【正文】 最后，再次對所有關(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 會走進每一輛汽車，扮演著重要的角色。此外，在因溫度變化 以及 橡膠密封劑老化造成的多 種 機械摩擦導(dǎo)致電機電流變化的苛刻環(huán)境下，半導(dǎo)體解決方案 可以 提供更加出色的保護 和 診斷管理。據(jù)當(dāng)?shù)厥袌鰯?shù)據(jù) 報告 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 實現(xiàn) 的關(guān)鍵， 而且 也滿足了小型、輕量要求。現(xiàn)在 車窗模塊已 經(jīng) 成為汽車標(biāo)準功能之一。這樣，LIN 主機節(jié)點就可以實時地接收 LIN 從機節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)。當(dāng)主節(jié)點啟動總線診斷主機任務(wù)后，從節(jié)點的從機任務(wù)以診斷信息告知主節(jié)點己經(jīng)發(fā)生錯誤。此時主節(jié)點 會 立即啟動 LIN 報文幀的發(fā)送， 首 先發(fā)送主機任務(wù)，然后延時幀內(nèi)響應(yīng)間隔 設(shè)定 的時間后，再啟動從機任務(wù)發(fā)送。本次車窗 升降控制 系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括兩個部分：車窗 LIN 主機節(jié)點 以及 車窗 LIN 從機節(jié)點。另外LDF 文件能被單個部件引用，用于向指定 LIN 網(wǎng)絡(luò)中的一個電子控制單元寫入軟件。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。 在左前車窗自動上升過程中，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，然后車窗電機將停止轉(zhuǎn)動，避免了安全事故的發(fā)生。以左前車窗為實驗對象，先啟動 300ms 延時程序，當(dāng)檢測到時間超過 300ms 時，置左車窗手動上升或下降；當(dāng)檢測到時間沒有 300ms 時，啟動左前車窗自動升降程序，再通過車速傳感器監(jiān)測車速，當(dāng)超過限定車速 Vmax(這里設(shè)定 Vmax=100km/h)時，啟動溫差控制程序，此時通過車內(nèi)外溫度傳感分別測得車內(nèi)外 溫度數(shù)據(jù)，計算出車內(nèi)外溫差，數(shù)據(jù)如表 41 所示。車內(nèi) 外 的 溫差一般控制在50℃ 之 內(nèi)，在這個溫度范圍內(nèi)，人體的體溫中樞就 可以 靈活自如地進行調(diào)節(jié)， 假如 溫差超過這個界限，身體就會出現(xiàn)不適 的 癥狀。細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)計一套穩(wěn)定可靠、完全可行的單片機系統(tǒng) [19]。當(dāng)然，對主程序最大循環(huán)周期、車窗防夾程序 M溫差控制程序 M2 定時周期應(yīng) 該予以全盤合理考慮。本設(shè)計中軟件 “ 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)一運行觀測變量。則系統(tǒng) 就會 無法定時 “ 喂狗 ” ，硬件看門狗電路 就會 失效。通過不斷 的 檢測程序循環(huán)運行時間， 如果 發(fā)現(xiàn)程序循環(huán)時間超過設(shè)定的最大循環(huán)運行時間， 就會 認為系統(tǒng)陷入 “ 死循環(huán) ” ，需 要 進行出錯處理 來 使程序脫離 “ 死循環(huán) ” ，這種技術(shù) 就是 “ 看門狗 ” 技術(shù)。通過前者 CPU 可以 將自身正常工作的狀態(tài)指示信號傳給看門狗，處在監(jiān)視狀態(tài)的看門狗若能夠在 一定 的時間內(nèi)收到有效的喂狗信號，就 可以 確認計算機工作正常，并 且 繼續(xù)監(jiān)視而不 會 發(fā)出控制動作。與其他 的 抗干擾技術(shù)相比 較 它采用的是一種亡羊補牢的辦法，即只在其他 的 抗干擾方法失效后采用的一種補救方法。在提高硬件系統(tǒng)抗干擾能力的同時，軟件抗干擾以其設(shè)計靈活、節(jié)省硬件資源、可靠性好越來越受到人們的重視。 系統(tǒng)軟件抗干擾設(shè)計 在測控系統(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。 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 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 17 首先進行程序初始化，判斷按鍵開關(guān)的狀態(tài)，再與 PWM 波值進行匹配，將輸出的 PWM 波值轉(zhuǎn)換成電流信號或其他模擬信號，通過 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，與設(shè)定值進行比較，看是否相等，如此反復(fù)。 程 序 入 口單 片 機 機 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 任 務(wù)的 診 斷 信 息L I N 報 文 發(fā) 送分 析 從 機 任 務(wù) 的 診 斷信 息車 窗 升 降 驅(qū) 動 函 數(shù)向 中 央 控 制 單 元 發(fā) 送診 斷 結(jié) 果L I N 報 文 接 收NY 圖 33 LIN 從機程序流程圖 從主機節(jié)點的軟件流程圖可以得知，當(dāng)信號發(fā)生變化時，主機節(jié)點進行相關(guān) LIN報文的發(fā)送， LIN從機節(jié)點需要實時地進行相關(guān)信息報文的發(fā)送。這樣， LIN主機節(jié)點就可以實時地接收 LIN從機節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)。當(dāng)主節(jié)點啟動總線診斷主機任務(wù)后，從節(jié)點的從機任務(wù)以診斷信息告知主節(jié)點己經(jīng)發(fā)生錯誤 [17]。此時主節(jié)點立即啟動 LIN報文幀的發(fā)送，先發(fā)送主機任務(wù)，然后延時幀內(nèi)響應(yīng)間隔規(guī)定的時間后，再啟動從機任務(wù)發(fā)送。 LIN 主機程序 LIN主機程序流程圖，指明 LIN主機系統(tǒng)數(shù)據(jù)的程序流程。再給出了此次車窗控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案，包括詳細的 LIN節(jié)點硬件原理設(shè)計、電源模塊設(shè)計、直流電機驅(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。這是旁路電容和去耦電容的本質(zhì)區(qū)別。就像小型可充電電池一樣，旁路電容 可以 被充電，并向器件進行放電。 電磁兼容性設(shè)計主要包括兩方面，即切斷電磁輻射進入電子產(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。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。 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。 （ 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。智能功率驅(qū)動器件可以實現(xiàn)對電機的過流、過熱 及 過壓保護，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，進而進行反轉(zhuǎn)，防止夾傷。如圖 26 所示。 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。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。 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。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總線傳給上位機和其他節(jié)點。而從使用角度來說， LM335A和用開爾文標(biāo)準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。其正常工作溫度范圍在 40℃ ～ 150℃，正常連續(xù)輸出采樣端。它能夠采集電機的電流，利用它反饋給單片機 A/D 采樣模塊得到電機 的電流值，從而實現(xiàn)車窗防夾功能和完成電機的雙向控制，達到了車窗電機驅(qū)動模塊的設(shè)計要求 [10]。本設(shè)計采用的是 3 相 6 拍步進電機控制程序。步進電動機的工作方式與一般電動機不同，它采用脈沖控制方式工作的。這是啟動頻率的極限，實際使用時，只要啟動頻率小于或等于這個極限值，步進電動機就能夠直接帶動負載啟動了。 因微控制器 PIC18F25J10需要 +，而圖 31中由蓄電池電源轉(zhuǎn)化而 來的電源電壓是 +5V，所以在此基礎(chǔ)上使用了 AMS1117線性器件作為轉(zhuǎn)換芯片產(chǎn)生 CPU所需的 +，圖 32是 +5V轉(zhuǎn) +。 電源電路采用了 LM2576穩(wěn)壓電源電路芯片，對 +12V 轉(zhuǎn) +5V 供電電路如圖 21 所示 。 LIN報文幀的數(shù)據(jù)收發(fā) 滿足 l位起始位， 8位數(shù)據(jù)位， 1位停止位條件，用微控制器的 UART模塊和 UART中斷功能即可完成 LIN總線上數(shù)據(jù)的收發(fā) [7]。 圖中 MCP202x為 PIC18F25J10和 LIN總線之間提供了一個雙向通信接口，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，或者進行與之相反的轉(zhuǎn)換。 C5用作外部電壓源的濾波電容。 LIN收發(fā)器 MCP202x芯片針對工作在汽車環(huán)境下的情況進行了特殊設(shè)計，符合 LIN [6]。在汽車專用微控制器 (MCU)領(lǐng)域，美國 Microchip(微芯 )和 Freescale(飛思卡爾 )兩家公司的MCU針對 LIN的數(shù)據(jù)收發(fā)進行了 優(yōu)化設(shè)計，同時，針對汽車的惡劣環(huán)境如溫度，電磁干擾嚴重、濕度變化大做了性能優(yōu)化，是用于車內(nèi) LIN控制節(jié)點微控制器的較好方案 [5]。車窗的控制開關(guān)有兩套，一主一從能控制每個車窗的升降。 LIN協(xié)會在 1999年 7月發(fā)布了最初的 LIN 本。 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。從機任務(wù)模塊和主機任務(wù)模塊都是幀處理層的組成部分 [4]。 (5)傳輸速率最高達 20Kbit/s。 LIN總線的主要特性有以下幾點： (1)單主多從的結(jié)構(gòu)，無需總線仲裁，由主節(jié)點控制總線訪問。用戶不需要改變現(xiàn)有的 LIN從節(jié)點的硬件和軟件就可以在 LIN網(wǎng)絡(luò)上增加節(jié)點。 LIN總線協(xié)議是建立在通用的UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，即異步串行通信 )硬件接口上，實現(xiàn)起來比較簡單，只要具有 UART功能模塊的單片機都可以作為 LIN網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點。 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，車速傳感器把信號傳到微控制器，如果車速超過設(shè)定的標(biāo)定車速時，通過溫度傳感器檢測測得車內(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智能實現(xiàn)車窗升降器的升降。 1 總線 控制系統(tǒng) 基于 LIN 總線控制系統(tǒng) 車載網(wǎng)絡(luò)可分 為舒適網(wǎng)絡(luò)和驅(qū)動網(wǎng)路。結(jié)果使我國許多從事汽 車電子技術(shù)的研發(fā)人員在進行研發(fā)的過程中，不能取長補短，使研發(fā)陷入困境。 本設(shè)計在車窗控制系統(tǒng)上增加了溫度傳感器模塊，可以在駕駛員行車速度超過標(biāo)定車速時，通過溫度傳感器檢測測得車內(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控制車