二两个数据字节是电机的实践转速，第三、第四两个字节表明电池电压。
表1 操控器呼应的LIN报文帧
4.3 软件中的中止服务程序
4.3.1 定时器A0、A1、A2输入捕捉中止( inputcap2ture ISR1)
当定时器A0、A1、A2监测到方位信号有跳变沿时，引起输入捕捉中止inputcap ture ISR1。中止程序中经过读取3个引脚的当时电平，并结合前一次中止中读入的值，查询换向表完结换向。
4.3.2 定时器A3输入捕捉中止( inputcap ture ISR2)
定时器A3监测到A2 通道的方位信号有上升沿跳变时，引起输入捕捉中止inputcap ture ISR2。中止程序读取定时器A3通道捕捉寄存器的当时值，结合前一次中止中读入的值和定时器A的溢出次数，算出一个方位脉冲周期内对定时器A的高频时钟脉冲的计数，成果用于速度的核算。
4.3.3 定时器B溢出中止(TIMERB ISR)
定时器B每隔10ms溢出中止一次，中止程序中置位标志位timerflag，然后使得主程序死循环内的10ms服务程序能被履行。
定时器A3、定时器B的中止答应在LIN通讯服务程序中被封闭，而换向中止被保存，然后确保了通讯的牢靠性和电机的运转安稳。
5、实验成果
选用所规划的操控器，以一台无刷直流电机(其标准等同于额外电压为48V、额外功率为150W 的客车空调鼓风机驱动用无刷电机)为实验方针，实验图如图4所示。
图4 实验图
图4中操控器选用42V /12V双电压供电。LIN图4 实验图总线的主节点由PC机来模仿，它经过RS232 串口经由一块RS232转LIN的接口卡PC card与LIN总线相连，其LIN 通讯的软件使用Labview界面环境开发。
实践运转成果表明：电机能快速起动、制动、精确及时盯梢主节点的给定速度，操控器运转安稳、牢靠，能满意实时操控的要求。
6、定论
作者所规划根据LIN总线的无刷直流电机操控器，硬件电路结构简略，兼容未来轿车的42V供电电系，具有高的性价比。此外，因为LIN总线是一种敞开的协议，该操控器不只适用于轿车电子范畴，还可用于工业操控、家电等其他范畴。
