【文章內(nèi)容簡介】 單片機(jī) A/D 采樣模塊得到電機(jī) 的電流值，從而實現(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)動模塊的設(shè)計要求 [10]。 電機(jī)控制原理為：初始狀態(tài)中， GLS1 與 GLS2 都同時置于高電平或低電平， OUT1與 OUT2 一直保持高電平。當(dāng) U6 中的柵極為低電平而且 U7 的柵極為高電平時，直流電機(jī)正向轉(zhuǎn)動，車窗上升；反之，當(dāng) U6 中的柵極為高電平而且 U7 的柵極為低電平時，直流電機(jī)反向轉(zhuǎn)動，車窗下降，這樣就可以完成永磁直流電機(jī)的正反相控制要求。 除此之外，飛思卡爾的功率芯片 MC33486 還具有負(fù)載電流的線性復(fù)制功能， CurR輸出電流和負(fù)載電流成線性比 例， CurR 輸出電流再通過采樣電阻與限流電阻把電流轉(zhuǎn)化成電壓輸入到單片機(jī)來實現(xiàn)電機(jī)的雙向控制。其正常工作溫度范圍在 40℃ ～ 150℃，正常連續(xù)輸出采樣端。電壓進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換和一些計算后就可以得到負(fù)載的真實電流。因此，監(jiān)測輸入到單片機(jī)端口的電壓就等同于監(jiān)測車窗運(yùn)動中電機(jī)的電流。車窗下降過程、上升過程、上升遇到阻力過程中經(jīng)過電機(jī)的電流都呈規(guī)律性的變化，而這些電流變化都可以通過電流采樣實時的反映到單片機(jī)中 [11]。 溫度傳感器模塊設(shè)計 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。由于它的工作智能車窗升降控制系統(tǒng)的設(shè)計 9 條件不像發(fā)動機(jī)和底盤那么惡劣，一般工業(yè)用的傳感器稍加改進(jìn)就可以使用。主要有用于自動空調(diào)系統(tǒng)的溫度傳感器、風(fēng)量傳感器、濕度傳感器、日照傳感器等；用于安全氣囊系統(tǒng)中的加速度傳感器；用于門鎖控制中的車速傳感器；用于倒車控制中的超聲波傳感器或激光傳感器；用于亮度自動控制中的光傳感器；用于保持車距的距離傳感器；用于消除駕駛員盲區(qū)的圖像傳感器等 [12]。 針對汽車內(nèi)電磁干擾嚴(yán)重，溫度變化大等十分惡劣的環(huán)境，選用了溫度傳感器LM335A，其正常工作溫度在 40℃ ～ 100℃之間，具有很高的工作精度與較寬的線性工作范圍，集成 了信號調(diào)理電路和傳感電路，且器件輸出電壓和攝氏溫度成正比。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]。溫度傳感器模塊電路由溫度傳感器 LM335A和電位計組成。其電路連接如圖 24所示。 圖 24 溫度傳感 器模塊電路 因為需要同時測得車內(nèi)外溫度，所以需要兩路溫度傳感器模塊，但為了測量的精確性和減少誤差，所以車內(nèi)外采用了同一組溫度傳感器模塊。結(jié)合實際需要，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)。 (2)監(jiān)視溫度信號的變化情況，通過溫差算法實現(xiàn)車窗智能升降功能。 (3)采集溫度數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行濾波處理。 A/D 轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計 因為此次測量信號是溫度信號，不需要過于高的采樣率，所以采用了美國德州儀器公司生產(chǎn)的 TLC2543 芯片 [14]。 TLC2543 有 11 個通道的 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)采樣保持電路自動完成。此外，它的線性誤差較小，成本較低，節(jié)省口線資源， 也使得它特別適用于 此次車窗設(shè)計。圖 25 給出了 TLC2543 和 PIC18F25J10 的連接電路。 菏澤學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 圖 25 A/D 轉(zhuǎn)換模塊電路圖 TLC2543芯片的工作原理如下：上電后， EOC為高，片選 CS由高變低， I/O口 CLOCK、DOUPUT脫離高阻狀態(tài)， 12個時鐘信號從 I/O口依次進(jìn)入，隨著時鐘信號的加入，控制字從 DINPUT在時鐘信號的上升沿輸入，同時輸出上一周期的數(shù)據(jù)從 DOUPUT輸出，前 4個時鐘信號決定了通道號的選擇，然后繼續(xù)采樣，到第 12個時鐘的下降沿， EOC變低，TLC2543則自動完成采樣的模擬量的 A/D轉(zhuǎn)化，然后 進(jìn)入新的工作周期。編程時需注意的是， DOUPUT輸出的數(shù)據(jù)總是上一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果。 本次設(shè)計一共使用了 3路 AD，分別測量車內(nèi)溫度、車外溫度和電機(jī)防夾過程產(chǎn)生的電流變化。溫度由 LM335Z采樣來的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號經(jīng)過 TLC2543轉(zhuǎn)換后，送入微控器PIC18F25J10進(jìn)行下列處理：有效數(shù)據(jù)檢查、數(shù)字濾波等。其中有效數(shù)據(jù)檢查可以避免因線路故障而采集到虛假數(shù)據(jù)，對輸入信號進(jìn)行有效性檢查，主要來保證所測量的溫度信號在正常的范圍內(nèi) [15]。 汽車車窗系統(tǒng)智能控制實現(xiàn) 車窗系統(tǒng)防夾功能的實現(xiàn) 隨著 汽車的普及，人們越來越重視汽車的安全性。在車窗系統(tǒng)中，汽車電動窗具有防夾功能已經(jīng)是一種趨勢。當(dāng)車窗上升遇到障礙物時能夠自動后退到底，從而能夠避免事故的發(fā)生。本論文的車窗防夾控制模塊的設(shè)計采用了飛思卡爾公司的智能功率驅(qū)動器件 MC33486，通過監(jiān)測車窗運(yùn)行中永磁直流電機(jī)的電流變化來實現(xiàn)防夾功能。如圖 26 所示。 圖 26 MC33486 芯片 智能車窗升降控制系統(tǒng)的設(shè)計 11 在基礎(chǔ)車型的電動車窗控制電路中，控制車窗電機(jī)采用的是繼電器 和 開關(guān)，容易發(fā)生粘連等問題。 但 在本系統(tǒng)中采用智能功率驅(qū)動器件控制車窗電機(jī)，通過控制加在直流電機(jī)上的電壓方向來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向。升降器電機(jī)通過的電流的變化反映玻璃上升或下降過程中遇到的阻力變換情況，通過采樣玻璃升降器電機(jī)通過的電流，監(jiān)測電流就可以監(jiān)測玻璃升降過程中阻力的變化情況從而執(zhí)行相應(yīng)的操作。智能功率驅(qū)動器件可以實現(xiàn)對電機(jī)的過流、過熱 及 過壓保護(hù)，而且通過監(jiān)測電流自動識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?？刂颇K可以實現(xiàn)的功能： （ 1） 點(diǎn)按車門控制鍵 (按鍵時間小于 300ms)，車窗自動上升到頂或下降到底，點(diǎn)按同一開關(guān) 任意鍵，車窗停止上升或下降 。 （ 2） 車窗運(yùn)行到頂位或底位時自動停止，車窗電機(jī)斷電 。 （ 3） 延時按控窗鍵 (按鍵時間大于 300ms)，車窗上升或下降，上升或下降過程中釋放按鍵車窗即停 。 （ 4） 車窗玻璃在自動上升的過程中如果遇到一定的阻力會自動停下來，下降一段距離，能有效地防止人或物品的意外夾傷。 車窗防夾控制模塊的主要部分是車窗電機(jī)，一般采用內(nèi)置減速器的可逆性永磁直流電機(jī)，電機(jī)內(nèi)有磁場線圈，通過控制加在線圈上的電壓方向就可以控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，達(dá)到實現(xiàn)車窗玻璃的上升和下降的目的。 本設(shè)計采用了智能功率驅(qū)動器件 MC33486 控制車窗電機(jī)，通過控制加在直流電機(jī)上的電壓方向來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向。通過升降器電機(jī)的電流的變化完全反映玻璃上升或下降過程中遇到阻力的變換情況，通過采樣電機(jī)升降過程中通過的電流，監(jiān)測電流就可以知道阻力的大小。 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經(jīng)過處理得到的限定速度為Vmax。傳統(tǒng)的汽車車窗控制系統(tǒng)，當(dāng)駕駛員在汽車行駛的過程中，在車 速超過標(biāo)定速Vmax 時，如果車內(nèi)外的溫度反差過大，會在行駛過程中產(chǎn)生過大的氣流而影響汽車的穩(wěn)定性，造成駕駛員短暫的不適，從而可能導(dǎo)致交通意外的發(fā)生。 為了克服現(xiàn)有的車窗不能在高速駕駛的過程中智能的調(diào)節(jié)車窗升降的快慢，避免可能的安全隱患，本設(shè)計提供了一種新的基于車速和溫差的車窗控制算法。如果駕駛員在高速行駛時，此時按下車窗升降開關(guān)，車速傳感器將數(shù)據(jù)傳到微控制器上，檢測到行車速度超過限定車速 Vmax，則在駕駛員高速駕駛的途中通過溫度傳感器測得車內(nèi)外溫度，并通過 A/D 轉(zhuǎn)換電路將溫度數(shù)據(jù)傳到微控制器，通過新的車窗控 制算法控制車窗電機(jī)實現(xiàn)車窗升降器的智能升降，從而實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)車窗升降的快慢。在駕駛員行車速度超過限定車速 Vmax 時，如果內(nèi)外溫度反差較大的時候?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（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。在汽車行駛速度超過限定車速 Vmax 的情況下，為該車窗控制器提供的算法包括如下步驟： (1)通過溫度傳感器分別獲得一組車內(nèi)溫度 X1， X2， ? ， Xn，一組車外溫度 Y1，Y2， ? ， Yn； (2)對兩組數(shù)據(jù)分別 采用算術(shù)平均法得到 Xm， Ym，由算術(shù)表達(dá)式 n=[XmYm]可得到車內(nèi)外溫差數(shù)據(jù)； (3)判斷 n 是否在人體適應(yīng)范圍 m 內(nèi)，即 mnm；如果不是，則車窗電機(jī)以原來a(0a1)倍的速度轉(zhuǎn)動，反之，車窗電機(jī)以原來 b(b1)倍的速度轉(zhuǎn)動 。 系統(tǒng)硬件抗干擾設(shè)計 目前汽車上電子裝備大量增加，而半導(dǎo)體邏輯器件對于電磁干擾相當(dāng)敏感，車載電器低電壓、大電流負(fù)載特性使其開、關(guān)過程在供電線路上產(chǎn)生很多干擾，繼電器或電機(jī)等負(fù)載的開關(guān)過程也能產(chǎn)生干擾汽車電子系統(tǒng)的瞬變電壓，還有一些其他等原因使得車載電子器件一直處在惡 劣的電磁環(huán)境。為了保證車載網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)安全和可靠運(yùn)行，其必須具備良好的電磁兼容性 (EMC)，所以進(jìn)行硬件設(shè)計時必須考慮抗干擾的問題。 電磁兼容性設(shè)計主要包括兩方面，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，提高對電磁效應(yīng)敏感器件的質(zhì)量。從汽車電子系統(tǒng)的總體和電路設(shè)計方面采取措施對最敏感的器件和部位進(jìn)行屏蔽保護(hù) [16]。 本車窗系統(tǒng)硬件設(shè)計中的 PCB主要采取了如下 2個抗干擾措施： (1)在每個芯片輸入輸出端都加了相應(yīng)的旁路電容和去耦電容。旁路電容是為本地器件提供能量的儲能器件，它能使穩(wěn)壓器的輸出均勻化， 降低負(fù)載需求。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。為盡量減 小 阻抗，旁路電容要盡量靠近負(fù)載器件的供電電源管腳和地管腳。 去耦電容有三個作用：一方面是本集成電路的蓄能電容，提供和吸收該集成電路開門關(guān)門瞬間的充放電能；二是濾除該器件產(chǎn)生的高頻噪聲，切斷其通過供電回路進(jìn)行傳播的通路；三是防止電源攜帶的噪聲對電路構(gòu)成干擾。 旁路是把輸入信號中的干擾作為濾除對象，而去耦是把輸出信號的干擾作為濾除對象，防止干擾信號返回電源。這是旁路電容和去耦電容的本質(zhì)區(qū)別。 (2)加粗導(dǎo)線寬度，以減少導(dǎo)線上的電 阻。同時，使電源線、地線的走向一致， 這種措施也有助于加強(qiáng)電路板的抗干擾能力。 在分電路設(shè)計和論證中，首先給出了車窗控制系統(tǒng) 的 總體框架圖，然后介紹了 LIN協(xié)議中的一些基本概念，報文的通訊機(jī)制和 LIN協(xié)議規(guī)范中的錯誤類型。再給出了此次車窗控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案，包括詳細(xì)的 LIN節(jié)點(diǎn)硬件原理設(shè)計、電源模塊設(shè)計、直流電機(jī)驅(qū)動模塊設(shè)計、溫度傳感器模塊設(shè)計、 A/D采樣模塊設(shè)計，最后介紹了此次硬件設(shè)計中采用的兩項有效防干擾措施。 智能車窗升降控制系統(tǒng)的設(shè)計 13 3 軟件設(shè)計 系統(tǒng)主程序流程圖 系統(tǒng)主程序流程圖，指明系統(tǒng)數(shù)據(jù)的程序流程。如圖 31 所示 。 程 序 入 口掃 描 控 制 按 鍵是 否 有 按鍵 按 下啟 動 3 0 0 m s 定 時上 升 / 下 降3 0 0 m s 定 時 已 到置 手 動 上