【正文】 ......................................... 20 LDF 文件的配置 ...................................................... 20 LlN 節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì) .................................................... 20 5 展望 ................................................................... 21 參考文獻(xiàn) ................................................................. 22 致謝 ..................................................................... 22 智能車窗升降控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1 智能車窗升降控制 系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生 XXX 指導(dǎo)教師 XXX 摘要 ： 隨著汽車電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)汽車的舒適性和安全性要求也在不斷提高。 fort 菏澤學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 引言 近年來隨著我國(guó)汽車行業(yè)的快速發(fā)展，汽車電子市場(chǎng)也迅速擴(kuò)大，整個(gè)市場(chǎng)以超過 40％的比例高速增長(zhǎng)，其中車身電子產(chǎn)品占到所有汽車電子產(chǎn)品的 35％～ 40％。一般來說在駕駛員高速行駛過程中，如果手動(dòng)控制車窗升降速度，就會(huì)使駕駛員分心，而且很有可能在調(diào)控車窗時(shí)發(fā)生安全事故，因此汽車高速行駛過程中一般使用車窗自動(dòng)升降。結(jié)果使我國(guó)許多從事汽 車電子技術(shù)的研發(fā)人員在進(jìn)行研發(fā)的過程中，不能取長(zhǎng)補(bǔ)短，使研發(fā)陷入困境。 圖 11 車窗升降控制系統(tǒng)總體框圖 當(dāng)駕駛員按下車窗的按鍵開關(guān)時(shí)，車速傳感器把信號(hào)傳到微控制器，如果車速超過設(shè)定的標(biāo)定車速時(shí)，通過溫度傳感器檢測(cè)測(cè)得車內(nèi)外溫度，再由 A/D 轉(zhuǎn)換電路把溫度數(shù)據(jù) 傳到微控制器，使用新的車窗控制算法來控制車窗電機(jī)智能實(shí)現(xiàn)車窗升降器的升降。用戶不需要改變現(xiàn)有的 LIN從節(jié)點(diǎn)的硬件和軟件就可以在 LIN網(wǎng)絡(luò)上增加節(jié)點(diǎn)。 (5)傳輸速率最高達(dá) 20Kbit/s。 圖 12 LIN總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 LIN總線最初是為汽車電子控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，也可以用于工業(yè)控制或者家用電子產(chǎn)品如冰箱中、洗衣機(jī)。車窗的控制開關(guān)有兩套，一主一從能控制每個(gè)車窗的升降。 LIN收發(fā)器 MCP202x芯片針對(duì)工作在汽車環(huán)境下的情況進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，符合 LIN [6]。 圖中 MCP202x為 PIC18F25J10和 LIN總線之間提供了一個(gè)雙向通信接口，可以把 LIN總線的電平轉(zhuǎn)換成微控制器能夠接收的 TxD、 RxD信號(hào)，或者進(jìn)行與之相反的轉(zhuǎn)換。 電源電路采用了 LM2576穩(wěn)壓電源電路芯片，對(duì) +12V 轉(zhuǎn) +5V 供電電路如圖 21 所示 。這是啟動(dòng)頻率的極限，實(shí)際使用時(shí)，只要啟動(dòng)頻率小于或等于這個(gè)極限值，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就能夠直接帶動(dòng)負(fù)載啟動(dòng)了。本設(shè)計(jì)采用的是 3 相 6 拍步進(jìn)電機(jī)控制程序。其正常工作溫度范圍在 40℃ ～ 150℃，正常連續(xù)輸出采樣端。而從使用角度來說， LM335A和用開爾文標(biāo)準(zhǔn)的線性溫度傳感器相比更有優(yōu)越之處 [12]。 TLC2543 有 11 個(gè)通道的 12 位開關(guān)電容逐次逼近模數(shù)串行 A/D 轉(zhuǎn)換器，采樣率是 66kbit/s， 速度比較快，采樣和保持由片內(nèi)采樣保持電路自動(dòng)完成。 汽車車窗系統(tǒng)智能控制實(shí)現(xiàn) 車窗系統(tǒng)防夾功能的實(shí)現(xiàn) 隨著 汽車的普及，人們?cè)絹碓街匾暺嚨陌踩?。智能功率?qū)動(dòng)器件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的過流、過熱 及 過壓保護(hù)，而且通過監(jiān)測(cè)電流自動(dòng)識(shí)別玻璃上升途中遇到障礙的狀況，進(jìn)而進(jìn)行反轉(zhuǎn)，防止夾傷。 車速與溫差的車窗控制 車速表及車速傳感器是提供車輛行駛速度信息的重要工具，這里不考慮磁性元件的磁性變化、零件的自然磨損以及汽車輪胎胎壓造成的影響，假設(shè)汽車行駛過程中由車速傳感器采集的信號(hào)經(jīng)過處理得到的限定速度為Vmax。 電磁兼容性設(shè)計(jì)主要包括兩方面，即切斷電磁輻射進(jìn)入電子產(chǎn)品內(nèi)部產(chǎn)生相互干擾的通路，提高對(duì)電磁效應(yīng)敏感器件的質(zhì)量。這是旁路電容和去耦電容的本質(zhì)區(qū)別。 LIN 主機(jī)程序 LIN主機(jī)程序流程圖，指明 LIN主機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的程序流程。當(dāng)主節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)總線診斷主機(jī)任務(wù)后，從節(jié)點(diǎn)的從機(jī)任務(wù)以診斷信息告知主節(jié)點(diǎn)己經(jīng)發(fā)生錯(cuò)誤 [17]。 程 序 入 口單 片 機(jī) 機(jī) 寄 存 器 初 始化所 有 變 量 初 始 化收 到 中 央 控 制 單 元的 消 息 ？等 待 信 息 診 斷 周 期 到 ，向 總 線 發(fā) 送 主 機(jī) 任 務(wù)的 診 斷 信 息L I N 報(bào) 文 發(fā) 送分 析 從 機(jī) 任 務(wù) 的 診 斷信 息車 窗 升 降 驅(qū) 動(dòng) 函 數(shù)向 中 央 控 制 單 元 發(fā) 送診 斷 結(jié) 果L I N 報(bào) 文 接 收NY 圖 33 LIN 從機(jī)程序流程圖 從主機(jī)節(jié)點(diǎn)的軟件流程圖可以得知，當(dāng)信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，主機(jī)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相關(guān) LIN報(bào)文的發(fā)送， LIN從機(jī)節(jié)點(diǎn)需要實(shí)時(shí)地進(jìn)行相關(guān)信息報(bào)文的發(fā)送。 系統(tǒng)軟件抗干擾設(shè)計(jì) 在測(cè)控系統(tǒng)中常常存在著 靜電干擾、 電磁干擾、放電和浪涌噪聲等多種形式的干擾。與其他 的 抗干擾技術(shù)相比 較 它采用的是一種亡羊補(bǔ)牢的辦法，即只在其他 的 抗干擾方法失效后采用的一種補(bǔ)救方法。通過不斷 的 檢測(cè)程序循環(huán)運(yùn)行時(shí)間， 如果 發(fā)現(xiàn)程序循環(huán)時(shí)間超過設(shè)定的最大循環(huán)運(yùn)行時(shí)間， 就會(huì) 認(rèn)為系統(tǒng)陷入 “ 死循環(huán) ” ，需 要 進(jìn)行出錯(cuò)處理 來 使程序脫離 “ 死循環(huán) ” ，這種技術(shù) 就是 “ 看門狗 ” 技術(shù)。本設(shè)計(jì)中軟件 “ 看門狗 ” 監(jiān)視原理 為 ：在主程序 M、車窗防夾程序 M溫差控制程序 M2中各設(shè)一運(yùn)行觀測(cè)變量。細(xì)致周到地分析干擾源，硬件與軟件抗干擾相結(jié)合，完善系統(tǒng)監(jiān)控程序，就可以設(shè)計(jì)一套穩(wěn)定可靠、完全可行的單片機(jī)系統(tǒng) [19]。以左前車窗為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，先啟動(dòng) 300ms 延時(shí)程序，當(dāng)檢測(cè)到時(shí)間超過 300ms 時(shí)，置左車窗手動(dòng)上升或下降；當(dāng)檢測(cè)到時(shí)間沒有 300ms 時(shí)，啟動(dòng)左前車窗自動(dòng)升降程序，再通過車速傳感器監(jiān)測(cè)車速，當(dāng)超過限定車速 Vmax(這里設(shè)定 Vmax=100km/h)時(shí)，啟動(dòng)溫差控制程序，此時(shí)通過車內(nèi)外溫度傳感分別測(cè)得車內(nèi)外 溫度數(shù)據(jù)，計(jì)算出車內(nèi)外溫差，數(shù)據(jù)如表 41 所示。CANoe 軟件自帶的工具 Vector LIN File Editor 軟件可以用來編輯車窗系統(tǒng)所用到LDF 文件。本次車窗 升降控制 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括兩個(gè)部分：車窗 LIN 主機(jī)節(jié)點(diǎn) 以及 車窗 LIN 從機(jī)節(jié)點(diǎn)。當(dāng)主節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)總線診斷主機(jī)任務(wù)后，從節(jié)點(diǎn)的從機(jī)任務(wù)以診斷信息告知主節(jié)點(diǎn)己經(jīng)發(fā)生錯(cuò)誤?，F(xiàn)在 車窗模塊已 經(jīng) 成為汽車標(biāo)準(zhǔn)功能之一。此外，在因溫度變化 以及 橡膠密封劑老化造成的多 種 機(jī)械摩擦導(dǎo)致電機(jī)電流變化的苛刻環(huán)境下，半導(dǎo)體解決方案 可以 提供更加出色的保護(hù) 和 診斷管理。 最后，再次對(duì)所有關(guān)心和幫助過我的老師、同學(xué)、朋友表示由衷的謝意，并衷心感謝在百忙之中評(píng)閱我的論文和參加答辯的各位專家、教授。在不久的將來，基于 LIN總線的車窗智能 升降 控制系統(tǒng)必 將 會(huì)走進(jìn)每一輛汽車，扮演著重要的角色。據(jù)當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)數(shù)據(jù) 報(bào)告 顯示，車窗模塊的 銷售量 近年來大幅 度 攀升， 如今車窗正沿 著模塊化、 人性化 、 智能化 的方向發(fā)展，更高的半導(dǎo)體集成 度是管理汽車 防夾等復(fù)雜功能 實(shí)現(xiàn) 的關(guān)鍵， 而且 也滿足了小型、輕量要求。這樣，LIN 主機(jī)節(jié)點(diǎn)就可以實(shí)時(shí)地接收 LIN 從機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)。此時(shí)主節(jié)點(diǎn) 會(huì) 立即啟動(dòng) LIN 報(bào)文幀的發(fā)送， 首 先發(fā)送主機(jī)任務(wù)，然后延時(shí)幀內(nèi)響應(yīng)間隔 設(shè)定 的時(shí)間后，再啟動(dòng)從機(jī)任務(wù)發(fā)送。另外LDF 文件能被單個(gè)部件引用，用于向指定 LIN 網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)電子控制單元寫入軟件。 在左前車窗自動(dòng)上升過程中，如果有人的手、頭或其他障礙物擋住了車窗， 通過車窗控制系統(tǒng)的防夾算法，智能判斷車窗是遇到障礙還是升到頂端，然后車窗電機(jī)將停止轉(zhuǎn)動(dòng)，避免了安全事故的發(fā)生。車內(nèi) 外 的 溫差一般控制在50℃ 之 內(nèi)，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，人體的體溫中樞就 可以 靈活自如地進(jìn)行調(diào)節(jié)， 假如 溫差超過這個(gè)界限，身體就會(huì)出現(xiàn)不適 的 癥狀。當(dāng)然，對(duì)主程序最大循環(huán)周期、車窗防夾程序 M溫差控制程序 M2 定時(shí)周期應(yīng) 該予以全盤合理考慮。則系統(tǒng) 就會(huì) 無法定時(shí) “ 喂狗 ” ，硬件看門狗電路 就會(huì) 失效。通過前者 CPU 可以 將自身正常工作的狀態(tài)指示信號(hào)傳給看門狗，處在監(jiān)視狀態(tài)的看門狗若能夠在 一定 的時(shí)間內(nèi)收到有效的喂狗信號(hào)，就 可以 確認(rèn)計(jì)算機(jī)工作正常，并 且 繼續(xù)監(jiān)視而不 會(huì) 發(fā)出控制動(dòng)作。在提高硬件系統(tǒng)抗干擾能力的同時(shí)，軟件抗干擾以其設(shè)計(jì)靈活、節(jié)省硬件資源、可靠性好越來越受到人們的重視。 初 始 化是 否 有 按 鍵 按下 ？按 鍵 結(jié) 束 ？顯 示 設(shè) 定 值產(chǎn) 生 P W M 波 匹 配 值輸 出 P W M 波A / D 采 樣顯 示 實(shí) 際 輸 出 值設(shè) 定 值 與 輸 出 值 是 否 相 等 ？產(chǎn) 生 新 P W M 波 匹 配 值NYNYYN 圖 34 A/D 轉(zhuǎn)換程序流程圖 智能車窗升降控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 17 首先進(jìn)行程序初始化，判斷按鍵開關(guān)的狀態(tài)，再與 PWM 波值進(jìn)行匹配，將輸出的 PWM 波值轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)或其他模擬信號(hào)，通過 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，與設(shè)定值進(jìn)行比較，看是否相等，如此反復(fù)。這樣， LIN主機(jī)節(jié)點(diǎn)就可以實(shí)時(shí)地接收 LIN從機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)。此時(shí)主節(jié)點(diǎn)立即啟動(dòng) LIN報(bào)文幀的發(fā)送，先發(fā)送主機(jī)任務(wù)，然后延時(shí)幀內(nèi)響應(yīng)間隔規(guī)定的時(shí)間后，再啟動(dòng)從機(jī)任務(wù)發(fā)送。再給出了此次車窗控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案，包括詳細(xì)的 LIN節(jié)點(diǎn)硬件原理設(shè)計(jì)、電源模塊設(shè)計(jì)、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)、溫度傳感器模塊設(shè)計(jì)、 A/D采樣模塊設(shè)計(jì)，最后介紹了此次硬件設(shè)計(jì)中采用的兩項(xiàng)有效防干擾措施。就像小型可充電電池一樣，旁路電容 可以 被充電，并向器件進(jìn)行放電。在駕駛員行車速度超過限定車速 Vmax 時(shí)，如果內(nèi)外溫度反差較大的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)車窗的較慢升降；反之，在內(nèi)外溫度反差較小的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)車窗的較快升降，在汽車駕駛過程中提高菏澤學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 了駕駛員的舒適度，改善了駕駛員的駕駛環(huán)境，最重要的是減少交通意外發(fā)生的可能性。 （ 4） 車窗玻璃在自動(dòng)上升的過程中如果遇到一定的阻力會(huì)自動(dòng)停下來，下降一段距離，能有效地防止人或物品的意外夾傷。如圖 26 所示。編程時(shí)需注意的是， DOUPUT輸出的數(shù)據(jù)總是上一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果。結(jié)合實(shí)際需要，車窗控制系統(tǒng)中的溫度傳感器模塊完成的主要功能如下所示 [13]： (1)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化，將 采集到的數(shù)據(jù)通過 LIN總線傳給上位機(jī)和其他節(jié)點(diǎn)。 溫度傳感器模塊設(shè)計(jì) 車身控制用傳感器主要用于提高汽車的可靠性、安全性和舒適性等。它能夠采集電機(jī)的電流，利用它反饋給單片機(jī) A/D 采樣模塊得到電機(jī) 的電流值，從而實(shí)現(xiàn)車窗防夾功能和完成電機(jī)的雙向控制，達(dá)到了車窗電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)要求 [10]。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作方式與一般電動(dòng)機(jī)不同，它采用脈沖控制方式工作的。