Устройство управления положением автомобильного кресла

Устройство предназначено для запоминания двух положений автомобильного кресла по расстоянию от рулевой колонки и наклону спинки, выбранных пользователем, и их быстрой авто­матической установки. При необходимости оно может управлять и другими объектами, которые нужно быстро переводить в два заданных положения, например, потолочным люком или пово­ротной антенной.

Основа устройства — микроконтрол­лер PIC16F628A. Во время работы перемещающего кресло двигателя установленный на его валу датчик выра­батывает импульсы. Микроконтроллер их считает и при совпадении подсчи­танного числа с заданным, хранящимся в энергонезависимой памяти, останав­ливает двигатель. Аналогично работает канал управления наклоном спинки.

Схема устройства управления изоб­ражена на рис. 1. Датчик канала про­дольного перемещения кресла состоит из излучающего ИК-диода\Ю1 (АЛ107А) и фототранзистора VT1 (ФТ-2К). Кон­струкция датчика показана на рис. 2. Излучающий диод 2 и фототранзистор 3 разделены укреплённым на валу метал­лическим диском 1 с отверстиями. Ког­да ИК-излучение через отверстие в диске достигает фототранзистора, напряжение между его эмиттером и коллектором уменьшается до 0,8 В и менее.

Рис. 1

Число отверстий в диске не должно быть меньше 10, но таким, чтобы общее число импульсов датчика за полный проход кресла от одного крайнего положения до другого не превышало 16777215. Импульсы поступают на вход RA0 микроконтроллера, который, под считывая их, определяет положение кресла и формирует команды управле­ния двигателем М1.

Рис. 2

Коммутатор напряжения питания этого двигателя собран на транзисто­рах VT8, VT10, VT12 и VT13. Узел на транзисторах VT4, VT5 предотвращает одновременное открывание всех тран­зисторов коммутатора, возможное при сбое микроконтроллера или ошибке в его программе.

Когда кресло должно оставаться неподвижным, микроконтроллер уста­навливает на выходах RA2 и RA3 низкие уровни напряжения. При этом потен­циалы баз и эмиттеров транзисторов VT4 и VT5 одинаковы, вследствие чего оба транзистора закрыты. Закрыты и все транзисторы коммутатора, поэтому напряжение питания на двигатель М1 не поступает, и он не работает. Анало­гична ситуация при аварийном одно­временном присутствии высоких уров­ней на выходах RA2 и RA3.

Когда кресло требуется перемес­тить, микроконтроллер устанавливает на выходах RA2 и RA3 разные уровни: на RA2 — низкий, на RA3 — высокий для перемещения вперёд: на RA2 — высо­кий, на RA3 — низкий для перемещения назад.

Когда подана команда «Вперёд», открывается транзистор VT5, а за ним транзисторы VT10 и VT12. Транзисторы VT4, VT8 и VT13 остаются закрытыми. В результате левая (по схеме) щётка дви­гателя М1 соединяется с общим прово­дом, а правая — с плюсом источника питания (при условии, что зажигание выключено и транзистор VT3 открыт). Вал двигателя вращается в сторону, соответствующую перемещению крес­ла вперёд.

При команде «Назад» откроются транзисторы VT4, VT8, VT13, а транзис­торы VT5, VT10, VT12 закроются или останутся закрытыми. К двигателю М1 будет приложено напряжение питания в противоположной предыдущему слу­чаю полярности. Его вал станет вра­щаться в сторону, соответствующую перемещению кресла назад.

Аналогично работает канал управле­ния наклоном спинки кресла. Датчик вращения вала двигателя этого канала состоит из излучающего диода VD2 и фототранзистора VT2. Его сигнал подан на вход RA5 микроконтроллера. Уменьшение наклона микроконтрол­лер задаёт высоким уровнем на выходе RA6 и низким на выходе RA7. Увеличение наклона — низ­ким уровнем на RA6 и высоким на RA7. Коммутатор двигателя М2 собран на транзисторах VT9, VT11, VT14, VT15 с узлом защиты на транзисторах VT6 и VT7.

Напряжение питания +12 В должно быть подано на устрой­ство управления постоянно (до замка зажигания). В его отсут­ствие перемещать кресло или его спинку вручную не рекомен­дуется. Это может потребовать повторного налаживания систе­мы. Транзистор VT3 блокирует узел коммутации двигателей привода кресла при включённом зажигании, предотвращая этим перемещение кресла и его спин­ки во время движения автомобиля. При включённом зажигании с кон­такта «Заж.» в цепь базы этого транзис­тора структуры р-п-р поступает напря­жение +12 В, в результате чего он за­крыт и напряжение питания на узел коммутации двигателей не поступает. При выключенном зажигании напряже­ние на контакте «Заж.» становится нуле­вым. Транзистор VT3 в этом случае открыт, и питание коммутаторов двига­телей включено.

Электронный блок устройства со­бран на макетной плате навесным мон­тажом (рис. 3). Транзисторам VT3 и VT8—VT15 необходим теплоотвод. Я использовал алюминиевую пластину размерами 60x50x8 мм, на которой с двух сторон через слюдяные прокладки закрепил транзисторы VT8—VT15. На другой такой же пластине установил транзистор VT3.

Рис. 3

На рис. 4 показана схема коммута­ции двигателей привода кресла с помо­щью реле. Транзисторы VT4—VT15 (согласно схеме рис. 1) и связанные с ними детали в этом случае не требуют­ся. Транзистор VT3 и вновь установлен­ные транзисторы VT4—VT7 работают без теплоотводов. Реле К1—К5 — авто­мобильные 90.3747 или 75.3777 с кон­тактами на переключение. В качестве К1 можно применить реле 90.3747-10 или 75.3777-10 с нормально разомкну­тыми контактами. В обоих вариантах устройства микроконтроллер работает по одной и той же программе.

Рис. 4

Предусмотрено программное огра­ничение пределов перемещения кресла и его спинки, что позволяет обойтись без конечных выключателей. Перед первым включением собранного уст­ройства сдвиньте кресло вручную назад до упора, а его спинку отклоните назад до упора. После включения питания в устройстве будут действовать только кнопки SB4 и SB6, задающие переме­щение кресла вперёд, а его спинки — в сторону уменьшения наклона. Кнопки SB5 и SB7, задающие перемещение соответственно кресла и его спинки в обратных направлениях, будут активи­зированы только после небольшого (на пять импульсов датчика) перемещения в прямом направлении. Когда нажата кнопка перемещения в одном направ­лении, программа блокирует кнопку перемещения в противоположном направлении.

С помощью кнопки SB4 переместите кресло вперёд почти до упора. Нажа­тием на кнопку SB8 сохраните в памяти микроконтроллера это положение. Кнопку следует удерживать нажатой до звукового сигнала, поданного звукоизлучателем НА1. После этого переме­щение кресла вперёд за установленную конечную точку станет невозможным. Аналогичную операцию выполните со спинкой кресла, пользуясь кнопками SB6 (уменьшение наклона) и SB9 (память упора).

Чтобы отменить установленные ра­нее конечные точки, кратковременно нажмите (не удерживая) кнопку SB8 (кресло) или SB9 (спинка). Звуковой сигнал подтвердит, что отмена конеч­ной точки состоялась и можно записы­вать новую. Кнопки SB8 и SB9 должны быть доступны только специалисту, на­лаживающему систему управления креслом, и защищены от случайных нажатий.

Далее, пользуясь кнопками SB4—SB7, установите кресло в положение, которое будет первым фиксированным. После этого кратковременно, не удер­живая, нажмите на кнопку SB1. Будет включён звуковой сигнал, после чего нажмите на кнопку SB2 и удержи­вайте её около 3 с, пока сигнал не прекратится. Положение 1 записа­но в память. Далее кнопками SB4—SB7 установите кресло в будущее второе фиксированное положение, кратковременно нажмите на кноп­ку SB1 и по звуковому сигналу нажмите и удерживайте до оконча­ния сигнала кнопку SB3. Поло­жение 2 записано в память.

Теперь можно всегда (но только при выключенном зажигании) перевести кресло и его спинку, находящиеся в произвольных по­ложениях, в положение 1, нажав на кнопку SB2, или в положение 2, нажав на кнопку SB3. Нажатия должны быть кратковременными. Программа автоматически опре­делит нужное направление пере­мещения и переведёт кресло и его спинку в требуемое положение.

Вся информация о перемещениях кресла, его текущем положении и конечных точках хранится в EEPROM микроконтроллера. При включении пи­тания она переносится в оперативную память. Когда питание выключено, изменять положение кресла и его спинки не рекомендуется.

Прошивка микроконтроллера

Автор: А. ГЕТТЕ, г. Рязань
Источник: Радио №2, 2016