专利名称：绞盘马达控制系统及其控制方法
技术领域：
本发明属于汽车电子领域，尤其涉及一种绞盘马达控制系统及其控制方法。
背景技术：
电动绞盘主要用于越野汽车、农用汽车、ATV运动车、游艇、以及其它特 别车辆。是车辆、船只的自我保护及牵引装置，可在雪地、沼泽、沙漠、海滩、 泥泞山路等恶劣环境中进行车辆自救，并可能在其它条件下，进行清障、拖拉 物品、安装设施等作业，是石油、水文、环保、林业、交通、公安、边防、及 其它野外运动不可缺少的安全装置。
电动绞盘内部的工作原理机制是汽车蓄电池的电力首先带动电动马达。 鼓轮转动带动主动轴，主动轴再带动行星齿轮，产生强大的减速比。于是增加 的扭力被传回到轮鼓，鼓轮便带动钢缆。马达和齿轮之间有一个离合器，能够 通过一个手柄开关。制动单元在轮鼓内部，当钢缆绷紧时，鼓轮就会自动锁住。
对于其中绞盘马达的控制，现有的控制器多为通过机械部件结合简单的继 电器来实现，智能化程度不高，对于一些异常状况的发生也没有报警机制。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种智能化、自动化的绞盘 马达控制系统及其控制方法。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种绞盘马达控制系统，包括
用于完成对绞盘供电电源单元的检测、绞盘电流的检测和绞盘温度的检测， 并与摇控器进行实时通讯的控制，调节绞盘的速度，关闭或打开H桥控制单元 的主控制器MCU;
用于控制绞盘马达电流，以及绞盘马达正转和反转的H桥控制单元；
用于驱动H桥控制单元的H桥驱动器；用于与遥控器进行实时通信的有线接口单元； 所述H桥驱动器、有线接口单元分别连接到所述MCU; 用于控制在所述有线接口单元接入遥控器时启动所述H桥驱动器的逻辑锁 存单元，所述逻辑锁存单元分别与所述有线接口单元和H桥驱动器相连。 本发明实施例还l是供一种绞盘马达控制系统的控制方法，包括以下步骤
a. 判断是否接收遥控命令，如果是则进入步骤b;如果不是则进入步骤c;
b. 判断接收的是何种遥控命令，并根据所述遥控命令进行控制处理；
c. 检测绞盘马达控制装置的工作状态并根据检测结果进行相关控制。 本发明实施例具有以下有益的效果通过引入MCU和其他功能电鴻4莫块，
不仅可以实现通过有线或者无线摇控器对绞盘进行正转与反转的控制，还提供 了供电低电压报警、高温报警以及异常状态处理机制，大大提升了马达控制器 的智能化、自动化水平。还可提高绞盘马达的效率，可以让用户对绞盘的速度 进行自由控制，具有更大的实用性。由于增加了更多的保护电路，增强了安全 性。比传统的继电器更可靠，更稳定，对生产生活带来更大的便利。
图1是本发明实施例一绞盘马达控制系统的外部连接示意图。 图2是本发明实施例一绞盘马达控制系统的另 一外部连接示意图。 图3是本发明实施例一绞盘马达控制系统的电路原理方框图。 图4a-4b是本发明实施例一绞盘马达控制系统的具体电路连接图。 图5是本发明实施例一绞盘马达控制系统的具体电路方框图。 图6a-6b是本发明实施例一绞盘马达控制系统的H桥控制单元通过 MOSFET控制绞盘马达转向的示意图。
图7是本发明实施例二绞盘马达控制系统的控制方法的具体流程示意图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明进行详细描述。请参照图1所示，本发明实施例一绞盘马达控制系统1通过线缆与绞盘2 的马达相连，并与遥控器4进行通信，其由12V电池3供电。图2给出了另一 种外部连接方案，与图1所示类似，区别在于绞盘马达控制系统1与绞盘2的 马达之间的线缆连接方式不同，以及绞盘马达控制系统1通过快速插头5与遥 控器4相连。
再请参照图3所示，本发明实施例绞盘马达控制系统，包括用于完成对 绞盘供电电源单元的检测、绞盘电流的检测和绞盘温度的检测，并与摇控器进 行实时通讯的控制，调节绞盘的速度，关闭或打开H桥控制单元的主控制器MCU
11;
用于控制绞盘马达电流，以及绞盘马达正转和反转的H桥控制单元13;
用于驱动H桥控制单元13的H桥驱动器12;
用于与遥控器进行实时通信的有线接口单元14;
所述H桥驱动器12、有线4妄口单元14分别连接到所述MCU 11;
用于控制在所述有线接口单元接入遥控器时启动所述H桥驱动器的逻辑锁 存单元15，所述逻辑锁存单元15分别与所述有线接口单元14和H桥驱动器12 相连。
请同时结合图4a、 4b所示，主控制器MCU是芯片U3，其具有2KByte的 闪存Flash, 256Byte随机存储器RAM, 10Bit模拟数字转换AD,及256Byte的 电可擦除只读存储器EEPROM。
请再参照图5所示，H桥驱动器12包括一级驱动电路和二级驱动电路，用 于控制放大控制信号，以便驱动大电流的H桥控制单元13。 一级驱动电路是将 从MCU出来的控制信号进行电压与电流的转换，控制第二级驱动电路，包括 芯片U2、 U5、 U6、 U7、 U8、 U9、 Ull、 U12、 U13、 U15,电容Cll、 C12、 C57、 C58、 C61、 C17、 C62,电阻R26、 R27、 R29、 R28、 R33、 R32、 R30、 R31、 R40、 R41、 R43、 R42、 R47、 R46、 R44、 R45,三极管Q2、 Q5、 Ql、 Q6。H桥控制单元13用于控制绞盘马达电流，以及绞盘马达正转和反转，本实 施例中H桥控制单元13包括金属氧化物场效应管MOSFET,其电路包括金属 氧化物场效应管QXO、 QX1、 QX2、 QX3、 QX4、 QX5、 QX12、 QX13、 QX14、 QX15、 QX16、 QX17、 QX6、 QX7、 QX8、 QX9、 QXIO、 QXll、 QX18、 QX19、 QX20、 QX21、 QX22、 QX23,栅极驱动电阻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。
请参照图5a所示，将MOSFET(l)打开、MOSFET(2)、 MOSFET(4)关闭， M0SFET(3)加入脉冲宽度调至脉冲后，电流依次流经MOSFET(l)和 M0SFET(3)，然后流入绞盘马达，即可实现马达调速的正转。
请参照图5b所示，将M0SFET(2)打开、MOSFET(l)、 M0SFET(3)关闭， M0SFET(4)加入脉沖宽度调至脉沖后，电流依次流经MOSFET(l)和 MOSFET(3),然后流入绞盘马达，即可实现马达调速的反转。
本发明实施例中，H桥控制单元13还连接有保护单元130,用于去除或吸 收H桥控制单元13开关控制过程中产生的高频寄生振荡，以保证控制的可靠性 和有效性。本实施例中保护单元130具体包括肖特基二极管D401，并联的电 阻R403、 R404、 R405,电容C408、 C409、 C422、 C423、 C424、 C425、 C426、 C427、 C428、 C429、 C430、 C431、 C432、 C433、 C434、 C435、 C436、 C437、 C438、 C439、 C440、 C441、 C442、 C433。
有线接口单元14用于与有线遥控器进行通信，其包括芯片Jl, 二极管D1、 D2，电阻R4、 R5。
本发明实施例的逻辑锁存单元15,其功能是在所述有线接口单元14接入 遥控器时启动所述H桥驱动器12;在没有插入摇控器的时候，控制H桥驱动器 12不工作，这样最大限度地避免了由于MCU等其它多因素不稳定所带来的整 个系统不可靠的问题。逻辑锁存单元15包括以下元件二极管D3、 D5，三极管Q3、 Q4、 Q7，电阻R34、 R39、 R38、 R36、 R35，电容C2，其中电容C2 和电阻R39相并联，共同连接在三极管Q3的集电极；二极管D5和电阻R38均 分别连接在三极管Q4的基极；电阻R35连接在三极管Q7的基极。在图5中， 即逻辑锁存电路。
请继续结合参照图3、图5所示，本发明实施例还包括状态指示单元16， 即图5中的LED指示电路，与主控制器MCU 11相连，用于将绞盘主控制器 MCU 11的当前状态通过LED灯指示出来，其电路包括芯片Ul、 JP1、 JP2， 电阻R14、 R15、 R16、 R17、 R18、 R19、 R20,电容CIO。
本发明实施例还包括逻辑保护单元，即图5中的逻辑保护电路，连接在主 控制器MCUll与H桥控制单元13之间，并与H桥驱动器12相连，用于当温 度、电压、电流超过设定值后自动关闭H桥驱动器12,从而保护H桥驱动器 12和保护绞盘及电机。
本发明实施例还包括电流检测单元，即图5中的电流检测电路，连接在主 控制器MCU11与H桥控制单元13之间，用于4企测绞盘马达的电流，其包括 芯片U14,电阻R94、 R95、 R96,电容C55、 C56。
本发明实施例还包括温度检测单元，即图5中的温度检测电路，连接在主 控制器MCU 11与H桥控制单元13之间，用于监控系统的温度变化，当系统温 度达到设定的温度以后，MCU11进行停止输出并进行当前状态指示，以保护H 桥控制单元13和绞盘马达。其电路包括芯片J6、 J7、 J8、 J9、 J10,电阻R8、 R9、 Rl、 R2、 R3、 RIO、 Rll、 R315、 R312,电容C8、 C9,其中电阻R8、 R9、 Rl、 R2、 R3、 RIO、 Rll均为温度传感器的分压电阻；电容C8、 C9分别为温度 传感器输出的滤波电容，以稳定信号的作用，减少干扰；电阻R315、 R312为温 度传感器。
本发明实施例还包括电源单元17，所述电源单元17进一步包括依次相连的 开关电源稳压器、12V电源稳压器和5V电源稳压器，具体如下
与12V电池3相连、用于将12V电压转换为20V的开关电源稳压器，其包
9括芯片U16,变压器T1，电容C1、 C63、 C19、 C21、 C22、 C24、 C44、 C47、 C48、 C49、 C50、 C51、 C46、 C64、 C65、 C66，电感Ll,电阻謂、R91、 R92、 R93， 二极管D4;
然后再通过12V电源稳压器将20V电压转换成所需要的12V电压，其电路 包括芯片U17，电容C52、 C53,得到驱动器所需要的驱动器电源，再通过5V 电源稳压器，将其转换为MCU11及一些外围设备所需要的电压，其电路包括 芯片U18,电容C54、 C67。
本发明实施例还包括超级滤波电源单元18,与电源单元17相连，用于减少 使用电源单元17的噪声和抑制调速时引起的尖峰干扰。
本发明实施例还设置有开关单元19，用于切断电源单元18,以在MCUll 或H桥控制单元13在出现任何故障的时候，有效保护系统的安全。
请参照图7所示，本发明实施例二绞盘马达控制系统的控制方法，包括以 下步骤
步骤l,绞盘马达控制系统进行初始化，时钟是8MHz,配置将才莫拟信号转 换为数字信号的AD通道。在以后的模拟信号采集中可不再重复进行通道配置。
步骤2,通过看门狗进行喂狗，判断是否接收遥控命令，如果是则进入步骤 3;如果不是则进入步骤4。
步骤3,判断接收的是何种遥控命令，即有线遥控器传输"IN"(表示绞盘 正转)或"OUT"(表示绞盘反转)，并根据所述遥控命令进行控制处理；
如果是"IN"命令，则调节占空比，摇控器IN灯点亮变绿色，给用户以指 示当前的状态是"IN",关闭OUT驱动器，打开IN驱动器，控制绞盘正转；
如果是"OUT"命令，则调节占空比，摇控器OUT灯点亮变红色，给用户 以指示当前的状态是"OUT"，关闭IN驱动器，打开OUT驱动器，控制绞盘 反转；
如果既不是"IN"也不是"OUT",则关闭驱动器及指示器。 本实施例中调节占空比的作用在于，通过占空比的改变即可改变MOSFET
10的导通时间与截止时间，继而可改变输出电流的平均值，以达到控制速度目的。
步骤4，检测绞盘马达控制装置的工作状态并根据检测结果进行相关控制， 进一步包括以下步骤
步骤41,供电电压是否过低，如果是，则关闭IN、 OUT驱动器，然后启动 低电压报警；如果不是，则进入步骤42;
步骤42温度是否过高，如果是，则关闭IN、 OUT驱动器，然后启动高温 报警；如果不是，则进入步骤43;
步骤43如绞盘上的电流是否过大，如果是，则关闭IN、 OUT驱动器，然 后启动过流报警；如果不是，则回到步骤2。
本发明实施例通过引入MCU和其他功能电路模块，不仅可以实现通过有线 或者无线摇控器对绞盘进行正转与反转的控制，还提供了供电低电压报警、高 温报警以及异常状态处理机制，大大提升了马达控制器的智能化、自动化水平。 还可提高绞盘马达的效率，可以让用户对绞盘的速度进行自由控制，具有更大 的实用性。由于增加了更多的保护电路，增强了安全性。比传统的继电器更可 靠，更稳定，对生产生活速来更大的便利。本发明实施例尤其适用于对大电流 场合的应用控制，在控制过程中，实时的对整个系统的温度、电压、电流等进 行全方位的检测，增强了系统的可靠性。
ii
权利要求
1、一种绞盘马达控制系统，其特征在于包括用于完成对绞盘供电电源单元的检测、绞盘电流的检测和绞盘温度的检测，并与摇控器进行实时通讯的控制，调节绞盘的速度，关闭或打开H桥控制单元的主控制器MCU；用于控制绞盘马达电流，以及绞盘马达正转和反转的H桥控制单元；用于驱动H桥控制单元的H桥驱动器；用于与遥控器进行实时通信的有线接口单元；所述H桥驱动器、有线接口单元分别连接到所述MCU；用于控制在所述有线接口单元接入遥控器时启动所述H桥驱动器的逻辑锁存单元，所述逻辑锁存单元分别与所述有线接口单元和H桥驱动器相连。
2、 根据权利要求1所述的绞盘马达控制系统，其特征在于所述MCU包 括芯片U3，其具有2KByte的闪存Flash, 256Byte的随机存储器RAM， 10Bit 数字模拟转换AD,及256Byte的电可擦除只读存储器EEPROM。
3、 根据权利要求1所述的绞盘马达控制系统，其特征在于所述逻辑锁存 单元包括以下元件二极管D3、 D5,三极管Q3、 Q4、 Q7,电阻R34、 R39、 R38、 R36、 R35，电容C2，其中电容C2和电阻R39相并联，共同连接在三 极管Q3的集电极；二极管D5和电阻R38均分别连接在三极管Q4的基^f及；电 阻R35连接在三极管Q7的基极。
4、 根据权利要求1所述的绞盘马达控制系统，其特征在于还包括与所 述主控制器MCU相连、用于将所述MCU的当前状态通过LED灯指示出来的 状态指示单元，其包括芯片Ul、 JP1、 JP2,电阻R14、 R15、 R16、 R17、 R18、 R19、 R20，电容CIO。
5、 根据权利要求1所述的绞盘马达控制系统，其特征在于所述H桥控制 单元包括金属氧化物场效应管QXO、 QX1、 QX2、 QX3、 QX4、 QX5、 QX12、 QX13、 QX14、 QX15、 QX16、 QX17、 QX6、 QX7、 QX8、 QX9、 QXIO、 QXll、QX18、 QX19、 QX20、 QX21、 QX22、 QX23， 4册极驱动电阻R104、 R108、 R109、 RllO、 Rlll、 R113、 R112、詣l、 R300、 R302、詣3、 R304、 R305、 R313、 R102、 RIOO、 RlOl、 E105、 R106、 R107、 R103、 R310、 R306、 R307、 R308、 詣9、 R311、 R314。
6、 根据权利要求1所述的绞盘马达控制系统，其特征在于所述H桥控制 单元还连接有用于去除或吸收H桥控制单元开关控制过程中产生的高频寄生振 荡，以保证控制的可靠性和有效性的保护单元，所述保护单元包括肖特基二 极管D401,并联的电阻R403、 R404、 R405,电容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、 根据权利要求1所述的绞盘马达控制系统，其特征在于还包括用于 检测绞盘马达的电流的电流检测单元，所述电流检测单元连接在所述MCU与H 桥控制单元之间，包括芯片U14,电阻R94、 R95、 R96,电容C55、 C56。
8、 根据权利要求1所述的绞盘马达控制系统，其特征在于还包括用于 监控系统的温度变化的温度检测单元，所述温度检测单元连接在所述MCU与H 桥控制单元之间，包括芯片J6、 J7、 J8、 J9、 J10,电阻R8、 R9、 Rl、 R2、 R3、 RIO、 Rll、 R315、 R312,电容C8、 C9，其中电阻R8、 R9、 Rl、 R2、 R3、 RIO、 Rll均为温度传感器的分压电阻；电容C8、 C9分别为温度传感器输出的滤波电 容；电阻R315、 R312为温度传感器。
9、 根据权利要求1所述的绞盘马达控制系统，其特征在于还包括电源 单元，所述电源单元进一步包括与12V电池相连、用于将12V电压转换为20V 的开关电源稳压器；用于将20V电压转换成所需要的12V电压的12V电源稳压 器；以及用于将12V电压转换成所需要的5V电压的5V电源稳压器。
10、 一种绞盘马达控制系统的控制方法，包括以下步骤a. 判断是否接收遥控命令，如果是则进入步骤b;如果不是则进入步骤c;b. 判断接收的是何种遥控命令，并根据所述遥控命令进行控制处理；C.检测绞盘马达控制装置的工作状态并根据检测结果进行相关控制。
11、 根据权利要求IO所述的控制方法，其特征在于所述步骤b进一步包 括以下步骤bl.如果接收到的遥控命令是"IN",则调节占空比，摇控器IN灯点亮变绿 色，给用户以指示当前的状态是"IN"，关闭OUT驱动器，打开IN驱动器， 控制绞盘正转；b2.如果接收到的遥控命令是"OUT",则调节占空比，摇控器OUT灯点亮 变红色，给用户以指示当前的状态是"OUT",关闭IN驱动器，打开OUT驱 动器，控制绞盘反转；b3.如果接收到的遥控命令既不是"IN"也不是"OUT",则关闭驱动器及 指示器。
12、 根据权利要求IO所述的控制方法，其特征在于，所述步骤c进一步包 括以下步骤cl.供电电压是否过低，如果是，则关闭IN、 OUT驱动器，然后启动低电 压报警；如果不是，则进入步骤c2;c2.温度是否过高，如果是，则关闭IN、 OUT驱动器，然后启动高温报警； 如果不是，则进入步骤c3;c3.如绞盘上的电流是否过大，如果是，则关闭IN、 OUT驱动器，然后启动 过流报警；如果不是，则进入步骤a。
全文摘要
本发明提供一种绞盘马达控制系统，包括用于完成对绞盘供电电源单元的检测、绞盘电流的检测和绞盘温度的检测，并与摇控器进行实时通讯的控制，调节绞盘的速度，关闭或打开H桥控制单元的主控制器MCU；用于控制绞盘马达电流，以及绞盘马达正转和反转的H桥控制单元；用于驱动H桥控制单元的H桥驱动器；用于与遥控器进行实时通信的有线接口单元；所述H桥驱动器、有线接口单元分别连接到所述MCU；用于控制在所述有线接口单元接入遥控器时启动所述H桥驱动器的逻辑锁存单元，所述逻辑锁存单元分别与所述有线接口单元和H桥驱动器相连。本发明还提供一种绞盘马达控制系统的控制方法。本发明可大大提升对绞盘马达控制的智能化、自动化水平。
文档编号H02P23/00GK101505132SQ20081006507
公开日2009年8月12日 申请日期2008年1月17日 优先权日2008年1月17日
发明者龙彦丞 申请人:龙彦丞