【正文】 IN 總線，這樣既可以滿足系統(tǒng)正常運(yùn)行的需要，又可以使整個(gè)車的成本得以減少。 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(jī)智能實(shí)現(xiàn)車窗升降器的升降。 LIN 總線的技術(shù)特點(diǎn) LIN總線是一種成本低的串行通訊網(wǎng)絡(luò)，用來實(shí)現(xiàn)汽車中的分布式電子系統(tǒng)控制。 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(shí)現(xiàn)起來比較簡單，只要具有 UART功能模塊的單片機(jī)都可以作為 LIN網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)。 通常情況下，一個(gè) LIN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)量不應(yīng)超過 16，最大標(biāo)示符的數(shù)量為 64。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)。在不需要 CAN總線的帶寬和多功能的場合，比如車窗控制系統(tǒng)制動裝置和智能傳感器之間的通訊，使用 LIN總線可以大大節(jié)約成本。 LIN總線的主要特性有以下幾點(diǎn)： (1)單主多從的結(jié)構(gòu)，無需總線仲裁，由主節(jié)點(diǎn)控制總線訪問。 (3)基于通用的 UART接口，幾乎所有微控制器都具備 LIN必需的硬件。 (5)傳輸速率最高達(dá) 20Kbit/s。主機(jī)節(jié)點(diǎn)中既有主機(jī)任務(wù)模塊又有從機(jī)任務(wù)模塊，其它的節(jié)點(diǎn)都只有從機(jī)任務(wù)模塊。從機(jī)任務(wù)模塊和主機(jī)任務(wù)模塊都是幀處理層的組成部分 [4]。在車窗 LIN網(wǎng)絡(luò)中，主節(jié)點(diǎn)的主要功能是用來采集車窗升降 信號和溫度傳感器信號，同時(shí)控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)起；從節(jié)點(diǎn)的主要功能是來通過判斷由主節(jié)點(diǎn)發(fā)來的控制信息和本身所采集的狀態(tài)，控制相應(yīng)的車窗電機(jī)工作。 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)。對于這些比較敏感的單元， LIN總線可以把這些器件很容易的連接到車載網(wǎng)絡(luò)中，并可以得到十分方便的維護(hù)和服務(wù)。 LIN協(xié)會在 1999年 7月發(fā)布了最初的 LIN 本。 車窗控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 車窗控制系統(tǒng)主要是由車窗、車窗電機(jī)模塊、車窗升降器、控制開關(guān)以及相關(guān)的電子電路模塊等裝置組成。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?，F(xiàn) 在的車窗控制系統(tǒng)內(nèi)安裝的先進(jìn)電子設(shè)備，具有安全保護(hù)功能，可以通過電子模塊控制對電機(jī)的過壓、過流及過熱保護(hù)，并且當(dāng)玻璃上升的途中遇到障礙時(shí)會自動識別而停止轉(zhuǎn)動，有效防止乘客夾傷，實(shí)現(xiàn)了防夾功能。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(jìn)行了 優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)，針對汽車的惡劣環(huán)境如溫度，電磁干擾嚴(yán)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(diǎn)微控制器的較好方案 [5]。 PIC18F25J10單片機(jī)提供了工業(yè)級的制造工藝和流片工藝保證，而且成本較低，因此能夠適用于嚴(yán)酷的車內(nèi)運(yùn)行環(huán)境。 LIN收發(fā)器 MCP202x芯片針對工作在汽車環(huán)境下的情況進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，符合 LIN [6]。 菏澤學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 圖 13 LIN節(jié)點(diǎn)硬件電路設(shè)計(jì) 圖 13是 LIN總線的節(jié)點(diǎn)硬件連接示意圖。 C5用作外部電壓源的濾波電容。 D4則是 27V的瞬態(tài)電壓抑制二極管，同為可選器件，能夠在電源瞬變的時(shí)候起保護(hù)作用。 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，或者進(jìn)行與之相反的轉(zhuǎn)換。 MCP202x的供電由汽車電源直接供給 12V。 LIN報(bào)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]。雖然是蓄電池，但仍難以保證其穩(wěn)定輸出。 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 。圖 21中的電容 C6和C7選用電解電容，能夠有效濾除高低頻干擾。 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) +。如圖 22所示。這是啟動頻率的極限，實(shí)際使用時(shí)，只要啟動頻率小于或等于這個(gè)極限值，步進(jìn)電動機(jī)就能夠直接帶動負(fù)載啟動了。 菏澤學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 單 片 機(jī)鍵 盤 接 口 鍵 盤功 率 驅(qū) 動 接 口 功 率 驅(qū) 動 器步 進(jìn) 電 機(jī) 圖 23 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)框圖 合理地選用步進(jìn)電動機(jī)是非常重要的，一般希望步進(jìn)電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩大，步距誤差小，啟動頻率和運(yùn)行頻率高，性能價(jià)格比高。步進(jìn)電動機(jī)的工作方式與一般電動機(jī)不同，它采用脈沖控制方式工作的?，F(xiàn)在采用的功率步進(jìn)電動機(jī)有 3 相、 4 相、 5相和 6 相等。本設(shè)計(jì)采用的是 3 相 6 拍步進(jìn)電機(jī)控制程序。智能功率芯片 MC33486 可以外接兩個(gè) MOSFET 管 (在這里選用 P60N06，可以輸出較大的工作電流驅(qū)動電機(jī) )組成一個(gè) H 橋 。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)動模塊的設(shè)計(jì)要求 [10]。當(dāng) U6 中的柵極為低電平而且 U7 的柵極為高電平時(shí)，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(shí)，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。其正常工作溫度范圍在 40℃ ～ 150℃，正常連續(xù)輸出采樣端。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。 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。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]。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]。其電路連接如圖 24所示。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)。 (3)采集溫度數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行濾波處理。 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)采樣保持電路自動完成。圖 25 給出了 TLC2543 和 PIC18F25J10 的連接電路。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。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。 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，人們越來越重視汽車的安全性。當(dāng)車窗上升遇到障礙物時(shí)能夠自動后退到底，從而能夠避免事故的發(fā)生。如圖 26 所示。 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。智能功率驅(qū)動器件可以實(shí)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。 （ 2） 車窗運(yùn)行到頂位或底位時(shí)自動停止，車窗電機(jī)斷電 。 （ 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。 本設(shè)計(jì)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。 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。 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(jì)提供了一種新的基于車速和溫差的車窗控制算法。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。 系統(tǒng)硬件抗干擾設(shè)計(jì) 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。 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，提高對電磁效應(yīng)敏感器件的質(zhì)量。 本車窗系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中的 PCB主要采取了如下 2個(gè)抗干擾措施： (1)在每個(gè)芯片輸入輸出端都加了相應(yīng)的旁路電容和去耦電容。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。 去耦電容有三個(gè)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。這是旁路電容和去耦電容的本質(zhì)區(qū)別。同時(shí)，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。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。如圖 31 所示 。 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。 程 序 入 口單 片 機(jī) 寄 存 器 初 始 化所 有 變 量 初 始 化是 否 是 到 L I N 主 節(jié) 點(diǎn) 的報(bào) 文 信 息 ？分 析 主 節(jié) 點(diǎn) 的 診 斷 消息車 窗 升 降 驅(qū) 動 函 數(shù)L I N 報(bào) 文 接 收執(zhí) 行 相 應(yīng) 的 動 作向 總 線 發(fā) 送 從 機(jī) 任 務(wù)診 斷 結(jié) 果 NY 圖 32 LIN 主機(jī)程序 流程圖 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。此時(shí)主節(jié)點(diǎn)立即啟動 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，再啟動從機(jī)任務(wù)發(fā)送。主節(jié)點(diǎn)采取邊發(fā)送邊接收的方式，如果接收到的智能車窗升降控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1