摘要：車栽電源管理器在汽車電氣設備控制中具有非常重要的地位。采用STC12C5410AD作為主控單元被用于交通特種車車載電氣設備的電源控制，該控制系統具有低成本、可靠性高、易于實現的特點，經過檢測和調試，該系統運行穩定，性能良好。

0引言

隨著汽車工業和電子技術的進步，車載電氣設備日益增多。交通警務車因其使用要求和場合的特殊性，更是對車載電源提出了新的要求。為實現移動警務的信息處理要求，車載電腦、視頻監控設備、夜間照明設備、車載特種測速等一些大功率的電氣設備被集成于汽車內部。因此，要求對上述設備電源可靠控制，并且當汽車停止運行以后，蓄電池電壓降低設定值時，切斷對外圍設備供電，以保證汽車點火系統的正常工作和蓄電池不會因過量放電而造成損壞。幾乎所有連接至汽車電池的電子組件和電路均要求保護，以免于受到抑制、瞬態電壓(高達60V)和反向電壓狀態的損害。同時，在蓄電池電量不足時，提示用戶備份車載電腦中的數據，復位機械伸縮部件，以保證車載各個部件安全可靠的工作。

對上述實際要求，本文提出以STC5410AD單片機為主控制單元，通過誤差放大器、電流檢測以及電壓檢測電路，根據設定參數進行車載電氣設備供電管理。

1STCl2C5410AD單片機的介紹

該系列單片機是新一代高速MCU,指令代碼完全兼容傳統8051,速度快8-12倍，內部集成MAX810專用復位電路，外部晶振20M以下時，可省外部復位電路。4路pWM,8路高速10位A/D轉換，針對電機控制，強干擾場合。該系列單片機有一個全雙工的串行通訊口，單片機和pC之間進行串行通訊時必須有~個電平轉換電路，因為電腦的串口是I塔232電平的，而單片機的串口是11L或CMOS電平的，我們采用了專用芯片Sp232EQ呵進行轉換。

·工作電壓：5.5V~3.5V單片機(5V單片機)/3.8V-2.2V(3V單片機)

·工作頻率范圍：0-35MHz

·用戶應用程序空間10K,片上集成512RAM

·GpIO口15個，可設置成四種模式：準雙向口/弱上拉，推挽，強上拉，僅為輸入(高阻)

·pWM(4路)/pCA(可編程計數器陣列)

·ISp(在系統編程)/IAp(在應用編程)，無需專用編程器和專用的仿真器，可以方便把設計的硬件電路接應用系統中，一邊調試一邊通過串口(p3.0/3.1)直接下載用戶程序

·8路lO位高速A巾轉換器，速度均可達100KHz(10萬次，秒)，可做溫度檢測、電池電壓檢測、按鍵掃描、頻譜檢測等。A/D轉換結果計算公式如下：

(ADC_DATA[7:0],ADCLOW2[1:0])=1024xVin/Vcc,Vin為模擬輸入通道輸入電壓，Vcc為單片機實際工作電壓，用單片機工作電壓作為模擬參考電壓。取ADCD朋陡的8位為ADC轉換的高8位，取ADCLoW2的低2位為ADC轉換的低2位，則為10位精度。

2車載電源管理器電路設計與功能原理

2.1電路設計及重要工作原理

圖1引擎觸發信號采樣電路

集成運算放大器是一個具有高開環電壓放大倍數的多級直接耦合放大電路。為使運放有較高的輸入電阻及很強的抑制零點漂移的能力，輸入級采用差動放大電路，由晶體管或場效應組成。本電源管理器電路重要有兩部分組成。圖1所示電路部分，通過LM358雙輸入集成運算放大器采樣蓄電池兩端電壓輸出。采用由雙輸入集成運算放大器LM358M進行引擎信號采樣，其結構如圖2所示：

圖2LM358內部原理圖。

LM358M內部由兩個相互對立的集成運算放大器組成。

在本電路設計中只用了一個運放構成減法電路，將另一個運放構成電壓跟隨器消除級間竄擾。由于LM358反相輸入端存在耦合電容。汽車停止狀態時，電池兩端輸出約為14VDC左右穩定的直流波形。由于TL431鉗位用途，使得LM358同相和反相輸入端維持在于2.5V左右，運算放大器輸出為低電平。汽車引擎在點火與加速時，發動機的突然啟動或加速會將電池電壓瞬間拉低，電池兩端電壓出現跳變，輸出為周期脈沖，如圖3:

圖3引擎觸發信號波形。

此時，由于耦合電容和齊納二極管共同的用途使得在LM358正相輸入端和反相輸入端出現電壓差，經過波形整形電路出現穩定的低電平。STC單片機采樣LM358輸出端7腳信號電平的高低判斷汽車是否起動，延時判斷主用電池和備用電池的電雎值，與設定值進行比較決定打開或者關閉主電池和備電池輸出信號，在后級電路中接入達林頓管驅動較大功率繼電器以推動大功率負載。見圖4:

圖4STCl2C5410AD控制系統電路。

2.2重要功能

圖1分別完成發動引擎信號的采集和脈沖波形的判斷，準確判斷汽車何時發動，何時停止，為汽車蓄電池與汽車點火系統正常工作供應保護。監測車載用電設備工作情況，當汽車停止熄火后繼續為周邊設備供電，直到達到內部設定值，停止供電防止汽車蓄電池因過量放電造成電池耗盡。同時，保證緊急與在啟動所需電力和處于工作狀態的設備及時復位。

電源管理器送電工作后，在圖4中通過STC單片機監測后備蓄電池電壓，同時延時判斷汽車引擎是否正常發動，運轉正常后開始對后備蓄電池進行充電。當汽車正常運轉時，主蓄電池或備用蓄電池電壓降設定值，蜂鳴器發出報警，并通過RS485通信口將數據傳至車載電腦中保存記錄。當蓄電池電壓降至危險值時，切斷車載用電設備供電，以保證汽車引擎點火系統工作正常。同時，電源管理器系統進入休眠狀態。只有當汽車引擎發動，并工作一段時間根據汽車蓄電池電量恢復情況啟動供電系統。

2.3程序設計流程

本系統采用C語言編程用C語言來編寫目標系統軟件，會大大縮短開發周期，且明顯地新增軟件的可讀性，便于改進和擴充，從而研制出規模更大、性能更完備的系統。

通過對集成運放采集的引擎觸發信號與設定閾值相比較，計算有效脈沖數確定汽車引擎的工作狀態。主電池和備用電池電壓通過電阻網絡送入sTcl2c541m~D的19、18腳AD采樣端，通過計算判斷主電池和備用電池是否存在欠壓，通過p1.O~p1.3口送出編碼信號給車載電腦提示用戶及時保存數據并發出蜂鳴報警。該軟件系統的流程框圖如圖5所示。

圖5單片機程序流程圖。

3結論

在今天，汽車工業日新月異，車載電源管理在整個汽車電氣控制中具有舉足輕重的地位。它不但保護車內用電設備，還同時保證駕駛者行車安全。由于該電源管理器具有成本低、易于實現、穩定性好已經被成功用于浙江某地區特種裝備車電氣系統改造。