控制单元设计举例

汽车自动天窗控制单元的设计与实现作者：杨莉钟正青来源：《物联网技术》2017年第02期摘要：针对目前汽车天窗及其防夹功能存在的隐患，文中设计了以STM8AF6288作为主控芯片的汽车自动天窗控制单元。

该控制单元通过操作开关来控制天窗运行。

继电器闭合对天窗机构进行驱动，实现天窗的平移打开、平移关闭、起翘打开、起翘关闭、防夹回退等控制功能。

一体式电机控制单元代替传统的分体式电机控制单元，使得安装更加方便、简单，节省空间，同时也大大降低了成本。

关键词：天窗；控制器；电机；继电器；防夹中图分类号：TP391.1 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）02-0-030 引言随着汽车电子技术的发展，人们对汽车的安全性和舒适性提出了越来越高的要求，汽车自动天窗已经成为轿车上的重要部件，它可以有效改善车内的空气环境和采光。

天窗在给人们生活带来舒适感的同时也暴露了其所存在的问题，如经常在各种媒体上看到的天窗夹人、天窗关闭不严等问题[1]。

为了保证人身安全（尤其是小孩），急需解决天窗存在的问题。

文中设计了一种适用于汽车自动天窗的防夹控制单元，集控制器PCBA板和电机于一体，通过一系列机械结构将电机的正、反转动作转换为天窗的打开和关闭动作。

通过一定的算法并结合传感器信号进行位置探测，精度高，安装方便，生产成本低，寿命长且具备防夹功能[2]。

1 系统硬件设计电路设计是硬件系统的核心，对于硬件电路设计来说，要优先保证系统的稳定性。

系统的硬件设计结构框图如图1所示。

汽车自动天窗的电子控制系统主要由ECU（电子控制单元）、天窗电机、天窗软轴、天窗开关等组成。

其机械原理是电机安装在天窗前部的框架上，电机齿轮旋转时，天窗玻璃组合受到软轴的拉动实现打开、关闭及起翘。

控制系统设计包括核心控制的MCU模块、电源电路、继电器驱动电机电路、霍尔元件电路以及LIN通讯等。

1.1 MCU模块设计根据汽车自动天窗控制系统的功能需求，控制器MCU模块硬件电路采用ST公司的8位汽车专用STM8A系列作为主控制芯片。

88AUTO TIMEAUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计自动变速器的关键技术是电控系统，其由输入信号装置（开关信号和各种传感器）、变速器控制单元和执行器三部分组成。

其工作原理为传感器将汽车运行中监测到的各种转速、油温、油压、换挡杆的位置等信号转化为电信号输入到电控单元，经运算后TCU 通过驱动电路转化为电磁阀的动作，从而控制换挡。

1　自动变速器控制单元概述本文以自动变速器TCU 为研究对象，进行采集、转换、处理等硬件电路的设计，硬件电路按照功能分为：单片机最小硬件、电平转换电路、输入量采集电路、电磁阀驱动电路。

本系统选用Freescale 公司生产的MC9S08AW60单片机，其具有低成本、高性能、卓越的EMC 性能的特点。

在TCU 的设计中，MC9S08AW60芯片的选用简化了TCU 硬件设计，同时极大提高了硬件系统的可靠性。

AW60芯片的硬件最小系统较为常规，此处不再详述。

2　电平转换电路电平转换电路将车载蓄电池的+12V 输出电压转化为单片机所需的+5V 稳压电源[1、2]，本文选用三端子可调整稳压芯片LM317，如图1。

LM317兼具固定式三端稳自动变速器通用控制单元的设计郝晓敏　冉茂佳　李阿拉木斯　姜海旭　荆大鹏内蒙古大学　内蒙古呼和浩特市　010020摘　要： 本文以Freescale 公司生产的MC9S08AW60单片机作为控制主体，利用Proteus 软件仿真了自动变速器的通用控制器的硬件电路。

重点介绍了开关量、模拟量、频率量的信号采集与处理电路以及电磁阀驱动电路的设计。

关键词：自动变速器；控制单元；信号采集；驱动电路压电路的简单形式与可调节输出电压的特点，具有稳压性能好、噪声低、涟波抑制比高等优点，且使用简便，只需由两个外接电阻来调节输出电压。

3　输入量采集电路开关量采集电路如图1。

在光耦两端并联肖基特二极管保护光耦，防止输入电压发生突变。

开关量经采集电路后直接送到单片的I/O 接口，单片机对开关量经过逻辑判断或运算产生相应指令。

探讨抽水蓄能系统LCU控制单元的设计1 LCU 的任务和功能现地控制单元LCU是保证电站有效可靠投运，保证机组安全运行的基础层，是全厂监控、检测等系统分布式结构中的智能终端。

由它实现监控系统与电站设备的接口，完成监控系统对抽水蓄能系统设备定时、变位的监控。

它可以作为所属设备的独立监控装置运行，当现地控制单元与主控层失去联系时，由它独立完成对所属设备的监控，包括在现地由人员实行的监控及由现地控制单元对设备的自动记录各个重要事件的动作顺序、事件发生时间、事件名称、事件性质，并根据规定产生报警。

2 系统结构及机组LCU控制流程系统主要由电气一次设备（隔离开关、断路器）、调速器系统（转速控制、负荷控制）、励磁系统（电压调节、电流调节）、辅机系统（油、气、水、自动化元器件）、计算机控制系统上位机、计算机控制系统下位机——LCU组成。

根据转换暂态和运行稳态，定义了相应的转换序列，每一步根据要求控制相应的具体设备。

根据现场设备实际动作情况和保障设备安全运行要求，在执行每一步操作时，设定了单步操作时间。

在操作时间内，相应设备没有达到运行要求时，控制程序将发出超时报警并自动执行相应的停机序列流程。

抽水蓄能机组主要运行工况为发电和抽水，CAE逻辑图如图1所示。

控制程序编程方式采用模块化，每步均由若干辅助模块和一个主模块组成，程序可读性强、结构清晰。

在执行操作中，我们可以根据实际情况设置时间限制。

如果在规定时间内，执行的结果已返回，则自动执行下步操作；如执行的结果没有返回，则程序发超时信号并转停机。

这样可有效防止控制程序出现“死锁”且对现地控制设备可起到有效的保护作用，同时又不会影响机组正常的开机时间。

在程序执行过程中，一直监测与机组运行工况相关的初始条件，一旦初始条件消失，立即转停机。

3 励磁系统3.1 基本组成及保护励磁系统主要包括励磁变、调节柜、两个功率柜及灭磁开关柜。

励磁变接在主变低压侧，可长期带电运行。

调节柜又分为主用、备用调节器，正常运行时，两套互为备用。

基于单片机的智能家居控制系统设计随着科技的发展，智能家居控制系统已经成为现代家庭的重要组成部分。

这些系统由多个设备组成，包括传感器、控制器、执行器等，并可通过互联网实现远程控制。

一、系统概述本系统由三个部分组成：传感器、控制单元和执行器。

传感器用于检测环境的状态，比如温度、湿度、光线强度和人体移动等。

控制单元通过单片机实现控制，可以决定何时开启执行器。

执行器可以是灯、风扇、空调等。

二、传感器设计温度、湿度和光线强度传感器使用基于数字式传感器类似于DHT11/22和BH1750等。

这些传感器具有数字输出，并可以直接与单片机通信。

其电路设计可以参考官方规程。

对于人体移动传感器，我们使用PIR传感器。

PIR传感器可用于检测人体的热辐射，当有人或动物经过时，PIR传感器会产生电压信号，该信号的强度与人体的距离和移动速度成正比。

三、控制单元设计本系统采用Atmega8单片机，程序代码使用C语言编写。

单片机与传感器之间使用串行通信进行数据传输。

所要实现的功能涉及到多种控制方式，即基于时间和基于用户输入的控制。

基于时间的控制使用时钟模块实现，当时钟到达预设时间时，控制单元会开启执行器。

基于用户输入的控制，用户可以通过一个开关输入指令，控制执行器的状态。

控制单元还需根据传感器输出的数据来判断何时开启执行器。

例如，当温度超过设定值时，控制单元自动开启空调。

四、执行器设计执行器可以是各种家庭设备，包括灯、风扇、电视、空调等。

执行器需要与控制单元连接，以便根据指令进行开关。

五、总结本设计方案基于单片机实现智能家居控制系统，具有多种控制方式和传感器检测功能。

该系统易于实现和使用，可以大大提高家庭生活的智能化程度，实现真正的智能家居控制。

汽车自动雨刷控制系统的设计1.系统组成汽车自动雨刷控制系统的主要组成部分包括传感器、控制单元、雨刷电机和雨刷臂。

传感器用于感知降雨量和雨刷工作状态，控制单元根据传感器的反馈信号来控制雨刷电机的启停和调速，雨刷电机通过雨刷臂将雨刷刷片移动到所需位置。

2.传感器选择传感器是汽车自动雨刷控制系统中最关键的部件之一，可以选择光电传感器和雨滴传感器。

前者利用光电原理感知雨滴的存在，后者通过感应特定频率的电流信号来检测雨滴落在车窗上的情况。

选择合适的传感器可确保系统的准确性和可靠性。

3.控制单元设计控制单元是汽车自动雨刷控制系统的核心，它负责接收传感器的信号并进行处理，根据降雨量的大小和雨刷的工作状态来控制雨刷电机的运行。

控制单元应具备高性能的处理器和合适的算法，以快速、准确地响应外部环境变化，并确保雨刷的工作效果。

4.雨刷电机选择雨刷电机是实现雨刷刷片移动的关键部件，可以选择直流电机或步进电机。

直流电机可以通过改变电压和电流来控制速度和运行方向，而步进电机可以通过控制脉冲信号来精确控制移动距离。

根据系统的要求和成本预算，选择合适的电机类型。

5.雨刷臂设计雨刷臂是连接雨刷电机和雨刷刷片的机构，其设计应具备稳定性和可靠性。

雨刷臂的长度和强度应适当，以保证雨刷刷片能够覆盖整个前窗，并在高速行驶时不会产生抖动和噪音。

6.系统控制算法汽车自动雨刷控制系统的控制算法应能够根据降雨量的变化调节雨刷的运行速度和频率。

一种常用的算法是根据传感器的反馈信号判断降雨量的大小，然后根据预设的工作模式来调整雨刷的运行状态。

例如，在小雨情况下，雨刷启动时间间隔可以较长，运行速度可以较慢，而在大雨情况下，启动时间间隔可以较短，运行速度可以较快。

7.系统测试和调试设计完成后，需要对汽车自动雨刷控制系统进行测试和调试，以确保系统的可靠性和稳定性。

测试过程中需要关注系统的动作是否准确、响应速度是否满足要求以及系统的耐久性如何等方面。

总结：汽车自动雨刷控制系统对于驾驶员的行车安全具有重要意义。

发动机控制单元一样1.引言1.1 概述发动机控制单元（Engine Control Unit，简称ECU）是现代汽车发动机管理系统的核心部件之一。

它是一种电子装置，负责监测和控制发动机各种参数，以确保发动机能够高效运行，并实现更佳的燃烧效果和低排放。

作为车辆的大脑，ECU通过读取传感器信号和执行器指令，调整点火时间、燃油喷射量、空气流量等参数，以适应不同工况下的需求。

在过去，汽车发动机调整和故障诊断主要依赖于机械和人工的方式，这无疑带来了许多限制。

而ECU的出现在这方面起到了革命性的作用。

它通过先进的电子技术和计算能力，能够实时监测各种传感器信号，如发动机转速、油门开度、水温等，以及执行器的工作状态，如点火系统、喷油系统等。

同时，ECU还内置了复杂的控制算法，根据实时数据和预设的参数进行计算和调整，从而保证发动机的工作效率和稳定性。

发动机控制单元的工作原理可以简单概括为输入、处理和输出三个步骤。

首先，它通过各种传感器获取发动机工作状态的数值输入。

接下来，ECU对这些输入数值进行实时处理和分析，并根据预设的逻辑和程序逻辑，采取相应的措施进行调整和优化。

最后，ECU通过输出指令信号来控制发动机的工作状态，如控制点火系统的点火时机、调整燃油喷射量等。

发动机控制单元在汽车行业中的重要性不言而喻。

它不仅能够提高发动机的燃烧效率和动力输出，还能够降低燃油消耗和排放污染，对于保护环境和提高车辆节能性能有着重要作用。

此外，ECU还能够实现车辆的自诊断和故障码记录，为维修和保养提供指导和便利。

随着科技的不断进步，发动机控制单元也在不断演进，向着更加智能化、可靠化和高效化的方向发展。

综上所述，发动机控制单元在现代汽车中扮演着至关重要的角色。

它通过监测和调整发动机的各种参数，实现了发动机的高效运行和低排放，提升了汽车的性能和环保性。

随着技术的不断发展，我们可以期待发动机控制单元在未来会有更多的创新和进步，推动汽车工业向着更加智能、绿色和可持续的方向迈进。

控制单元的课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解控制单元的基本概念，掌握其工作原理；2. 学生能掌握控制单元在不同场景下的应用，如温度控制、灯光控制等；3. 学生能了解控制单元与传感器、执行器的关系，理解整个控制系统的构成。

技能目标：1. 学生能运用所学知识，设计简单的控制单元电路；2. 学生能通过编程，实现对控制单元的控制；3. 学生能分析控制单元在实际应用中出现的问题，并提出相应的解决方案。

情感态度价值观目标：1. 学生培养对控制单元及电子技术的兴趣，激发创新意识；2. 学生在学习过程中，培养团队合作精神和解决问题的能力；3. 学生能认识到控制单元在日常生活和国家发展中的重要作用，增强社会责任感。

本课程针对学生年级特点，注重理论与实践相结合，以实际应用为导向。

通过本课程的学习，使学生掌握控制单元的基本知识和技能，培养他们在实际情境中发现问题、分析问题、解决问题的能力，同时激发学生对电子技术的兴趣，提高他们的创新意识和团队合作精神。

课程目标具体、可衡量，便于教学设计和评估。

二、教学内容1. 控制单元基础理论：- 控制单元的定义与功能；- 控制单元的分类及特点；- 控制单元的基本工作原理。

2. 控制单元的硬件组成：- 传感器的工作原理与应用；- 执行器的工作原理与应用；- 控制单元与传感器、执行器的连接方式。

3. 控制单元的软件设计：- 控制算法的基本概念；- 编程语言及编程环境介绍；- 控制单元编程实例分析。

4. 控制单元的应用案例：- 温度控制系统的设计与实现；- 灯光控制系统的设计与实现；- 其他常见控制单元应用案例分析。

5. 控制单元的故障分析与维护：- 常见故障现象及原因；- 故障排查方法；- 控制单元的日常维护与保养。

教学内容根据课程目标进行科学、系统地组织，以教材相关章节为基础，结合实际应用案例，注重理论与实践相结合。

教学大纲明确教学内容的安排和进度，使学生在学习过程中逐步掌握控制单元的基础知识和技能，培养实际应用能力。

通用技术必修《技术与设计2》第四章控制及其设计一、单元基本信息二、单元教学整体规划1、主题名称控制及其设计——无接触手部消毒控制系统的设计2、主题概述控制是一门综合性学科，控制和控制系统在人们的生活和生产中有广泛应用，疫情背景下本单元以无接触手部消毒控制系统的设计为载体，学习控制及其设计的知识，了解不同种类的控制，理解控制系统中控制的目标、控制的过程和控制的机制等的含义，有助于发展良好的逻辑思维及运用控制方法解决问题的能力。

3、单元教学设计意图兼顾理论学习与实践应用，应用所学的控制知识设计制作无接触手部消毒控制系统，并结合所学知识进行优化，培养通用技术学科核心素养：技术意识、工程思维、创新设计、图样表达、物化能力。

三、单元内容分析1.单元内容本单元作为《技术与设计2》的结束单元，是在《技术与设计1》中学习设计的相关知识，经历了完整的设计过程后，再结合结构及其设计、流程及其设计、系统及其设计的相关知识，升级设计理念，运用控制方法解决实际问题。

2.单元项目实施《无接触手部消毒控制系统的设计》在《控制及其设计》的第一节课《了解控制》即可创设情境，抛出设计任务，了解其中的控制现象；然后分析其控制的实现需要哪些组成部分、控制如何一步步实现；接下来让学生尝试进行设计；设计、制作中难免遇到问题，设法去解决；设计制作完成进行测试，发现干扰因素并尝试消除。

整个项目活动过程串连了《了解控制》、《控制系统的组成和描述》、《简单控制系统的设计》、《控制中的干扰》，学生得到的不再是“点”状、“碎片式”的知识，他们的眼中不再是一棵棵树木，而是整片森林。

四、学习者分析控制是生活中常见的技术现象，在此之前学生没有从技术理论层面分析和理解。

在学习了《技术与设计1》和《技术语设计2》前三章的内容，学生对结构、流程、系统的相关知识有一定的储备，学生学习控制的不同类型、控制系统的组成和描述相对较容易，但学会用控制方法解决实际问题存在一定困难。

电动执行机构现场控制单元的设计电动执行机构现场控制单元是一种用来控制电动执行机构的装置，主要用于控制现场设备的开关、调节和传动等功能。

设计一个高效可靠的电动执行机构现场控制单元需要考虑多个方面的因素，如控制方式、通信方式、保护措施等。

以下是一个关于电动执行机构现场控制单元设计的示例，供参考：1.控制方式电动执行机构现场控制单元可以采用多种控制方式，如手动控制、自动控制、远程控制等。

手动控制通常通过按钮或开关来实现，自动控制可以通过传感器或编程实现，远程控制则需要通过网络或无线通信来实现。

根据实际需求和应用场景选择合适的控制方式。

2.信号传输方式电动执行机构现场控制单元可以通过有线通信或无线通信方式传输信号。

有线通信可以通过串行通信、Modbus通信、以太网等来实现，无线通信可以通过蓝牙、Wi-Fi、ZigBee、LoRa等来实现。

选择合适的信号传输方式要考虑到通信距离、抗干扰性能、网络拓扑结构等因素。

3.保护措施保护措施是电动执行机构现场控制单元设计中非常重要的一环。

主要包括电路保护、设备保护、环境保护等。

电路保护可以通过采用过电流保护、过压保护、短路保护等电路保护元件来实现；设备保护可以通过设置电机过载保护、过热保护、断相保护等功能来实现；环境保护可以通过设计防尘、防水、防腐蚀等措施来实现。

4.接口标准电动执行机构现场控制单元需要与其他设备进行数据交互，为了确保数据的准确传输和兼容性，需要规定统一的接口标准。

常见的接口标准有4-20mA电流回路、0-10V电压回路、Modbus协议、Profibus协议、CAN总线等。

根据实际需求选择合适的接口标准。

5.可扩展性电动执行机构现场控制单元应具备一定的可扩展性，以便根据实际需求进行升级和扩展。

例如，可以预留一些接口或插槽用于添加新功能模块，如温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。

这样可以在后期根据需要进行功能扩展，提高控制单元的灵活性和应用范围。

总之，电动执行机构现场控制单元的设计是一个复杂而重要的过程，需要综合考虑多个因素，并根据实际需求进行灵活选择和设计。

汽车电子控制单元ECU设计与开发汽车电子控制单元（ECU）设计与开发随着科技的不断进步，汽车电子控制单元（ECU）在汽车行业中扮演着至关重要的角色。

ECU是汽车电子系统的核心，负责监控和控制车辆的各种功能，如引擎控制、制动系统控制、安全控制和驾驶辅助系统控制等。

本文将探讨汽车ECU的设计与开发过程，旨在让读者了解ECU的基本原理以及设计开发过程中的一些关键要素。

一、ECU的基本工作原理汽车ECU是一种用于控制车辆功能和运行的微型计算机系统。

它通常由处理器、储存器、输入/输出接口和各种传感器组成。

ECU的主要工作原理是通过读取传感器所采集的车辆数据信息，并根据预定义的算法和程序进行处理和决策，最终控制相应的车辆功能。

二、ECU设计与开发的关键要素1. 硬件设计ECU的硬件设计是整个开发过程中的重要一环。

它需要考虑到汽车电子系统的特点，如高温、振动等环境因素的影响。

硬件设计师需要选择适合的元器件和电路设计方案，并进行可靠性验证和性能测试，以确保ECU能够在各种复杂条件下正常工作。

2. 软件开发ECU的软件开发是实现各种功能和逻辑的关键。

开发人员需根据车辆的功能需求和设计要求，编写嵌入式软件程序。

这包括算法的设计与开发、硬件驱动的编写、故障检测和诊断功能的实现等。

软件开发过程需要经过严格的测试和验证，以确保ECU能够稳定可靠地工作。

3. 通信协议由于车辆内部的各个电子控制单元之间需要进行信息交换和协作，通信协议的设计是ECU开发中的重要一环。

常见的通信协议包括CAN （Controller Area Network）总线、LIN（Local Interconnect Network）总线等。

根据车辆系统的需求和通信速率的要求，选择合适的通信协议是确保ECU正常工作的关键。

4. 故障检测与诊断为了确保车辆的安全性和可靠性，ECU需要具备故障检测和诊断功能。

开发人员需要编写相应的软件程序来监测和检测车辆系统中的故障，并提供相应的警报和诊断信息。