一种基于PWM总线控制的智能节气门的电路的制作方法

本发明涉及非接触式霍尔、PWM总线、直流电机驱动技术应用领域，特别是一种基于PWM总线控制的智能节气门的电路。

背景技术：

随着经济的飞速发展，汽车产业逐渐上升为我国经济支柱产业，伴随着现代国内汽车电子控制技术的快速发展，提高汽车行驶的安全性、动力性、平稳性及经济性，并减少排放污染，世界各大汽车制造商推出了各种控制特性良好的电子节气门及其相应的电子控制系统，组成电子节气门控制系统。采用电子节气门控制系统，使节气门开度得到精确控制，不但可以提高燃油经济性，减少排放，同时，系统响应迅速，可获得满意的操控性能；另一方面，可实现怠速控制、巡航控制和车辆稳定控制等的集成，简化了控制系统结构；油门踏板器将汽车运行工况的信号传递给电子控制单元(ECU- Electronic Control Unit)，ECU 经过分析处理，ECU通过CAN总线发送的节气门开度命令，实现控制电机带动阀门到达开度命令要求的位置；因此行业内不仅对智能节气门耐久性、可靠性、稳定性、耐高温环境性能要求严格，同时还要智能节气门电子设计预防输出短路、过压保护、ESD防护。

技术实现要素：

本发明新型要解决的技术问题为：通过PWM总线接受ECU控制模块的节气门开度命令，再由处理器单元内部的PID算法实时监测线性霍尔反馈的位置信号、环境温度信息、电源电压等信息，在响应的时间范围内，控制电机带动阀门到达开度命令要求的位置，解决了因换不同厂家的节气门，由于节气门内部存在弹簧、电机等参数不同，需要ECU经行PID算法标定的问题，避免由输出短路、过压、ESD带来的问题。

为了实现上述目的，本发明采取的技术手段为：一种基于PWM总线控制的智能节气门的电路，其特征在于，包括采用线性霍尔传感器的节气门角度位置采集模块、SPI信号滤波模块、处理器单元、故障反馈模块、PWM信号单向通信模块、ECU控制模块、电机驱动模块、电机驱动电源滤波模块、电机控制使能模块、电压检测模块、温度检测模块和电源模块；所述节气门角度位置采集模块与SPI信号滤波模块连接，所述SPI信号滤波模块与处理器单元连接，所述故障反馈模块的输入端与处理器单元连接，所述故障反馈模块的输出端与ECU控制模块连接；所述PWM信号单向通信模块的输入端与ECU控制模块连接，所述PWM信号单向通信模块的输出端与处理器单元连接，所述处理器单元与电机控制使能模块的输入端连接，所述电机控制使能模块的输出端与电机驱动模块连接，所述处理器单元与电机驱动模块连接且控制电机驱动模块输出功率，所述电压检测模块与处理器单元连接，所述温度检测模块与处理器单元连接，所述电源模块给节气门角度位置采集模块、处理器单元、故障反馈模块、PWM信号单向通信模块、ECU控制模块、电压检测模块、温度检测模块和电机驱动模块供电。

进一步地，所述故障反馈模块包括电阻R6、电阻R9、三极管Q1、电阻R4、电阻R20、电阻R23、三极管Q2和TVS管TVS2；所述电阻R6的一端作为输入端与处理器单元连接，其另一端与电阻R9的一端、三极管Q2的集电极、三极管Q1的基极连接，所述电阻R9的另一端接地，所述三极管Q2的基极与电阻R20的一端连接，所述电阻R20的另一端与三极管Q1的发射极、电阻R23的一端连接，所述三极管Q1的集电极与电阻R4的一端、TVS管TVS2一端连接，所述三极管Q1的集电极作为输出端与ECU控制模块连接，所述电阻R4的另一端与电源模块连接，所述三极管Q2的发射极与电阻R23的另一端、TVS管TVS2另一端连接且接地。

进一步地，所述PWM信号单向通信模块包括电阻R7、电阻 R8、电阻R21、电阻R22、电阻R24、型号为LM2904的运放放大器U3、电容C13、电阻R19和电容C14；所述电阻R19的一端与电容C14的一端连接且作为输出端与处理器单元连接，所述电容C14的另一端接地，所述电阻R19的另一端与运放放大器U3的1引脚连接，所述运放放大器U3的3引脚与电阻R7的一端、电阻R8的一端连接，所述电阻R7的另一端接地，所述电阻R8的另一端与电源模块连接，所述运放放大器U3的2引脚与电阻R24的一端、电阻R21的一端连接，所述电阻R21的另一端与电阻R22的一端连接且作为输入端与MCU控制模块连接，所述电阻R22的另一端与电源模块连接，所述电阻R24的另一端与运放放大器U3的4引脚连接且接地，所述运放放大器U3的8引脚与电容C13的一端连接且接电源模块，所述电容C13的另一端接地。

进一步地，所述处理器单元包括处理器芯片U2、引脚防护电路单元、晶振电路单元、程序导入接口电路单元、上电复位电路单元和电源端滤波电路单元；所述引脚防护电路单元、晶振电路单元、程序导入接口电路单元、上电复位电路单元和电源端滤波电路单元分别与处理器芯片U2连接。

进一步地，所述处理器芯片U2型号为MC9S12G128MLH，所述引脚防护电路单元由排阻组成，所述晶振电路单元与处理器芯片U2的8引脚、10引脚连接，所述上电复位电路单元与处理器芯片U2的4引脚连接，所述电源端滤波电路单元与处理器芯片U2的5引脚、6引脚、49引脚、50引脚连接，所述程序导入接口电路单元与处理器芯片U2的16引脚，所述处理器芯片U2的7引脚、9引脚和51脚接地，所述处理器芯片U2的11引脚通过串联电阻接地，所述处理器芯片U2的其他引脚与排阻连接。

进一步地，所述节气门角度位置采集模块包括型号为MLX90363的线性霍尔传感器U5、电容C33、电容C34、电容C35、电容C36、电容C37 、TVS管TVS4和磁珠B8；所述电容C33一端与线性霍尔传感器U5的1引脚连接，另一端接地；所述电容C37一端与线性霍尔传感器U5的9引脚连接，另一端接地；所述电容C36一端与线性霍尔传感器U5的11引脚连接，另一端接地；所述线性霍尔传感器U5的5引脚、2引脚、10引脚和13引脚接地；所述电容C34的一端与磁珠B8的一端连接且用于连接电源模块，所述磁珠B8的另一端与电容C35的一端、TVS管TVS4一端、线性霍尔传感器U5的3引脚连接，所述电容C34的另一端、电容C35的另一端和TVS管TVS4的另一端均接地，所述线性霍尔传感器U5的8引脚和16引脚连接，所述线性霍尔传感器U5的6引脚和14引脚连接，所述线性霍尔传感器U5的4引脚和12引脚连接。

进一步地，所述SPI信号滤波模块包括磁珠B3、磁珠B4、磁珠B5、磁珠B6、磁珠B7、电容C22、电容C24、电容C26、电容C28和电容C30，所述磁珠B3的一端与线性霍尔传感器U5的4引脚连接，其另一端与电容C22 的一端、处理器单元中的排阻连接，所述电容C22的另一端接地；所述磁珠B4的一端与线性霍尔传感器U5的8引脚连接，其另一端与电容C24 的一端、处理器单元中的排阻连接，所述电容C24的另一端接地；所述磁珠B5的一端与线性霍尔传感器U5的6引脚连接，其另一端与电容C26 的一端、处理器单元中的排阻连接，所述电容C26的另一端接地；所述磁珠B6的一端与线性霍尔传感器U5的15引脚连接，其另一端与电容C28 的一端、处理器单元中的排阻连接，所述电容C28的另一端接地；所述磁珠B7的一端与线性霍尔传感器U5的7引脚连接，其另一端与电容C30 的一端、处理器单元中的排阻连接，所述电容C30的另一端接地。

进一步地，所述电机驱动电源滤波模块包括电容C31和电容C32，所述电机控制使能模块包括电阻R18、电阻R15和电容C25，所述电机驱动模块包括型号为MC33931的全桥驱动芯片U4、电容C29、电阻R16、电阻R17、电容C23和电容C27，所述电容C31和电容C32并联后一端接地，另一端与全桥驱动芯片U4的25引脚、26引脚、7引脚、8引脚连接，所述电阻R15和电容C25并联后一端接地，另一端与全桥驱动芯片U4的3引脚连接，所述电阻R18一端与电源模块连接，另一端与全桥驱动芯片U4的32引脚连接，所述电阻R16与电容C23串联后一端接地，另一端与全桥驱动芯片U4的10引脚连接，所述电阻R17与电容C27串联后一端接地，另一端与全桥驱动芯片U4的22引脚连接。

进一步地，所述电源模块包括电源稳压模块、电源滤波模块和12V转5V直流电源模块；所述电源稳压模块与电源滤波模块连接，所述电源滤波模块与12V转5V直流电源模块连接。

进一步地，所述电源稳压模块包括陶瓷电容C2、二极管D1、二极管D2和TVS管TVS1；所述陶瓷电容C2一端与二极管D1、二极管D2的正极连接且作为电源稳压模块的输入端，所述二极管D1、二极管D2的负极与TVS管TVS1的一端连接且作为电源稳压模块的输出端，所述TVS管TVS1的另一端与陶瓷电容C2另一端连接且接地。

进一步地，所述电源滤波模块包括电解电容E1、电容C1、电容C5和电容C6；所述电解电容E1、电容C1、电容C5和电容C6并联且其中一公共端与电源稳压模块的输出端连接，另一公共端接地。

进一步地，所述12V转5V直流电源模块包括线性电源芯片U1、电容C3和电容C4；所述线性电源芯片U1的输入端与电源稳压模块的输出端连接，所述线性电源芯片U1的输出端与电容C3、电容C4的一端连接，所述电容C3、电容C4的另一端与所述线性电源芯片U1的接地端相接且接地。

进一步地，所述电压检测模块包括第一分压电路单元、第一滤波电路单元和钳位二极管D3，所述第一分压电路单元包括电阻R1和电阻R3；所述第一滤波电路单元包括电容C9、电容C10和电阻R2；所述电阻R1的一端与电源模块连接，另一端与电阻R3一端、电容C9的一端、电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端与电容C10的一端、钳位二极管D3中间端连接且作为电源电压检测模块输出端；所述电阻R3、电容C9、电容C10的另一端与钳位二极管D3的正极相接且接地，所述嵌位二极管D3的负极与电源模块连接。

进一步地，所述温度检测模块包括第二分压电路单元、第二滤波电路单元和钳位二极管D4，所述第二分压电路单元包括电阻R10和温敏电阻R13；所述第二滤波电路单元包括电容C19和电阻R12；所述电阻R01的一端与电源模块连接，另一端与温敏电阻R13一端、电阻R12的一端连接，所述电阻R12的另一端与电容C19的一端、钳位二极管D4中间端连接且作为输出端；所述温敏电阻R13、电容C19的另一端与钳位二极管D4的正极相接且接地，所述嵌位二极管D4的负极与电源模块连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果为，当节气门处在不同角度位置时，可通过节气门角度位置采集模块，实现节气门阀门位置的识别；当ECU控制模块通过PWM总线（PWM总线由故障反馈模块和PWM信号单向通信模块组成）发送气门开度命令时，处理器单元通过PWM总线接受ECU的节气门开度命令，再由处理器内部的PID算法实时监测线性霍尔反馈的位置信号、环境温度信息、电源电压等信息，在响应的时间范围内，控制电机带动阀门到达开度命令要求的位置；当节气门内部出现故障时，可以通过PWM总线将故障信息上报至ECU控制模块处理；当电机驱动或者位置信号出现异常时，智能节气门可以将节气门自身故障通过故障反馈模块告知ECU控制模块，ECU控制模块通过系统控制策略来处理当前的故障模式，以避免智能节气门不工作的故障；当电源模块出现过压或干扰时，电源稳压模块和电源滤波模块将吸收过压和干扰信号，以保护后面的相关信号处理电路。

附图说明

图1所示为本发明模块结构示意框图；

图2所示为本发明中电源模块结构示意图；

图3所示为本发明中电压检测模块的电路结构示意图；

图4所示为本发明中温度检测模块的电路结构示意图；

图5所示为本发明中PWM信号单向通信模块的电路结构示意图；

图6所示为本发明中故障反馈模块的电路结构示意图；

图7所示为本发明中处理器单元模块中的处理器芯片U2和电源端滤波电路单元的电路结构示意图；

图8所示为本发明中处理器单元模块中的程序导入接口电路单元、上电复位电路单元的电路结构示意图；

图9所示为本发明中处理器单元模块中的引脚防护电路单元的电路结构示意图；

图10所示为本发明中处理器单元模块中的晶振电路单元的电路结构示意图；

图11所示为本发明中SPI信号滤波模块的电路结构示意图；

图12所示为本发明中节气门角度位置采集模块的电路结构示意图；

图13所示为本发明中电机驱动模块、电机驱动电源滤波模块和电机控制使能模块的电路结构示意图。

具体实施方式

结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细介绍，以使本领域技术人员理解本发明的技术构思。

一种基于PWM总线控制的智能节气门的电路，其特征在于，包括采用线性霍尔传感器的节气门角度位置采集模块、SPI信号滤波模块、处理器单元、故障反馈模块、PWM信号单向通信模块、ECU控制模块、电机驱动模块、电机驱动电源滤波模块、电机控制使能模块、电压检测模块、温度检测模块和电源模块；所述节气门角度位置采集模块与SPI信号滤波模块连接，所述SPI信号滤波模块与处理器单元连接，所述故障反馈模块的输入端与处理器单元连接，所述故障反馈模块的输出端与ECU控制模块连接；所述PWM信号单向通信模块的输入端与ECU控制模块连接，所述PWM信号单向通信模块的输出端与处理器单元连接，所述处理器单元与电机控制使能模块的输入端连接，所述电机控制使能模块的输出端与电机驱动模块连接，所述处理器单元与电机驱动模块连接且控制电机驱动模块输出功率，所述电压检测模块与处理器单元连接，所述温度检测模块与处理器单元连接，所述电源模块给节气门角度位置采集模块、处理器单元、故障反馈模块、PWM信号单向通信模块、ECU控制模块、电压检测模块、温度检测模块和电机驱动模块供电。

进一步地，所述故障反馈模块包括电阻R6、电阻R9、三极管Q1、电阻R4、电阻R20、电阻R23、三极管Q2和TVS管TVS2；所述电阻R6的一端作为输入端与处理器单元连接，其另一端与电阻R9的一端、三极管Q2的集电极、三极管Q1的基极连接，所述电阻R9的另一端接地，所述三极管Q2的基极与电阻R20的一端连接，所述电阻R20的另一端与三极管Q1的发射极、电阻R23的一端连接，所述三极管Q1的集电极与电阻R4的一端、TVS管TVS2一端连接，所述三极管Q1的集电极作为输出端与ECU控制模块连接，所述电阻R4的另一端与电源模块连接，所述三极管Q2的发射极与电阻R23的另一端、TVS管TVS2另一端连接且接地。

进一步地，所述PWM信号单向通信模块包括电阻R7、电阻 R8、电阻R21、电阻R22、电阻R24、型号为LM2904的运放放大器U3、电容C13、电阻R19和电容C14；所述电阻R19的一端与电容C14的一端连接且作为输出端与处理器单元连接，所述电容C14的另一端接地，所述电阻R19的另一端与运放放大器U3的1引脚连接，所述运放放大器U3的3引脚与电阻R7的一端、电阻R8的一端连接，所述电阻R7的另一端接地，所述电阻R8的另一端与电源模块连接，所述运放放大器U3的2引脚与电阻R24的一端、电阻R21的一端连接，所述电阻R21的另一端与电阻R22的一端连接且作为输入端与MCU控制模块连接，所述电阻R22的另一端与电源模块连接，所述电阻R24的另一端与运放放大器U3的4引脚连接且接地，所述运放放大器U3的8引脚与电容C13的一端连接且接电源模块，所述电容C13的另一端接地。

优选地，所述处理器单元包括处理器芯片U2、引脚防护电路单元、晶振电路单元、程序导入接口电路单元、上电复位电路单元和电源端滤波电路单元；所述引脚防护电路单元、晶振电路单元、程序导入接口电路单元、上电复位电路单元和电源端滤波电路单元分别与处理器芯片U2连接。

具体地，所述处理器芯片U2型号为MC9S12G128MLH，所述引脚防护电路单元由排阻RA1-RA13组成，所述晶振电路单元与处理器芯片U2的8引脚、10引脚连接，所述上电复位电路单元与处理器芯片U2的4引脚连接，所述电源端滤波电路单元与处理器芯片U2的5引脚、6引脚、49引脚、50引脚连接，所述程序导入接口电路单元与处理器芯片U2的16引脚，所述处理器芯片U2的7引脚、9引脚和51脚接地，所述处理器芯片U2的11引脚通过串联电阻接地，所述处理器芯片U2的其他引脚与排阻RA1-RA13连接。

具体地，所述节气门角度位置采集模块包括型号为MLX90363的线性霍尔传感器U5、电容C33、电容C34、电容C35、电容C36、电容C37 、TVS管TVS4和磁珠B8；所述电容C33一端与线性霍尔传感器U5的1引脚连接，另一端接地；所述电容C37一端与线性霍尔传感器U5的9引脚连接，另一端接地；所述电容C36一端与线性霍尔传感器U5的11引脚连接，另一端接地；所述线性霍尔传感器U5的5引脚、2引脚、10引脚和13引脚接地；所述电容C34的一端与磁珠B8的一端连接且用于连接电源模块，所述磁珠B8的另一端与电容C35的一端、TVS管TVS4一端、线性霍尔传感器U5的3引脚连接，所述电容C34的另一端、电容C35的另一端和TVS管TVS4的另一端均接地，所述线性霍尔传感器U5的8引脚和16引脚连接，所述线性霍尔传感器U5的6引脚和14引脚连接，所述线性霍尔传感器U5的4引脚和12引脚连接。

具体地，所述SPI信号滤波模块包括磁珠B3、磁珠B4、磁珠B5、磁珠B6、磁珠B7、电容C22、电容C24、电容C26、电容C28和电容C30，所述磁珠B3的一端与线性霍尔传感器U5的4引脚连接，其另一端与电容C22 的一端、处理器单元中的排阻连接，所述电容C22的另一端接地；所述磁珠B4的一端与线性霍尔传感器U5的8引脚连接，其另一端与电容C24 的一端、处理器单元中的排阻连接，所述电容C24的另一端接地；所述磁珠B5的一端与线性霍尔传感器U5的6引脚连接，其另一端与电容C26 的一端、处理器单元中的排阻连接，所述电容C26的另一端接地；所述磁珠B6的一端与线性霍尔传感器U5的15引脚连接，其另一端与电容C28 的一端、处理器单元中的排阻连接，所述电容C28的另一端接地；所述磁珠B7的一端与线性霍尔传感器U5的7引脚连接，其另一端与电容C30 的一端、处理器单元中的排阻连接，所述电容C30的另一端接地。

具体地，所述电机驱动电源滤波模块包括电容C31和电容C32，所述电机控制使能模块包括电阻R18、电阻R15和电容C25，所述电机驱动模块包括型号为MC33931的全桥驱动芯片U4、电容C29、电阻R16、电阻R17、电容C23和电容C27，所述电容C31和电容C32并联后一端接地，另一端与全桥驱动芯片U4的25引脚、26引脚、7引脚、8引脚连接，所述电阻R15和电容C25并联后一端接地，另一端与全桥驱动芯片U4的3引脚连接，所述电阻R18一端与电源模块连接，另一端与全桥驱动芯片U4的32引脚连接，所述电阻R16与电容C23串联后一端接地，另一端与全桥驱动芯片U4的10引脚连接，所述电阻R17与电容C27串联后一端接地，另一端与全桥驱动芯片U4的22引脚连接。

优选地，所述电源模块包括电源稳压模块、电源滤波模块和12V转5V直流电源模块；所述电源稳压模块与电源滤波模块连接，所述电源滤波模块与12V转5V直流电源模块连接。

具体地，所述电源稳压模块包括陶瓷电容C2、二极管D1、二极管D2和TVS管TVS1；所述陶瓷电容C2一端与二极管D1、二极管D2的正极连接且作为电源稳压模块的输入端，所述二极管D1、二极管D2的负极与TVS管TVS1的一端连接且作为电源稳压模块的输出端，所述TVS管TVS1的另一端与陶瓷电容C2另一端连接且接地。

具体地，所述电源滤波模块包括电解电容E1、电容C1、电容C5和电容C6；所述电解电容E1、电容C1、电容C5和电容C6并联且其中一公共端与电源稳压模块的输出端连接，另一公共端接地。

具体地，所述12V转5V直流电源模块包括线性电源芯片U1、电容C3和电容C4；所述线性电源芯片U1的输入端与电源稳压模块的输出端连接，所述线性电源芯片U1的输出端与电容C3、电容C4的一端连接，所述电容C3、电容C4的另一端与所述线性电源芯片U1的接地端相接且接地。

具体地，所述电压检测模块包括第一分压电路单元、第一滤波电路单元和钳位二极管D3，所述第一分压电路单元包括电阻R1和电阻R3；所述第一滤波电路单元包括电容C9、电容C10和电阻R2；所述电阻R1的一端与电源模块连接，另一端与电阻R3一端、电容C9的一端、电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端与电容C10的一端、钳位二极管D3中间端连接且作为电源电压检测模块输出端；所述电阻R3、电容C9、电容C10的另一端与钳位二极管D3的正极相接且接地，所述嵌位二极管D3的负极与电源模块连接。

具体地，所述温度检测模块包括第二分压电路单元、第二滤波电路单元和钳位二极管D4，所述第二分压电路单元包括电阻R10和温敏电阻R13；所述第二滤波电路单元包括电容C19和电阻R12；所述电阻R01的一端与电源模块连接，另一端与温敏电阻R13一端、电阻R12的一端连接，所述电阻R12的另一端与电容C19的一端、钳位二极管D4中间端连接且作为输出端；所述温敏电阻R13、电容C19的另一端与钳位二极管D4的正极相接且接地，所述嵌位二极管D4的负极与电源模块连接。

当节气门处在不同角度位置时，可通过节气门角度位置采集模块，实现节气门阀门位置的识别；当ECU控制模块通过PWM总线（PWM总线由故障反馈模块和PWM信号单向通信模块组成）发送气门开度命令时，处理器单元通过PWM总线接受ECU的节气门开度命令，再由处理器内部的PID算法实时监测线性霍尔反馈的位置信号、环境温度信息、电源电压等信息，在响应的时间范围内，控制电机带动阀门到达开度命令要求的位置；当节气门内部出现故障时，可以通过PWM总线将故障信息上报至ECU控制模块处理；当电机驱动或者位置信号出现异常时，智能节气门可以将节气门自身故障通过故障反馈模块告知ECU控制模块，ECU控制模块通过系统控制策略来处理当前的故障模式，以避免智能节气门不工作的故障；当电源模块出现过压或干扰时，电源稳压模块和电源滤波模块将吸收过压和干扰信号，以保护后面的相关信号处理电路。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。