絞盤馬達控制系統的製作方法
2023-09-17 16:20:25 2
專利名稱：絞盤馬達控制系統的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於汽車電子領域，尤其涉及一種絞盤馬達控制系統。
技術背景電動絞盤主要用于越野汽車、農用汽車、ATV運動車、遊艇、以及其它特 別車輛。是車輛、船隻的自我保護及牽引裝置，可在雪地、沼澤、沙漠、海灘、 泥;寧山路等惡劣環境中進行車輛自救，並可能在其它條件下，進行清障、拖拉 物品、安裝設施等作業，是石油、水文、環保、林業、交通、公安、邊防、及 其它野外運動不可缺少的安全裝置。電動絞盤內部的工作原理機制是汽車蓄電池的電力首先帶動電動馬達。 鼓輪轉動帶動主動軸，主動軸再帶動行星齒輪，產生強大的減速比。於是增加 的扭力被傳回到輪鼓，鼓輪便帶動鋼纜。馬達和齒輪之間有一個離合器，能夠 通過一個手柄開關。制動單元在輪鼓內部，當鋼纜繃緊時，鼓輪就會自動鎖住。對於其中絞盤馬達的控制，現有的控制器多為通過機械部件結合簡單的繼 電器來實現，智能化程度不高，對於一些異常狀況的發生也沒有報警機制。實用新型內容本實用新型實施例所要解決的技術問題在於，提供一種智能化、自動化的 絞盤馬達控制系統。為解決上述技術問題，本實用新型實施例提供一種絞盤馬達控制系統，包括用於完成對絞盤供電電源單元的檢測、絞盤電流的檢測和絞盤溫度的檢測， 並與搖控器進行實時通訊的控制，調節絞盤的速度，關閉或打開H橋控制單元 的主控制器MCU;用於控制絞盤馬達電流，以及絞盤馬達正轉和反轉的H橋控制單元；用於驅動H橋控制單元的H橋驅動器；用於與遙控器進行實時通信的有線接口單元；所述H橋驅動器、有線接口單元分別連接到所述MCU;用於控制在所述有線接口單元接入遙控器時啟動所述H橋驅動器的邏輯鎖 存單元，所述邏輯鎖存單元分別與所述有線接口單元和H橋驅動器相連。本實用新型實施例具有以下有益的效果通過引入MCU和其他功能電遊^莫 塊，不僅可以實現通過有線或者無線搖控器對絞盤進行正轉與反轉的控制，還 提供了供電低電壓報警、高溫報警以及異常狀態處理機制，大大提升了馬達控 制器的智能化、自動化水平。還可提高絞盤馬達的效率，可以讓用戶對絞盤的 速度進行自由控制，具有更大的實用性。由於增加了更多的保護電路，增強了 安全性。比傳統的繼電器更可靠，更穩定，對生產生活帶來更大的便利。
圖1是本實用新型實施例絞盤馬達控制系統的外部連接示意圖。 圖2是本實用新型實施例絞盤馬達控制系統的另 一外部連接示意圖。 圖3是本實用新型實施例絞盤馬達控制系統的電路原理方框圖。 圖4a-4b是本實用新型實施例絞盤馬達控制系統的具體電路連接圖。 圖5是本實用新型實施例絞盤馬達控制系統的具體電路方框圖。 圖6a-6b是本實用新型實施例絞盤馬達控制系統的H橋控制單元通過 MOSFET控制絞盤馬達轉向的示意圖。圖7是本實用新型實施例絞盤馬達控制系統的具體控制流程示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型進行詳細描述。請參照圖1所示，本實用新型實施例絞盤馬達控制系統1通過線纜與絞盤2 的馬達相連，並與遙控器4進行通信，其由12V電池3供電。圖2給出了另一 種外部連接方案，與圖l所示類似，區別在於絞盤馬達控制系統1與絞盤2的馬達之間的線纜連接方式不同，以及絞盤馬達控制系統1通過快速插頭5與遙 控器4相連。再請參照圖3所示，本實用新型實施例絞盤馬達控制系統，包括用於完 成對絞盤供電電源單元的^r測、絞盤電流的4企測和絞盤溫度的4企測，並與搖控 器進行實時通訊的控制，調節絞盤的速度，關閉或打開H橋控制單元的主控制 器MCU 11;用於控制絞盤馬達電流，以及絞盤馬達正轉和反轉的H橋控制單元13; 用於驅動H橋控制單元13的H橋驅動器12; 用於與遙控器進行實時通信的有線接口單元14;所述H橋驅動器12、有線接口單元14分別連接到所述MCU11;用於控制在所述有線接口單元接入遙控器時啟動所述H橋驅動器的邏輯鎖 存單元15,所述邏輯鎖存單元15分別與所述有線接口單元14和H橋驅動器12 相連。請同時結合圖4a、 4b所示，主控制器MCU是晶片U3,其具有2KByte的 快閃記憶體Flash, 256Byte隨機存儲器RAM, 10Bit模擬數字轉換AD，及256Byte的 電可擦除只讀存儲器EEPROM。請再參照圖5所示，H橋驅動器12包括一級驅動電路和二級驅動電路，用 於控制放大控制信號，以便驅動大電流的H橋控制單元13。 一級驅動電路是將 從MCU出來的控制信號進行電壓與電流的轉換，控制第二級驅動電路，包括 晶片U2、 U5、 U6、 U7、 U8、 U9、 Ull、 U12、 U13、 U15,電容Cll、 C12、 C57、 C58、 C61、 C17、 C62，電阻R26、 R27、 R29、 R28、 R33、 R32、 R30、 R31、 R40、 R41、 R43、 R42、 R47、 R46、 R44、 R45,三極體Q2、 Q5、 Ql、 Q6。H橋控制單元13用於控制絞盤馬達電流，以及絞盤馬達正轉和反轉，本實 施例中H橋控制單元13包括金屬氧化物場效應管MOSFET,其電路包括金屬 氧化物場效應管QXO、 QX1、 QX2、 QX3、 QX4、 QX5、 QX12、 QX13、 QX14、QX15、 QX16、 QX17、 QX6、 QX7、 QX8、 QX9、 QXIO、 QXll、 QX18、 QX19、 QX20、 QX21、 QX22、 QX23,柵極驅動電阻R104、 R108、 R109、 RllO、 Rlll、 R113、 R112、 R301、 R300、 R302、 R303、 R304、 R305、 R313、 R102、 RIOO、 RlOl、 E105、 R106、 R107、 R103、 R310、 R306、 R307、 R308、 R309、 R311、 R314。請參照圖5a所示，將M0SFET(1)打開、M0SFET(2)、 MOSFET(4)關閉， M0SFET(3)加入脈衝寬度調至脈沖後，電流依次流經MOSFET(l)和 MOSFET(3),然後流入絞盤馬達，即可實現馬達調速的正轉。請參照圖5b所示，將M0SFET(2)打開、MOSFET(l)、 MOSFET(3)關閉， MOSFET(4)加入脈沖寬度調至脈衝後，電流依次流經MOSFET(l)和 MOSFET(3),然後流入絞盤馬達，即可實現馬達調速的反轉。本實用新型實施例中，H橋控制單元13還連接有保護單元130，用於去除 或吸收H橋控制單元13開關控制過程中產生的高頻寄生振蕩，以保證控制的可 靠性和有效性。本實施例中保護單元130具體包括肖特基二極體D401，並聯 的電阻R403、 R404、 R405,電容C408、 C409、 C422、 C423、 C424、 C425、 C426、 C427、 C428、 C429、 C430、 C431、 C432、 C433、 C434、 C435、 C436、 C437、 C438、 C439、 C440、 C441、 C442、 C433。有線接口單元14用於與有線遙控器進行通信，其包括晶片Jl, 二極體D1、 D2,電阻R4、 R5。本實用新型實施例的邏輯鎖存單元15,其功能是在所述有線接口單元14 接入遙控器時啟動所述H橋驅動器12;在沒有插入搖控器的時候，控制H橋驅 動器12不工作，這樣最大限度地避免了由於MCU等其它多因素不穩定所帶來 的整個系統不可靠的問題。邏輯鎖存單元15包括以下元件二極體D3、 D5， 三極體Q3、 Q4、 Q7,電阻R34、 R39、 R38、 R36、 R35,電容C2,其中電 容C2和電阻R39相併聯，共同連接在三極體Q3的集電極；二極體D5和電阻 R38均分別連接在三極體Q4的基極；電阻R35連接在三極體Q7的基極。在圖5中，即邏輯鎖存電路。
請繼續結合參照圖3、圖5所示，本實用新型實施例還包括狀態指示單元 16,即圖5中的LED指示電路，與主控制器MCU11相連，用於將絞盤主控制 器MCUll的當前狀態通過LED燈指示出來，其電路包括晶片Ul、 JP1、 JP2, 電阻R14、 R15、 R16、 R17、 R18、 R19、 R20,電容CIO。
本實用新型實施例還包括邏輯保護單元，即圖5中的邏輯保護電路，連接 在主控制器MCUll與H橋控制單元13之間，並與H橋驅動器12相連，用於 當溫度、電壓、電流超過設定值後自動關閉H橋驅動器12，從而保護H橋驅動 器12和保護絞盤及電機。
本實用新型實施例還包括電流檢測單元，即圖5中的電流;險測電路，連接 在主控制器MCU11與H橋控制單元13之間，用於檢測絞盤馬達的電流，其包 括晶片U14，電阻R94、 R95、 R96,電容C55、 C56。
本實用新型實施例還包括溫度檢測單元，即圖5中的溫度檢測電路，連接 在主控制器MCU11與H橋控制單元13之間，用於監控系統的溫度變化，當系 統溫度達到設定的溫度以後，MCU 11進行停止輸出並進行當前狀態指示，以保 護H橋控制單元13和絞盤馬達。其電路包括晶片J6、 J7、 J8、 J9、 J10,電 阻R8、 R9、 Rl、 R2、 R3、 RIO、 Rll、 R315、 R312,電容C8、 C9,其中電阻 R8、 R9、 Rl、 R2、 R3、 RIO、 Rll均為溫度傳感器的分壓電阻；電容C8、 C9 分別為溫度傳感器輸出的濾波電容，以穩定信號的作用，減少幹擾；電阻R315、 R312為溫度傳感器。
本實用新型實施例還包括電源單元17,所述電源單元17進一步包括依次相 連的開關電源穩壓器、12V電源穩壓器和5V電源穩壓器，具體如下
與12V電池3相連、用於將12V電壓轉換為20V的開關電源穩壓器，其包 括晶片U16,變壓器T1，電容C1、 C63、 C19、 C21、 C22、 C24、 C44、 C47、 C48、 C49、 C50、 C51、 C46、 C64、 C65、 C66,電感Ll,電阻R90、 R91、 R92、 R93, 二極體D4;然後再通過12V電源穩壓器將20V電壓轉換成所需要的12V電壓，其電路 包括晶片U17,電容C52、 C53，得到驅動器所需要的驅動器電源，再通過5V 電源穩壓器，將其轉換為MCU11及一些外圍設備所需要的電壓，其電路包括 晶片U18,電容C54、 C67。
本實用新型實施例還包括超級濾波電源單元18,與電源單元17相連，用於 減少使用電源單元17的噪聲和抑制調速時引起的尖峰幹擾。
本實用新型實施例還設置有開關單元19,用於切斷電源單元18,以在MCU 11或H橋控制單元13在出現任何故障的時候，有效保護系統的安全。
請參照圖7所示，本實用新型實施例絞盤馬達控制系統的具體控制流程如
下
步驟l,絞盤馬達控制系統進行初始化，時鐘是8MHz，配置將4莫擬信號轉 換為數位訊號的AD通道。在以後的模擬信號採集中即可不再重複進行通道配置。
步驟2,通過看門狗進行餵狗，判斷是否接收遙控命令，如果是則進入步驟 3;如果不是則進入步驟4。
步驟3,判斷接收的是何種遙控命令，即有線遙控器傳輸"IN"(表示絞盤 正轉)或"OUT"(表示絞盤反轉)，並根據所述遙控命令進行控制處理；
如果是"IN"命令，則調節佔空比，搖控器IN燈點亮變綠色，給用戶以指 示當前的狀態是"IN"，關閉OUT驅動器，打開IN驅動器，控制絞盤正轉；
如果是"OUT"命令，則調節佔空比，搖控器OUT燈點亮變紅色，給用戶 以指示當前的狀態是"OUT"，關閉IN驅動器，打開OUT驅動器，控制絞盤 反轉；
如果既不是"IN"也不是"OUT",則關閉驅動器及指示器。 本實施例中調節佔空比的作用在於，通過佔空比的改變即可改變MOSFET 的導通時間與截止時間，繼而可改變輸出電流的平均值，以達到控制速度目的。 步驟4，檢測絞盤馬達控制裝置的工作狀態並根據檢測結果進行相關控制，進一步包括以下步驟
步驟41，供電電壓是否過低，如果是，則關閉IN、 OUT驅動器，然後啟動 低電壓報警；如果不是，則進入步驟42;
步驟42溫度是否過高，如果是，則關閉IN、 OUT驅動器，然後啟動高溫 報警；如果不是，則進入步驟43;
步驟43如絞盤上的電流是否過大，如果是，則關閉IN、 OUT驅動器，然 後啟動過流報警；如果不是，則回到步驟2。
本實用新型實施例通過引入MCU和其他功能電路模塊，不僅可以實現通過 有線或者無線搖控器對絞盤進行正轉與反轉的控制，還提供了供電低電壓報警、 高溫報警以及異常狀態處理機制，大大提升了馬達控制器的智能化、自動化水 平。還可提高絞盤馬達的效率，可以讓用戶對絞盤的速度進行自由控制，具有 更大的實用性。由於增加了更多的保護電路，增強了安全性。比傳統的繼電器 更可靠，更穩定，對生產生活速來更大的便利。本實用新型實施例尤其適用於 對大電流場合的應用控制，在控制過程中，實時的對整個系統的溫度、電壓、 電流等進行全方位的檢測，增強了系統的可靠性。
權利要求1、 一種絞盤馬達控制系統，其特徵在於包括用於完成對絞盤供電電源單元的檢測、絞盤電流的檢測和絞盤溫度的檢測， 並與搖控器進行實時通訊的控制，調節絞盤的速度，關閉或打開H橋控制單元 的主控制器MCU;用於控制絞盤馬達電流，以及絞盤馬達正轉和反轉的H橋控制單元；用於驅動H橋控制單元的H橋驅動器；用於與遙控器進行實時通信的有線接口單元；所述H橋驅動器、有線接口單元分別連接到所述MCU;用於控制在所述有線接口單元接入遙控器時啟動所述H橋驅動器的邏輯鎖
2、 根據權利要求1所述的絞盤馬達控制系統，其特徵在於所述MCU包 括晶片U3，其具有2KByte的快閃記憶體Flash, 256Byte的隨機存儲器RAM， 10Bit 數字模擬轉換AD,及256Byte的電可擦除只讀存儲器EEPROM。
3、 根據權利要求1所述的絞盤馬達控制系統，其特徵在於所述邏輯鎖存 單元包括以下元件二極體D3、 D5,三極體Q3、 Q4、 Q7,電阻R34、 R39、 R38、 R36、 R35,電容C2,其中電容C2和電阻R39相併聯，共同連接在三 極管Q3的集電極；二極體D5和電阻R38均分別連接在三極體Q4的基極；電 阻R35連接在三極體Q7的基極。
4、 根據權利要求1所述的絞盤馬達控制系統，其特徵在於還包括與所 述主控制器MCU相連、用於將所述MCU的當前狀態通過LED燈指示出來的 狀態指示單元，其包括晶片Ul、 JP1、 JP2,電阻R14、 R15、 R16、 R17、 R18、 R19、 R20,電容CIO。
5、 根據權利要求l所述的絞盤馬達控制系統，其特徵在於所述H橋控制 單元包括金屬氧化物場效應管QX0、 QX1、 QX2、 QX3、 QX4、 QX5、 QX12、 QX13、 QX14、 QX15、 QX16、 QX17、 QX6、 QX7、 QX8、 QX9、 QXIO、 QXll、QX18、 QX19、 QX20、 QX21、 QX22、 QX23,柵極驅動電阻R104、 R108、 R109、 RllO、 Rlll、 R113、 R112、詣l、詣O、 R302、 R303、 R304、 R305、 R313、 R102、 RIOO、 RlOl、 E105、 R106、 R107、 R103、 R310、 R306、 R307、 R308、 詣9、 R311、 R314。
6、 根據權利要求l所述的絞盤馬達控制系統，其特徵在於所述H橋控制 單元還連接有用於去除或吸收H橋控制單元開關控制過程中產生的高頻寄生振 蕩，以保證控制的可靠性和有效性的保護單元，所述保護單元包括肖特基二 極管D401,並聯的電阻R403、 R404、 R405，電容C408、 C409、 C422、 C423、 C424、 C425、 C426、 C427、 C428、 C429、 C430、 C431、 C432、 C433、 C434、 C435、 C436、 C437、 C438、 C439、 C440、 C441、 C442、 C433。
7、 根據權利要求1所述的絞盤馬達控制系統，其特徵在於還包括用於 檢測絞盤馬達的電流的電流檢測單元，所述電流檢測單元連接在所述MCU與H 橋控制單元之間，包括晶片U14，電阻R94、 R95、 R96,電容C55、 C56。
8、 根據權利要求1所述的絞盤馬達控制系統，其特徵在於還包括用於 監控系統的溫度變化的溫度^r測單元，所述溫度檢測單元連接在所述MCU與H 橋控制單元之間，包括晶片J6、 J7、 J8、 J9、 JIO，電阻R8、 R9、 Rl、 R2、 R3、 RIO、 Rll、 R315、 R312,電容C8、 C9,其中電阻R8、 R9、 Rl、 R2、 R3、 RIO、 Rll均為溫度傳感器的分壓電阻；電容C8、 C9分別為溫度傳感器輸出的濾波電 容；電阻R315、 R312為溫度傳感器。
9、 根據權利要求1所述的絞盤馬達控制系統，其特徵在於還包括電源 單元，所述電源單元進一步包括與12V電池相連、用於將12V電壓轉換為20V 的開關電源穩壓器；用於將20V電壓轉換成所需要的12V電壓的12V電源穩壓 器；以及用於將12V電壓轉換成所需要的5V電壓的5V電源穩壓器。
專利摘要本實用新型提供一種絞盤馬達控制系統，包括用於完成對絞盤供電電源單元的檢測、絞盤電流的檢測和絞盤溫度的檢測，並與遙控器進行實時通訊的控制，調節絞盤的速度，關閉或打開H橋控制單元的主控制器MCU；用於控制絞盤馬達電流，以及絞盤馬達正轉和反轉的H橋控制單元；用於驅動H橋控制單元的H橋驅動器；用於與遙控器進行實時通信的有線接口單元；所述H橋驅動器、有線接口單元分別連接到所述MCU；用於控制在所述有線接口單元接入遙控器時啟動所述H橋驅動器的邏輯鎖存單元，所述邏輯鎖存單元分別與所述有線接口單元和H橋驅動器相連。本實用新型可大大提升對絞盤馬達控制的智能化、自動化水平。
文檔編號H02H5/04GK201156715SQ200820091680
公開日2008年11月26日 申請日期2008年1月17日 優先權日2008年1月17日
發明者龍彥丞 申請人:麥爾馬克汽車電子(深圳)有限公司