【導(dǎo)讀】西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

　　

【正文】 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 —— —— —— —— 0：車窗不動(dòng)作 0：電機(jī)正轉(zhuǎn) 0：自動(dòng)升降 0：上升 —— —— —— —— 1：車窗動(dòng)作 1：電機(jī)反轉(zhuǎn) 1：手動(dòng)升降 1：下降 其中只有當(dāng) Bit3=1 時(shí)，后面的 Bit2 、 Bit Bit0 位才有意義，否則 Bit2 、Bit Bit0 位的功能定義無(wú) 效。 在本次設(shè)計(jì)中，車窗診斷報(bào)文數(shù)據(jù)字節(jié)只籠統(tǒng)的定義了兩 個(gè)位狀態(tài)：車窗工作狀態(tài)是否正常以及數(shù)據(jù)是否正確傳輸， 在實(shí)際設(shè)計(jì)中，包含的診斷內(nèi)容遠(yuǎn) 遠(yuǎn)不止這些，包括車窗電機(jī)的工作情況，車窗電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的情況，報(bào)文頭 傳輸?shù)那闆r等等。由于其中涉及到內(nèi)容較多，本次設(shè)計(jì)不作介紹。 Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 —— —— —— —— —— —— 0數(shù)據(jù)傳輸正確 0：車窗工作正常 —— —— —— —— —— —— 1數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤 1：車窗工作不正常 在 LIN 通信 中最重要的標(biāo)識(shí)符場(chǎng)（ ID場(chǎng)）的定義 有嚴(yán)格的規(guī)定，按照上面對(duì)標(biāo)識(shí)符場(chǎng)的介紹對(duì)四個(gè)車窗的 ID進(jìn)行了如下定義 : 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 33 ID0 ID1 ID2 ID3 ID4 ID5 P0 P1 結(jié)果 主節(jié)點(diǎn) 1 0 0 0 1 1 1 0 8E 從節(jié)點(diǎn) 1 0 1 0 0 1 1 0 1 4D 從節(jié)點(diǎn) 2 0 0 1 0 1 1 0 0 2C 從節(jié)點(diǎn) 3 0 0 0 1 1 1 0 1 1D 由上得各節(jié)點(diǎn)的 ID 如下 駕駛室車窗主節(jié)點(diǎn) ID=0x8E；副駕駛室從節(jié)點(diǎn) ID=0x4D； 左后窗從節(jié)點(diǎn) ID=0x2C；右后窗從節(jié)點(diǎn) ID=0x1D。 LIN 節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì) 車窗系統(tǒng)工作性能的好壞取決于程序結(jié)構(gòu)的合理性，一個(gè)好的程序結(jié)構(gòu)有助于提高程序的運(yùn)行速度和功能的正常實(shí)現(xiàn)。本次車窗系統(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)和車窗 LIN 從機(jī)節(jié)點(diǎn)。參照車窗控制 LDF 文件，本文詳細(xì)說(shuō)明了 LIN 總線主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)的軟件編寫(xiě)。 圖 5— 1 LIN 主機(jī)節(jié)點(diǎn)軟件流程圖 主程序入口 主節(jié)點(diǎn)初始化 是否需要數(shù)據(jù)傳輸 發(fā)送報(bào)文頭 是否為發(fā)送標(biāo)識(shí)符 發(fā)送從機(jī)任務(wù)控制命令數(shù)據(jù) 接收從節(jié)點(diǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù) 分析從節(jié)點(diǎn)狀態(tài) 是否發(fā)現(xiàn)從節(jié)點(diǎn)故障 故障提示 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 34 車窗 LIN 主機(jī)節(jié)點(diǎn)的軟件流程圖如圖 31 所示。首先，主節(jié)點(diǎn)完成微控制器的寄存器初始化和變量初始化，然后進(jìn)入自身任務(wù)循環(huán)中。在車窗控制方案中，如果主節(jié)點(diǎn) ECU 檢測(cè)到 主電動(dòng)車窗開(kāi)關(guān)狀態(tài)后，就向總線發(fā)送消息。此時(shí)主節(jié)點(diǎn) 啟動(dòng)LIN 報(bào)文幀的發(fā)送，先發(fā)送主機(jī)任務(wù) （即報(bào)文頭） ，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) （即響應(yīng)） 發(fā)送。相應(yīng)標(biāo)識(shí)符的從節(jié)點(diǎn)接收到從機(jī)任務(wù)內(nèi)容后，執(zhí)行預(yù)先定義的操作，如打開(kāi)、關(guān)閉車窗等。主節(jié)點(diǎn)采取邊發(fā)送邊接收的方式，如果接收到的位與發(fā)送的位不一致，則會(huì)取消這一次發(fā)送，重新啟動(dòng)新的發(fā)送過(guò)程。如果從節(jié)點(diǎn)接收?qǐng)?bào)文后，產(chǎn)生了位錯(cuò)誤、校驗(yàn) 和錯(cuò)誤、標(biāo)識(shí)符奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤，從節(jié)點(diǎn)就認(rèn)為沒(méi)有收到任務(wù)幀。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。 LIN 主機(jī)節(jié)點(diǎn)軟件流程圖考慮了車窗整體執(zhí)行動(dòng)作的一致性與總線信號(hào)傳輸之間的關(guān)系。任何一個(gè)車窗當(dāng)輸入信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，先將此信號(hào)通過(guò) LIN 總線傳輸?shù)狡渌?jié)點(diǎn)上，再同步執(zhí)行該輸入信號(hào)所要求的動(dòng)作。 LIN 從機(jī)節(jié)點(diǎn)則需要將本地節(jié)點(diǎn)的診斷信息實(shí)時(shí)地發(fā)送給車窗 LIN 主機(jī)節(jié)點(diǎn)。這樣， LIN 主節(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)。 LIN 協(xié)議采用了標(biāo)準(zhǔn)的串行通信接口，軟件的實(shí) 現(xiàn)要嚴(yán)格遵守協(xié)議的規(guī)定。通常 LIN實(shí)現(xiàn)采用 LIN規(guī)范規(guī)定的 API(Applieation Program Interfaee)應(yīng)用程序接口， LIN _API 是 LIN 網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用程序之間的接口。 LIN_API 是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)軟件層，它在用戶為任意的 ECU建立應(yīng)用程序時(shí)，隱藏了 LIN 網(wǎng)絡(luò)配置的詳細(xì)情況 (例如 :信號(hào)如何映射到相應(yīng)的幀 )，所以它提供了一個(gè) API 給用戶，這個(gè) API 著重于 LIN 網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)傳輸。 車窗 LIN 從機(jī)節(jié)點(diǎn)軟件流程圖如圖 3— 2 所示。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。這樣，對(duì)于 LIN 從機(jī)節(jié)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)與主機(jī)節(jié)點(diǎn)基本相同，我們需要在等待接收 LIN 主機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)送報(bào)文的時(shí)間內(nèi)處理本地節(jié)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)函數(shù)以及本地 LIN 報(bào)文的發(fā)送等工作。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 35 圖 5— 2 LIN 從機(jī)節(jié)點(diǎn)軟件流程圖 車窗電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制算法 啟動(dòng)是指直流電動(dòng)機(jī)由靜止達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的過(guò)程。 若直接啟動(dòng)給電動(dòng)機(jī)加上 U額，則啟動(dòng)電流 aaa RURUI //)0( ??? 很大，會(huì)帶來(lái)強(qiáng)烈的火花 現(xiàn)象，電流正比于轉(zhuǎn)矩，過(guò)大的轉(zhuǎn)矩帶來(lái)很大的沖擊，電壓波動(dòng)影響供電的穩(wěn)定性。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，電機(jī)啟動(dòng)采取 PWM的方式進(jìn)行。采用 2kHz的頻率，分為 1O段，占空 比從0 逐步上升到 100 。每段 1O個(gè)脈沖 共 5ms時(shí)間， lO段啟動(dòng)時(shí)間一共 50 ms。在實(shí)驗(yàn)中證實(shí)，采取這種啟動(dòng) 方式，啟動(dòng)比較平穩(wěn)，啟動(dòng)快速性較好。在車窗啟動(dòng)的這 段時(shí)間里，電機(jī)的電流變化比較大，無(wú)法通過(guò)監(jiān)測(cè)電流的 變化來(lái)實(shí)覡防夾功能，同時(shí)這段時(shí)間很短，因此在啟動(dòng)的這段時(shí)間內(nèi)應(yīng)避免實(shí)現(xiàn)防夾功能。 而在停止的時(shí)候，不是監(jiān)測(cè)到電機(jī)堵轉(zhuǎn)才停止，而是監(jiān)測(cè)到電機(jī) 的電流超過(guò)了其正常工作電流的一定幅度就 停止電機(jī)，在本系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，這個(gè)界限電流定義為 l1 主程序入口 從節(jié)點(diǎn)初始化 是否收到主節(jié)點(diǎn)控制報(bào)文頭信息 分析報(bào)文頭信息內(nèi)容 分析主節(jié)點(diǎn)診斷信息 向總線發(fā)送從節(jié)點(diǎn)診斷結(jié)果 執(zhí)行相應(yīng)的從機(jī)任務(wù)命令動(dòng)作 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 36 A。上升過(guò)程電機(jī)的電流變化見(jiàn)圖 5— 3，電機(jī)的電流呈現(xiàn)逐步增 大的趨勢(shì)，連續(xù)變化，當(dāng)達(dá)到超過(guò)的 11A時(shí)就迅速停止電機(jī)的工作。 圖 5— 3 車窗上升過(guò)程中的電流變化情況 車窗系統(tǒng)防夾功能的實(shí)現(xiàn) 隨著汽車的普及，汽車的安全性越來(lái)越受到人們的重視。在車窗系統(tǒng)中，汽車電動(dòng)窗具備防夾功能己是一種趨勢(shì)。當(dāng)車窗上升遇到障礙物 (如手、頭等 )時(shí)可以自動(dòng)后退到底，從而可以避免事故的發(fā)生。目前國(guó)內(nèi)關(guān)于車窗的防夾功能研究己經(jīng)十分成熟。 本文的車窗防夾控制模塊的設(shè)計(jì)采用了飛思卡爾公司的智能功率驅(qū)動(dòng)器件MC33486，通過(guò)監(jiān)測(cè)車窗運(yùn)行中永磁直流電機(jī)的電流變化來(lái)實(shí)現(xiàn)防夾功能。車窗防夾控制模塊主要部分是車窗電機(jī)，一般都采用內(nèi)置減速器的可逆性永磁直流電機(jī)，電機(jī)內(nèi)有磁場(chǎng)線圈，通過(guò)控制加在線圈上的電壓的方向就可以控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，達(dá)到實(shí)現(xiàn)車窗玻璃的上升和下降的目的。本文采用了智能功率驅(qū)動(dòng)器件MC33486 控制車窗電機(jī)，通過(guò)控制加在直流電機(jī)上的電壓方向來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。升降器電機(jī)通過(guò)的電流的變化完全反映玻璃上升或下降過(guò)程中遇到的阻力變換情況，通過(guò) 采樣電機(jī)升降過(guò)程中通過(guò)的電流，監(jiān)測(cè)電流就可以監(jiān)測(cè)玻璃升降過(guò)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(dòng)器件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的過(guò)流、過(guò)壓及過(guò)熱保護(hù)，而通過(guò)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，從而實(shí)現(xiàn)防止功能。 車窗控制模塊防夾功能的實(shí)現(xiàn)主要在于防夾算法的實(shí)現(xiàn)，防夾算法主要充成以 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 37 下兩個(gè)功能 :必須能夠判斷是否遇到障礙物 。遇到障礙后 必須能夠判斷玻璃是在上升還是己經(jīng)上升到頂部。首先，車窗上升過(guò)程中遇到阻力和車窗上升到最頂端遇到阻力兩種情況下電機(jī)電流增大的快慢是不一樣的，車窗上升過(guò)程中遇到阻力情況下要比車 窗上升到最頂端情況下電流變化 要快。因此可通過(guò)求得電流變化的斜率來(lái)區(qū)分兩種情況。當(dāng) f≥ f 阻力 時(shí)，車窗 上升過(guò)程中遇到阻力 。當(dāng) 0ff 阻力 時(shí)，車窗上升到最頂端。 此外，車窗的運(yùn)行時(shí)間是不一樣的。當(dāng) TT 頂端 時(shí)，車窗上升到最頂端 :當(dāng) T≤ T頂端 時(shí)，車窗上升過(guò)程中遇到阻力。但是同一車型的不同車窗安裝的不能完全相同，因此 T 頂端 會(huì)有細(xì)微的差別，可以通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)測(cè)出一個(gè)初始的 T 頂端 ，把每次車窗上升到最頂端的時(shí)間記錄下來(lái)，存儲(chǔ)到 EEPROM 中，這些數(shù)據(jù)作為調(diào)整 T 頂端 的依據(jù)，這樣參數(shù) T 頂端 具有了自適應(yīng)性。 這樣通過(guò)兩組判據(jù) 來(lái)判斷區(qū)分兩種情況。 當(dāng) f≥ f 阻力 amp。amp。T≤ T 頂端 時(shí)，車窗上升過(guò)程中遇到阻力 。當(dāng) 0ff 阻力 amp。amp。TT 頂端 時(shí)，車窗上升到最頂端。采用以上兩組判據(jù)增加了判斷的準(zhǔn)確性，降低了誤判率。采用這兩種判據(jù)，在實(shí)車實(shí)驗(yàn)中良好地實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)車窗的防夾功能，在上升過(guò)程中遇到阻力車窗則反向下降到底。 MC9S08DZ60 單片機(jī)和智能功率驅(qū)動(dòng)器 MC33486 結(jié)合起來(lái)，通過(guò)監(jiān)測(cè)車窗電機(jī)的電流來(lái)監(jiān)測(cè)車窗遇到的障礙情況，不需要添加任何傳感器，很容易就可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車窗的防夾功能。車窗防夾功能對(duì)汽車的安全設(shè)計(jì)而言是十分必須的。 數(shù)據(jù) 采集 由于選用的單片機(jī) MC9S08DZ60內(nèi)部集成 AD轉(zhuǎn)換模塊，外部電路上可以得到很大的簡(jiǎn)化，便于功能的實(shí)現(xiàn)。其中 ADC 模塊的特性包括： ? 具有 12 位分辨率的線性逐次逼近算法 ； ? 高達(dá) 28 個(gè)模擬輸入； ? 1 10 或 8 位右對(duì)齊輸出格式； ? 單次轉(zhuǎn)換或連續(xù)轉(zhuǎn)換（單轉(zhuǎn)換后自動(dòng)返回空閑狀態(tài)）； ? 采樣時(shí)間和轉(zhuǎn)換速度 / 功率可配置； 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 38 ? 轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志和中斷； ? 最多可選擇 4 個(gè)輸入時(shí)鐘源； ? 在等待或 STOP3 模式下實(shí)現(xiàn)了低噪音運(yùn)行； ? 異步時(shí)鐘源實(shí)現(xiàn)了低噪音運(yùn)行； ? 可選的異步硬件 轉(zhuǎn)換觸發(fā)； ? 與小于、大于或等于可編程值自動(dòng)比較的中斷； 在功能實(shí)現(xiàn)上，只需要對(duì) ADC 模塊的相關(guān)寄存器進(jìn)行設(shè)置即可實(shí)現(xiàn) AD 轉(zhuǎn)換功能，相關(guān)寄存器設(shè)置如下： void Init_ADC(void) { ADCCFG=0x90。 //低功耗模式， 8 位精度， ADCK=總線頻率 ADCSC2=0x00。 //0x00:軟件觸發(fā)，比較功能禁止 APCTL2=0x30。 //通道引腳使能： 0x01:AD0。0x02:AD1 依此類推 Ch_s=0。 //選擇 0 通道 ADCSC1=0x4c。 //0x4c:中斷使能，單次轉(zhuǎn)換，選擇 AD12 并啟動(dòng)了轉(zhuǎn)換 . } 其中 ADCCFG是 配置寄存器， 用來(lái)選擇運(yùn)行模式、時(shí)鐘源、時(shí)鐘分頻、低功率或長(zhǎng)采樣時(shí)間配置。 在本次設(shè)計(jì)中，采用了低功耗模式 ， 8位精度，時(shí)鐘源采取總線時(shí)鐘，時(shí)鐘分頻系數(shù)為 1， ADCSC2是 狀態(tài)和控制寄存器 用來(lái)控制 ADC模塊的比較功能、轉(zhuǎn)換觸發(fā)和轉(zhuǎn)換狀態(tài)。 APCTL2是 管腳控制寄存器 用來(lái)控制 ADC 模塊的通 道815，本次選用了 ADC12通道作為 AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) 采集口。 ADCSC1是 狀態(tài)和控制寄存器 ，在本次設(shè)計(jì)中對(duì) 中斷使能，單次轉(zhuǎn)換，選擇 AD12并啟動(dòng)了轉(zhuǎn)換 進(jìn)行了設(shè)置。 數(shù)據(jù)處理 在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中存在著各種各樣的隨機(jī)干擾，使得采集到的數(shù)據(jù)存在誤差。一般可以通過(guò)數(shù)字濾波即通過(guò)一定的計(jì)算程序，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行某種處理，從而消除或減弱干擾噪聲的影響，提高測(cè)量的可靠性和精度。 對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行 去極值 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 39 平均濾波法可以去掉因明顯干擾或粗大誤差的采樣值，使其不參加平均值計(jì)算，從而使平均濾波的輸出值更接近真實(shí)值。算法原理如下 :連續(xù)采樣 N 次，求其累加和，同時(shí)找出其中的最大值與最 小值，再?gòu)睦奂雍椭袦p去最大值和最小值，按 N— 2 個(gè)采樣值求平均，即取得有效采樣值，本次設(shè)計(jì)中 N 的值取 10。 本章小結(jié) 本章中首先介紹了 本次設(shè)計(jì)中 LIN 通信需要使用的報(bào)文的具體定義，包括報(bào)文頭幀和響應(yīng)的定義， 然后給出了系統(tǒng)中 LIN主機(jī)節(jié)點(diǎn)和從機(jī)節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)流程圖，并設(shè)計(jì)了車窗 防夾算法以及車窗電機(jī)采用多段 PWM 啟動(dòng)控制算法 。 其次介紹了車窗開(kāi)關(guān)采用 A/D 轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)檔位變化的程序控制過(guò)程 。 最后在對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行采集時(shí)采用 去極值平均濾波法 可以有效的提高采集的準(zhǔn)確性。 至此，完全實(shí)現(xiàn)了整個(gè)車窗控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 40 第 6 章 總結(jié)展望 全文總結(jié) 本文研究的主要內(nèi)容是汽車電子領(lǐng)域中的基于 LIN 總線技術(shù)的車窗控制系統(tǒng)的應(yīng)用。首先我們給出了國(guó)內(nèi)外汽車電子領(lǐng)域和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，特別介紹了 LIN 總線應(yīng)用在汽車電子控制模塊中的優(yōu)點(diǎn)，特別指出了今后車窗系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)和方向，當(dāng)前車窗系統(tǒng)正沿著模塊化、智能化、人性化的方向發(fā)展，總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是汽車電子技術(shù)今后的主要研究方向。其后我們?cè)敿?xì)地研究了 LIN 總線協(xié)議，特別介紹了 的增強(qiáng)性