智能化車(chē)窗升降控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目 錄摘要1關(guān)鍵詞1Abstract1Keywords11.2 LIN總線(xiàn)的技術(shù)特點(diǎn)1.3 LIN總線(xiàn)協(xié)議1.4 車(chē)窗控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)1.5 LIN節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)2.5.2車(chē)速與溫差的車(chē)窗控制專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)智能車(chē)窗升降控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要：隨著汽車(chē)電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)汽車(chē)的舒適性和安全性要求也在不斷提高。車(chē)窗系統(tǒng)是汽車(chē)車(chē)身的重要組成部分，大多數(shù)消費(fèi)者都把電動(dòng)車(chē)窗作為不可缺少的舒適功能，它能使人們更好地保護(hù)和駕駛汽車(chē)，因此汽車(chē)制造商都將其看作一種基本功能。當(dāng)前車(chē)窗系統(tǒng)正朝著模塊化、智能化、人性化的方向發(fā)展。本設(shè)計(jì)是基于溫差和車(chē)速的車(chē)窗控制算法，能夠提高駕駛員快速行駛

2、時(shí)的舒適性和安全性，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了采用LIN總線(xiàn)技術(shù)的車(chē)窗和LIN網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：LIN總線(xiàn)；車(chē)窗智能控制；安全性；舒適性Design of Intelligent Window Control SystemAbstract：With the rapid development of the automobile electronic technology, peoples demands on automobiles safety and comfort requirements are also rising. Window system as an important part

3、 of automobile body, Most of the purchaser will be considered power windows as necessary comfort features, It makes people driving and protecting automobile much better, therefore，automobile manufacturers considered it as a basic function. At present, the window system is developing along the direct

4、ion of modular, intelligent and humane. In this paper, a window control algorithm based on the driving speed and temperature difference was given, which can improve the drivers safety and comfort at high speed. On this basis, constructing windows LIN network control system was constructed based on L

5、IN-bus technology. Keywords: LIN bus; automobile windows intelligent control; safety; comfort引言近年來(lái)隨著我國(guó)汽車(chē)行業(yè)的快速發(fā)展，汽車(chē)電子市場(chǎng)也迅速擴(kuò)大，整個(gè)市場(chǎng)以超過(guò)40的比例高速增長(zhǎng)，其中車(chē)身電子產(chǎn)品占到所有汽車(chē)電子產(chǎn)品的3540。目前，車(chē)身電子的熱點(diǎn)應(yīng)用排名前三的是車(chē)窗控制、車(chē)載空調(diào)和車(chē)燈控制。在車(chē)身電子中，對(duì)半導(dǎo)體需求量排名前三位的應(yīng)用領(lǐng)域分別是：車(chē)載空調(diào)，大約占44；車(chē)窗控制，大約占22；車(chē)燈控制，大約占10，排名第四位的是電動(dòng)車(chē)門(mén)控制。根據(jù)汽車(chē)電子專(zhuān)業(yè)調(diào)研公司的數(shù)據(jù)，去年中國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)車(chē)身電

6、子的半導(dǎo)體器件需求量約為19億美元，而中國(guó)本地設(shè)計(jì)的比例大約在1015之間，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年這一比例將會(huì)快速增長(zhǎng)。綜上所述，車(chē)窗控制產(chǎn)品已成為車(chē)身電子產(chǎn)品重要的組成部分1。隨著汽車(chē)的普及，人們?cè)絹?lái)越重視汽車(chē)的安全性方面。在車(chē)窗控制系統(tǒng)中，汽車(chē)電動(dòng)車(chē)窗具有防夾功能成為系統(tǒng)的必備要求。這樣當(dāng)車(chē)窗上升遇到障礙物(如頭、手等)時(shí)能夠自動(dòng)后退到底，從而可以有效避免事故的發(fā)生，車(chē)窗防夾功能對(duì)汽車(chē)的安全性能來(lái)說(shuō)是一種十分人性化的設(shè)計(jì)。一般來(lái)說(shuō)在駕駛員高速行駛過(guò)程中，如果手動(dòng)控制車(chē)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(chē)窗時(shí)發(fā)生安全事故，因此汽車(chē)高速行駛過(guò)程中一般使用車(chē)窗自動(dòng)升降。而在車(chē)窗自動(dòng)升降過(guò)程中

7、，如果車(chē)內(nèi)外溫度差異過(guò)大則會(huì)在車(chē)窗開(kāi)關(guān)的過(guò)程中產(chǎn)生較大氣流，從而影響到汽車(chē)的穩(wěn)定性，與此同時(shí)也會(huì)引起人體的不適，導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。由此可見(jiàn)，溫度因素是影響駕駛員身體不適、導(dǎo)致安全事故的重要原因之一?；谝陨显?，本設(shè)計(jì)在溫差控制方面做出了改進(jìn)，使得車(chē)窗系統(tǒng)更人性化和智能化。本設(shè)計(jì)在車(chē)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(chē)速度超過(guò)標(biāo)定車(chē)速時(shí)，通過(guò)溫度傳感器檢測(cè)測(cè)得車(chē)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(chē)窗控制算法控制車(chē)窗電機(jī)智能實(shí)現(xiàn)車(chē)窗升降器的升降，從而提高駕駛員行車(chē)過(guò)程中的舒適性和安全性，更進(jìn)一步改善了車(chē)窗控制系統(tǒng)的安全性能。與此同時(shí)，在我國(guó)國(guó)外企業(yè)壟斷了

8、利潤(rùn)豐厚、技術(shù)含量高的發(fā)動(dòng)機(jī)電子、車(chē)身電子和底盤(pán)電子等產(chǎn)品的汽車(chē)電子市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)企業(yè)仍局限于低端產(chǎn)品，如車(chē)載音響等。國(guó)內(nèi)的汽車(chē)公司大多數(shù)沒(méi)有建立自己的總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，更多的還是主要開(kāi)發(fā)支持CAN/LIN的車(chē)載設(shè)備，配合某種車(chē)型的CAN/LIN網(wǎng)絡(luò)使自己的產(chǎn)品支持這種總線(xiàn)通信協(xié)議。目前我們的研發(fā)工作還處于向國(guó)外學(xué)習(xí)的階段，但許多與汽車(chē)電子技術(shù)相關(guān)的外國(guó)文獻(xiàn)都是講其優(yōu)勢(shì)而不講其缺陷。結(jié)果使我國(guó)許多從事汽車(chē)電子技術(shù)的研發(fā)人員在進(jìn)行研發(fā)的過(guò)程中，不能取長(zhǎng)補(bǔ)短，使研發(fā)陷入困境。突破技術(shù)封鎖也是我國(guó)面臨的巨大挑戰(zhàn)2。本設(shè)計(jì)旨在提出一種基于LIN總線(xiàn)技術(shù)的汽車(chē)車(chē)窗智能控制系統(tǒng)，使得該系統(tǒng)具有低功耗、低成本、

9、易于維護(hù)和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。首先對(duì)LIN總線(xiàn)協(xié)議進(jìn)行了研究，制定了相應(yīng)的LIN總線(xiàn)協(xié)議規(guī)范，然后完成了車(chē)窗控制系統(tǒng)軟硬件功能的實(shí)現(xiàn)，包括汽車(chē)車(chē)窗防夾系統(tǒng)與溫控車(chē)窗舒適系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，改進(jìn)了車(chē)窗控制系統(tǒng)的舒適性和安全性，使得車(chē)窗控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加人性化。1總線(xiàn)控制系統(tǒng)1.1 基于LIN總線(xiàn)控制系統(tǒng)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)可分為舒適網(wǎng)絡(luò)和驅(qū)動(dòng)網(wǎng)路。一般來(lái)說(shuō)CAN協(xié)議用于驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，而LIN協(xié)議用于舒適網(wǎng)絡(luò)。相對(duì)于開(kāi)發(fā)高速CAN網(wǎng)絡(luò)所需要的成本，LIN網(wǎng)絡(luò)更加適合用于性能要求不高的舒適網(wǎng)絡(luò)，因此在車(chē)門(mén)，車(chē)燈，車(chē)窗等部件中，引入了LIN總線(xiàn)，這樣既可以滿(mǎn)足系統(tǒng)正常運(yùn)行的需要，又可以使整個(gè)車(chē)的成本得以減少。本次車(chē)窗控制系統(tǒng)總體

10、框架圖如圖1-1所示。圖1-1車(chē)窗升降控制系統(tǒng)總體框圖當(dāng)駕駛員按下車(chē)窗的按鍵開(kāi)關(guān)時(shí)，車(chē)速傳感器把信號(hào)傳到微控制器，如果車(chē)速超過(guò)設(shè)定的標(biāo)定車(chē)速時(shí)，通過(guò)溫度傳感器檢測(cè)測(cè)得車(chē)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(chē)窗控制算法來(lái)控制車(chē)窗電機(jī)智能實(shí)現(xiàn)車(chē)窗升降器的升降。在車(chē)窗的升降過(guò)程中，智能功率驅(qū)動(dòng)器件MC33486通過(guò)監(jiān)測(cè)電機(jī)的電流變化，通過(guò)相關(guān)的防夾算法來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)窗的防夾功能，實(shí)現(xiàn)了車(chē)窗系統(tǒng)的智能化控制過(guò)程，提高了駕駛員行車(chē)過(guò)程中的舒適性和安全性3。1.2 LIN總線(xiàn)的技術(shù)特點(diǎn)LIN總線(xiàn)是一種成本低的串行通訊網(wǎng)絡(luò)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)中的分布式電子系統(tǒng)控制。LIN總線(xiàn)的目標(biāo)是為現(xiàn)有汽車(chē)網(wǎng)

11、絡(luò)提供輔助功能。LIN總線(xiàn)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(lái)比較簡(jiǎn)單，只要具有UART功能模塊的單片機(jī)都可以作為L(zhǎng)IN網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)。在物理上僅僅使用一根12V信號(hào)線(xiàn)，采用單主多從的結(jié)構(gòu)，避免了總線(xiàn)報(bào)文的競(jìng)爭(zhēng)。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(guò)16，最大標(biāo)示符的數(shù)量為64。否則，節(jié)點(diǎn)的增加將減少網(wǎng)絡(luò)阻抗，會(huì)導(dǎo)致環(huán)境條件變差。用戶(hù)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)。LIN總線(xiàn)的目標(biāo)是為現(xiàn)有的汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)提供輔助功能，LIN網(wǎng)絡(luò)作為現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)

12、充提高了汽車(chē)總體網(wǎng)絡(luò)的性能，降低了汽車(chē)電子控制裝置的開(kāi)發(fā)以及生產(chǎn)成本。在不需要CAN總線(xiàn)的帶寬和多功能的場(chǎng)合，比如車(chē)窗控制系統(tǒng)制動(dòng)裝置和智能傳感器之間的通訊，使用LIN總線(xiàn)可以大大節(jié)約成本。LIN總線(xiàn)的出現(xiàn)使人們可以采用更低成本的解決方案來(lái)補(bǔ)充汽車(chē)高端CAN總線(xiàn)的不足4。LIN總線(xiàn)的主要特性有以下幾點(diǎn)：(1)單主多從的結(jié)構(gòu)，無(wú)需總線(xiàn)仲裁，由主節(jié)點(diǎn)控制總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)。(2)低成本單線(xiàn)12V數(shù)據(jù)傳輸，線(xiàn)的驅(qū)動(dòng)特性符合改進(jìn)的IS09141標(biāo)準(zhǔn)。(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。(4)從機(jī)節(jié)點(diǎn)不需石英或陶瓷諧振器可以實(shí)現(xiàn)自同步，減少了硬件成本。(5)傳輸速率最高達(dá)20Kb

13、it/s。從LIN協(xié)議通訊的角度來(lái)看，一個(gè)LIN網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)主機(jī)任務(wù)模塊(master task)和若干個(gè)從機(jī)任務(wù)模塊(slave task)組成。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。在LIN網(wǎng)絡(luò)中，由主機(jī)任務(wù)模塊來(lái)決定什么時(shí)候在總線(xiàn)上傳輸什么報(bào)文幀，而從機(jī)任務(wù)模塊則提供每一幀需要傳送的數(shù)據(jù)。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。本次車(chē)窗控制系統(tǒng)把駕駛室側(cè)作為主節(jié)點(diǎn)，其他的作為從節(jié)點(diǎn)構(gòu)成了車(chē)窗系統(tǒng)的LIN.0網(wǎng)絡(luò)，如圖2-2所示。在車(chē)窗LIN網(wǎng)絡(luò)中，主節(jié)點(diǎn)的主要功能是用來(lái)采集車(chē)窗升降信號(hào)和溫度傳感器信號(hào)，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

14、功能是來(lái)通過(guò)判斷由主節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的控制信息和本身所采集的狀態(tài)，控制相應(yīng)的車(chē)窗電機(jī)工作。如圖1-2所示。圖1-2 LIN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖LIN總線(xiàn)最初是為汽車(chē)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(duì)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用是在汽車(chē)中的聯(lián)合裝配單元，如車(chē)門(mén)、車(chē)燈、座椅、溫度傳感器等。對(duì)于這些比較敏感的單元，LIN總線(xiàn)可以把這些器件很容易的連接到車(chē)載網(wǎng)絡(luò)中，并可以得到十分方便的維護(hù)和服務(wù)。1.3 LIN總線(xiàn)協(xié)議LIN協(xié)會(huì)于1998年由主要汽車(chē)制造商成立，主要目標(biāo)是定義和實(shí)現(xiàn)汽車(chē)使用的高品質(zhì)線(xiàn)性總線(xiàn)系統(tǒng)的低成本、開(kāi)放式標(biāo)準(zhǔn)。LIN協(xié)會(huì)在1999年7月發(fā)布了最初的LIN v1.0版

15、本。在2006年11月，LIN協(xié)會(huì)推出了目前為止最新版本的LIN v2.1協(xié)議，它對(duì)以前的版本的兼容性增強(qiáng)了，對(duì)部分LIN v2.0的功能進(jìn)行了說(shuō)明，其中詳細(xì)說(shuō)明和修改了總線(xiàn)配置部分，增強(qiáng)了傳輸層，增加了總線(xiàn)診斷功能LIN v2.1總線(xiàn)規(guī)范包括了3個(gè)主要部分：LIN v2.1協(xié)議規(guī)范介紹了LIN的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和傳輸層的協(xié)議規(guī)范；LIN API操作規(guī)程建議介紹了網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用程序之間的接口；LIN配置語(yǔ)言規(guī)范介紹了LIN配置文件的格式，用于配置整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。1.4 車(chē)窗控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)車(chē)窗控制系統(tǒng)主要是由車(chē)窗、車(chē)窗電機(jī)模塊、車(chē)窗升降器、控制開(kāi)關(guān)以及相關(guān)的電子電路模塊等裝置組成。車(chē)窗與車(chē)窗升降器主

16、要是機(jī)械結(jié)構(gòu)。車(chē)窗的控制開(kāi)關(guān)有兩套，一主一從能控制每個(gè)車(chē)窗的升降。一般在主開(kāi)關(guān)上安裝斷路開(kāi)關(guān)，如果它斷開(kāi)，分開(kāi)關(guān)就不會(huì)起作用。現(xiàn)在的車(chē)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(guò)電子模塊控制對(duì)電機(jī)的過(guò)壓、過(guò)流及過(guò)熱保護(hù)，并且當(dāng)玻璃上升的途中遇到障礙時(shí)會(huì)自動(dòng)識(shí)別而停止轉(zhuǎn)動(dòng)，有效防止乘客夾傷，實(shí)現(xiàn)了防夾功能。1.5 LIN節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)微處理器需要選擇符合LIN v2.1規(guī)范的收發(fā)器和帶有異步串行收發(fā)器模塊(UAI)的微控制器，因?yàn)樗鼪Q定了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)連接以及軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境等一系列的問(wèn)題。在汽車(chē)專(zhuān)用微控制器(MCU)領(lǐng)域，美國(guó)Microchip(微芯)和Freescale(飛思卡爾)兩家公

17、司的MCU針對(duì)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(duì)汽車(chē)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(chē)內(nèi)LIN控制節(jié)點(diǎn)微控制器的較好方案5。本設(shè)計(jì)選用Microchip公司的PIC18F25J10單片機(jī)和LIN物理層收發(fā)器MCP202x芯片構(gòu)成節(jié)點(diǎn)的硬件。PIC18F25J10單片機(jī)提供了工業(yè)級(jí)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(chē)內(nèi)運(yùn)行環(huán)境。MCP202x是LIN總線(xiàn)收發(fā)器，在單片機(jī)和LIN半雙工總線(xiàn)之間提供了一個(gè)物理接口，可以為汽車(chē)以及工業(yè)應(yīng)用提供一個(gè)最高20K的串行總線(xiàn)傳輸速率。LIN收發(fā)器MCP202x芯片針對(duì)工作在汽車(chē)環(huán)境下的情況進(jìn)行了特

18、殊設(shè)計(jì)，符合LIN v2.1總線(xiàn)規(guī)格6。如圖1-3所示。圖1-3 LIN節(jié)點(diǎn)硬件電路設(shè)計(jì)圖1-3是LIN總線(xiàn)的節(jié)點(diǎn)硬件連接示意圖。圖中C3選用陶瓷電容或鉭電容，使芯片能在更大的溫度范圍內(nèi)工作。C5用作外部電壓源的濾波電容。D1和D2的設(shè)計(jì)是為了用于甩負(fù)載保護(hù)，為可選器件。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。因?yàn)長(zhǎng)IN總線(xiàn)是單主多從結(jié)構(gòu)，無(wú)需總線(xiàn)仲裁，由主節(jié)點(diǎn)控制總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)，故對(duì)LIN主節(jié)點(diǎn)的保護(hù)額外重要，所以采用了圖中包含二極管D3的虛線(xiàn)部分來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)主節(jié)點(diǎn)的保護(hù)。圖中MCP202x為PIC18F25J10和LIN總線(xiàn)之間提供了一個(gè)雙向通信接口，可以把

19、LIN總線(xiàn)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。其中，PICl8F25JlO供電電源3.3V由汽車(chē)電源經(jīng)電源轉(zhuǎn)換穩(wěn)壓得到。MCP202x的供電由汽車(chē)電源直接供給12V。PIC18F25J10的增強(qiáng)型異步收發(fā)器可以用硬件完成LIN報(bào)文幀的同步間隔場(chǎng)接收，并以中斷的方式告知單片機(jī)開(kāi)始接收總線(xiàn)的數(shù)據(jù)。LIN報(bào)文幀的數(shù)據(jù)收發(fā)滿(mǎn)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(xiàn)上數(shù)據(jù)的收發(fā)7。2分電路設(shè)計(jì)和論證2.1 電源模塊設(shè)計(jì)目前汽車(chē)內(nèi)的蓄電池電源通常都是直流+12V，它可以為汽車(chē)內(nèi)很多電子設(shè)備來(lái)供電，比如電子打

20、火器，自動(dòng)車(chē)窗，各類(lèi)電子儀表等。雖然是蓄電池，但仍難以保證其穩(wěn)定輸出。車(chē)載網(wǎng)絡(luò)中主要用到兩種電源：+12V和+5V，+12V的電壓主要是為電機(jī)驅(qū)動(dòng)供電，+5V的電壓是給電路中的其它芯片供電，因此需要進(jìn)行+12V到+5V的轉(zhuǎn)換，而車(chē)載電源的穩(wěn)定性差，需要其輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓8。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2-1所示。圖2-1 +12V轉(zhuǎn)+5V電源轉(zhuǎn)換電路在穩(wěn)壓芯片LM2576瞬間停止輸出時(shí)，由電感給電路供電，此時(shí)穩(wěn)壓二極管1N5822作為回路的一部分，能夠承受更大的電流，起到反向保護(hù)的作用。圖2-1中的電容C6和C7選用電解電容，能夠有效濾除高低頻干擾

21、。這樣設(shè)計(jì)的輸出電壓就是一個(gè)抗干擾能力很強(qiáng)的電源供應(yīng)了。因微控制器PIC18F25J10需要+3.3V電源供應(yīng)才能正常工作，而圖3-1中由蓄電池電源轉(zhuǎn)化而來(lái)的電源電壓是+5V，所以在此基礎(chǔ)上使用了AMS1117線(xiàn)性器件作為轉(zhuǎn)換芯片產(chǎn)生CPU所需的+3.3V核心電壓，圖3-2是+5V轉(zhuǎn)+3.3V電源轉(zhuǎn)換電路。電容和圖2-1中電容所起的作用相同9。如圖2-2所示。圖2-2 +5V轉(zhuǎn)+3.3V電源轉(zhuǎn)換電路2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的合理設(shè)計(jì)，主要在于調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)程序的啟動(dòng)頻率。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。利用單片機(jī)控

22、制步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)如圖2-3所示。圖2-3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(dòng)機(jī)是非常重要的，一般希望步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩大，步距誤差小，啟動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率高，性能價(jià)格比高。但增大轉(zhuǎn)矩和快速運(yùn)行存在一定矛盾，高性能和低成本存在矛盾，因此實(shí)際選用時(shí)，必須考慮全面。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。只有按照一定規(guī)律對(duì)各相繞組輪流通電，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)才能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。現(xiàn)在采用的功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有3相、4相、5相和6相等。工作方式有單m拍、雙m拍、3m拍以及2m拍等，一般情況下電機(jī)的相數(shù)越多，工作方式就越多。本設(shè)計(jì)采用的是3相6拍步進(jìn)電機(jī)控制程序。車(chē)窗電機(jī)一般采用供電

23、電壓為1115V，工作電流小于等于15A，堵轉(zhuǎn)電流不大于28A的永磁直流電機(jī)，需要的電機(jī)功率較大而且伴有沖擊電流的正反相控制要求。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(dòng)電機(jī))組成一個(gè)H橋。電流最大達(dá)到10A，直流輸入電壓范圍是828V，而且當(dāng)電壓高于28 V時(shí)有過(guò)壓保護(hù)功能。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(chē)窗防夾功能和完成電機(jī)的雙向控制，達(dá)到了車(chē)窗電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)要求10。電機(jī)控制原理為：初始狀態(tài)中，GLS1與GLS2都同時(shí)置于高電平或低電平，OUT1與OUT2一直保持高電平。

24、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(dòng)，車(chē)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(dòng)，車(chē)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(xiàn)性復(fù)制功能，CurR輸出電流和負(fù)載電流成線(xiàn)性比例，CurR輸出電流再通過(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的雙向控制。其正常工作溫度范圍在40150，正常連續(xù)輸出采樣端。電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和一些計(jì)算后就可以得到負(fù)載的真實(shí)電流。因此，監(jiān)測(cè)輸入到單片機(jī)端口的電壓就等同于監(jiān)測(cè)車(chē)窗運(yùn)動(dòng)中電機(jī)的電流。車(chē)窗下降過(guò)程、上升過(guò)程、

25、上升遇到阻力過(guò)程中經(jīng)過(guò)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(guò)電流采樣實(shí)時(shí)的反映到單片機(jī)中11。2.3 溫度傳感器模塊設(shè)計(jì)車(chē)身控制用傳感器主要用于提高汽車(chē)的可靠性、安全性和舒適性等。由于它的工作條件不像發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤(pán)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(dòng)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(mén)鎖控制中的車(chē)速傳感器；用于倒車(chē)控制中的超聲波傳感器或激光傳感器；用于亮度自動(dòng)控制中的光傳感器；用于保持車(chē)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(duì)汽車(chē)內(nèi)電磁干擾嚴(yán)重，溫度變化大等十分惡劣的環(huán)境，選

26、用了溫度傳感器LM335A，其正常工作溫度在-40100之間，具有很高的工作精度與較寬的線(xiàn)性工作范圍，集成了信號(hào)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(lái)說(shuō)，LM335A和用開(kāi)爾文標(biāo)準(zhǔn)的線(xiàn)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(jì)組成。其電路連接如圖2-4所示。圖2-4 溫度傳感器模塊電路因?yàn)樾枰瑫r(shí)測(cè)得車(chē)內(nèi)外溫度，所以需要兩路溫度傳感器模塊，但為了測(cè)量的精確性和減少誤差，所以車(chē)內(nèi)外采用了同一組溫度傳感器模塊。結(jié)合實(shí)際需要，車(chē)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(guò)LIN總線(xiàn)傳

27、給上位機(jī)和其他節(jié)點(diǎn)。 (2)監(jiān)視溫度信號(hào)的變化情況，通過(guò)溫差算法實(shí)現(xiàn)車(chē)窗智能升降功能。(3)采集溫度數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行濾波處理。2.4 A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)因?yàn)榇舜螠y(cè)量信號(hào)是溫度信號(hào)，不需要過(guò)于高的采樣率，所以采用了美國(guó)德州儀器公司生產(chǎn)的TLC2543芯片14。TLC2543有11個(gè)通道的12位開(kāi)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。此外，它的線(xiàn)性誤差較小，成本較低，節(jié)省口線(xiàn)資源，也使得它特別適用于此次車(chē)窗設(shè)計(jì)。圖2-5給出了TLC2543和PIC18F25J10的連接電路。圖2-5 A/D轉(zhuǎn)換模塊電路圖TLC2543芯片的

28、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(gè)時(shí)鐘信號(hào)從I/O口依次進(jìn)入，隨著時(shí)鐘信號(hào)的加入，控制字從DINPUT在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿輸入，同時(shí)輸出上一周期的數(shù)據(jù)從DOUPUT輸出，前4個(gè)時(shí)鐘信號(hào)決定了通道號(hào)的選擇，然后繼續(xù)采樣，到第12個(gè)時(shí)鐘的下降沿，EOC變低，TLC2543則自動(dòng)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(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。本次設(shè)計(jì)一共使用了3路AD，分別測(cè)量車(chē)內(nèi)溫度、車(chē)外溫度和電機(jī)防夾過(guò)程產(chǎn)生的電流變化。溫度由LM335Z采樣來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)TLC2543轉(zhuǎn)換

29、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(xiàn)路故障而采集到虛假數(shù)據(jù)，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行有效性檢查，主要來(lái)保證所測(cè)量的溫度信號(hào)在正常的范圍內(nèi)15。2.5 汽車(chē)車(chē)窗系統(tǒng)智能控制實(shí)現(xiàn)2.5.1 車(chē)窗系統(tǒng)防夾功能的實(shí)現(xiàn) 隨著汽車(chē)的普及，人們?cè)絹?lái)越重視汽車(chē)的安全性。在車(chē)窗系統(tǒng)中，汽車(chē)電動(dòng)窗具有防夾功能已經(jīng)是一種趨勢(shì)。當(dāng)車(chē)窗上升遇到障礙物時(shí)能夠自動(dòng)后退到底，從而能夠避免事故的發(fā)生。本論文的車(chē)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(chē)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。如圖2-6所示。圖2-6 MC33

30、486芯片在基礎(chǔ)車(chē)型的電動(dòng)車(chē)窗控制電路中，控制車(chē)窗電機(jī)采用的是繼電器和開(kāi)關(guān)，容易發(fā)生粘連等問(wèn)題。但在本系統(tǒng)中采用智能功率驅(qū)動(dòng)器件控制車(chē)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)采樣玻璃升降器電機(jī)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)熱及過(guò)壓保護(hù)，而且通過(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，進(jìn)而進(jìn)行反轉(zhuǎn)，防止夾傷?？刂颇K可以實(shí)現(xiàn)的功能：（1）點(diǎn)按車(chē)門(mén)控制鍵(按鍵時(shí)間小于300ms)，車(chē)窗自動(dòng)上升到頂或下降到底，點(diǎn)按

31、同一開(kāi)關(guān)任意鍵，車(chē)窗停止上升或下降。（2）車(chē)窗運(yùn)行到頂位或底位時(shí)自動(dòng)停止，車(chē)窗電機(jī)斷電。（3）延時(shí)按控窗鍵(按鍵時(shí)間大于300ms)，車(chē)窗上升或下降，上升或下降過(guò)程中釋放按鍵車(chē)窗即停。（4）車(chē)窗玻璃在自動(dòng)上升的過(guò)程中如果遇到一定的阻力會(huì)自動(dòng)停下來(lái)，下降一段距離，能有效地防止人或物品的意外夾傷。車(chē)窗防夾控制模塊的主要部分是車(chē)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(chǎng)線(xiàn)圈，通過(guò)控制加在線(xiàn)圈上的電壓方向就可以控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，達(dá)到實(shí)現(xiàn)車(chē)窗玻璃的上升和下降的目的。本設(shè)計(jì)采用了智能功率驅(qū)動(dòng)器件MC33486控制車(chē)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。通過(guò)升降器電

32、機(jī)的電流的變化完全反映玻璃上升或下降過(guò)程中遇到阻力的變換情況，通過(guò)采樣電機(jī)升降過(guò)程中通過(guò)的電流，監(jiān)測(cè)電流就可以知道阻力的大小。2.5.2 車(chē)速與溫差的車(chē)窗控制 車(chē)速表及車(chē)速傳感器是提供車(chē)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(chē)輪胎胎壓造成的影響，假設(shè)汽車(chē)行駛過(guò)程中由車(chē)速傳感器采集的信號(hào)經(jīng)過(guò)處理得到的限定速度為Vmax。傳統(tǒng)的汽車(chē)車(chē)窗控制系統(tǒng)，當(dāng)駕駛員在汽車(chē)行駛的過(guò)程中，在車(chē)速超過(guò)標(biāo)定速Vmax時(shí)，如果車(chē)內(nèi)外的溫度反差過(guò)大，會(huì)在行駛過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)大的氣流而影響汽車(chē)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(chē)窗不能在高速駕駛的過(guò)程

33、中智能的調(diào)節(jié)車(chē)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(chē)速和溫差的車(chē)窗控制算法。如果駕駛員在高速行駛時(shí)，此時(shí)按下車(chē)窗升降開(kāi)關(guān)，車(chē)速傳感器將數(shù)據(jù)傳到微控制器上，檢測(cè)到行車(chē)速度超過(guò)限定車(chē)速Vmax，則在駕駛員高速駕駛的途中通過(guò)溫度傳感器測(cè)得車(chē)內(nèi)外溫度，并通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路將溫度數(shù)據(jù)傳到微控制器，通過(guò)新的車(chē)窗控制算法控制車(chē)窗電機(jī)實(shí)現(xiàn)車(chē)窗升降器的智能升降，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)車(chē)窗升降的快慢。在駕駛員行車(chē)速度超過(guò)限定車(chē)速Vmax時(shí)，如果內(nèi)外溫度反差較大的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)車(chē)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(chē)窗的較快升降，在汽車(chē)駕駛過(guò)程中提高了駕駛員的舒適度，改善了駕駛員的駕駛環(huán)境，最

34、重要的是減少交通意外發(fā)生的可能性。在汽車(chē)行駛速度超過(guò)限定車(chē)速Vmax的情況下，為該車(chē)窗控制器提供的算法包括如下步驟：(1)通過(guò)溫度傳感器分別獲得一組車(chē)內(nèi)溫度X1，X2，Xn，一組車(chē)外溫度Y1，Y2，Yn；(2)對(duì)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=Xm-Ym可得到車(chē)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-m<n<m；如果不是，則車(chē)窗電機(jī)以原來(lái)a(0<a<1)倍的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，反之，車(chē)窗電機(jī)以原來(lái)b(b>1)倍的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。2.6 系統(tǒng)硬件抗干擾設(shè)計(jì)目前汽車(chē)上電子裝備大量增加，而半導(dǎo)體邏輯器件對(duì)于電磁干擾相當(dāng)敏感，車(chē)載電器低電壓、大電流

35、負(fù)載特性使其開(kāi)、關(guān)過(guò)程在供電線(xiàn)路上產(chǎn)生很多干擾，繼電器或電機(jī)等負(fù)載的開(kāi)關(guān)過(guò)程也能產(chǎn)生干擾汽車(chē)電子系統(tǒng)的瞬變電壓，還有一些其他等原因使得車(chē)載電子器件一直處在惡劣的電磁環(huán)境。為了保證車(chē)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(jì)時(shí)必須考慮抗干擾的問(wèn)題。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。從汽車(chē)電子系統(tǒng)的總體和電路設(shè)計(jì)方面采取措施對(duì)最敏感的器件和部位進(jìn)行屏蔽保護(hù)16。本車(chē)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。旁路電容

36、是為本地器件提供能量的儲(chǔ)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(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(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)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(guò)供電回路進(jìn)行傳播的通路；三是防止電源攜帶的噪聲對(duì)電路構(gòu)成干擾。旁路是把輸入信號(hào)中的干擾作為濾除對(duì)象，而去耦是把輸出信號(hào)的干擾作為濾除對(duì)象，防止干擾信號(hào)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(xiàn)寬度，以減少導(dǎo)線(xiàn)上的電阻。同時(shí)，使電源線(xiàn)、地線(xiàn)的走向一致，

37、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(jì)和論證中，首先給出了車(chē)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(bào)文的通訊機(jī)制和LIN協(xié)議規(guī)范中的錯(cuò)誤類(lèi)型。再給出了此次車(chē)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。3軟件設(shè)計(jì)3.1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3-1所示。圖3-1系統(tǒng)主程序流程圖通過(guò)基于車(chē)速和溫差的車(chē)窗控制算法，車(chē)速傳感器和溫度傳感器結(jié)合不僅可以用于車(chē)輛行駛記錄和預(yù)測(cè)，而且改進(jìn)了車(chē)窗

38、控制系統(tǒng)的安全性和舒適性，使其設(shè)計(jì)更加彰顯智能化和人性化，符合電子車(chē)窗系統(tǒng)將來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，具有廣泛的運(yùn)用范圍和實(shí)際的運(yùn)用價(jià)值。3.2 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。如圖3-2所示。圖 3-2 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。在車(chē)窗控制方案中，如果中央控制單元檢測(cè)到開(kāi)關(guān)狀態(tài)后，就向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息。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。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(chē)窗等。主節(jié)點(diǎn)采取邊

39、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(xiàn)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。LIN主機(jī)節(jié)點(diǎn)軟件流程圖充分考慮了車(chē)窗整體執(zhí)行動(dòng)作的一致性和總線(xiàn)信號(hào)傳輸之間的關(guān)系。任何一個(gè)車(chē)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(xiàn)傳輸?shù)狡渌墓?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(chē)窗LIN主機(jī)節(jié)點(diǎn)。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)

40、據(jù)?；谏鲜鲈?，主機(jī)節(jié)點(diǎn)LIN報(bào)文的接收放在本地節(jié)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)函數(shù)執(zhí)行之后進(jìn)行。3.3 LIN從機(jī)程序LIN從機(jī)程序流程圖，指明LIN從機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的程序流程。如圖3-3所示。圖 3-3 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。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。3.4 A/D轉(zhuǎn)換程序A/D轉(zhuǎn)換程序流程圖，指明A/D轉(zhuǎn)換程序的結(jié)構(gòu)。如圖3-4所示。圖 3-4 A/

41、D轉(zhuǎn)換程序流程圖首先進(jìn)行程序初始化，判斷按鍵開(kāi)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(guò)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)。3.5 溫度控制模塊程序溫度控制模塊程序流程圖，指明溫度控制模塊程序?qū)斎霚囟葦?shù)據(jù)的處理。如圖3-5所示。圖 3-5溫度控制模塊程序流程圖溫度控制模塊程序主要是對(duì)溫度感應(yīng)模塊采集到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過(guò)與設(shè)定值進(jìn)行比較后，來(lái)調(diào)節(jié)車(chē)窗升降，從而調(diào)節(jié)車(chē)內(nèi)溫度。3.6 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。這些干擾可能會(huì)造成系統(tǒng)工作點(diǎn)漂移的現(xiàn)象出現(xiàn)

42、，造成測(cè)控信號(hào)在傳輸過(guò)程中擬合噪聲信號(hào)。為了使測(cè)控系統(tǒng)可以長(zhǎng)期可靠的運(yùn)行，經(jīng)常采用屏蔽、隔離、接地等抗干擾措施來(lái)減小干擾對(duì)違紀(jì)系統(tǒng)的影響。軟件抗干擾技術(shù)是當(dāng)系統(tǒng)受干擾后，使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行或輸入信號(hào)受干擾后去偽存真的一種輔助方法。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(lái)越受到人們的重視。在實(shí)際應(yīng)用中，軟件抗干擾研究的內(nèi)容主要是：一、采取軟件的方法消除模擬輸入信號(hào)的噪聲(如數(shù)字濾波技術(shù))；二、由于干擾而使得程序運(yùn)行混亂時(shí)使程序重入正軌的方法。本設(shè)計(jì)針對(duì)后者提出了幾種有效的軟件抗干擾方法18?？撮T(mén)狗技術(shù)是常用的抗干擾措施。與其他的抗干擾技術(shù)相比較它采用的是

43、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?？撮T(mén)狗的基本功能是：一旦發(fā)現(xiàn)CPU運(yùn)行不正常，它就發(fā)出復(fù)位信號(hào)，強(qiáng)制系統(tǒng)重新啟動(dòng)?？撮T(mén)狗技術(shù)要實(shí)現(xiàn)對(duì)CPU的監(jiān)控，就必須通過(guò)兩根信號(hào)線(xiàn)和CPU進(jìn)行聯(lián)系。一根是由CPU發(fā)出的喂狗信號(hào)線(xiàn)，而另一根則是由看門(mén)狗發(fā)出的復(fù)位信號(hào)線(xiàn)。通過(guò)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(mén)狗，處在監(jiān)視狀態(tài)的看門(mén)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。例如：IMP813L和IMP706P的有效喂狗信號(hào)是下降沿或上升沿；而另一種看門(mén)狗X25045的有效喂狗信號(hào)是程序設(shè)定的高電平或低電平

44、。如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)看門(mén)狗得不到喂狗信號(hào)，就可以判斷出CPU的運(yùn)行出現(xiàn)了問(wèn)題，并通過(guò)復(fù)位信號(hào)線(xiàn)發(fā)出復(fù)位信號(hào)重新啟動(dòng)CPU。如果失控的程序進(jìn)入“死循環(huán)”，通常用“看門(mén)狗”技術(shù)來(lái)使程序脫離“死循環(huán)”。通過(guò)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(guò)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(lái)使程序脫離“死循環(huán)”，這種技術(shù)就是“看門(mén)狗”技術(shù)。這時(shí)強(qiáng)迫程序返回到復(fù)位的入口地址0000H，在0000H處安排一段出錯(cuò)處理程序，使得系統(tǒng)運(yùn)行納入正軌?！翱撮T(mén)狗”技術(shù)可以由硬件實(shí)現(xiàn)，也可以由軟件實(shí)現(xiàn)。一般在工業(yè)應(yīng)用中，嚴(yán)重的干擾有時(shí)可以破壞中斷方式控制字，關(guān)閉中斷。則系統(tǒng)就會(huì)無(wú)

45、法定時(shí)“喂狗”，硬件看門(mén)狗電路就會(huì)失效。但是軟件看門(mén)狗能有效的解決這類(lèi)問(wèn)題。這次次車(chē)窗控制系統(tǒng)采用了軟件“看門(mén)狗”技術(shù)。這樣，當(dāng)程序跑飛的時(shí)候能夠使程序回到正軌。本設(shè)計(jì)中軟件“看門(mén)狗”監(jiān)視原理為：在主程序M、車(chē)窗防夾程序M1、溫差控制程序M2中各設(shè)一運(yùn)行觀(guān)測(cè)變量。假設(shè)為MWatch、M1Watch0、M2Watch，主程序M每循環(huán)一次，MWatch加l，同樣車(chē)窗防夾程序M1、溫差控制程序M2各執(zhí)行一次，M1Watch、M2Watch加1。在車(chē)窗防夾程序M1中通過(guò)檢測(cè)M2Watch的變化情況判定溫差控制程序M2運(yùn)行是否正常，在溫差控制程序M2中檢測(cè)主程序MWatch的變化情況判定主程序M是否正常

46、運(yùn)行，在主程序M中通過(guò)檢測(cè)M1Watch的變化情況判別車(chē)窗防夾程序M1是否正常工作。若檢測(cè)到某觀(guān)測(cè)變量的變化不正常，比如應(yīng)當(dāng)加l但是未加1，就會(huì)轉(zhuǎn)到出錯(cuò)處理程序作排除故障處理。當(dāng)然，對(duì)主程序最大循環(huán)周期、車(chē)窗防夾程序M1、溫差控制程序M2定時(shí)周期應(yīng)該予以全盤(pán)合理考慮。對(duì)于軟件抗干擾的一些其它常用方法如數(shù)字濾波、RAM數(shù)據(jù)保護(hù)與糾錯(cuò)等，因本設(shè)計(jì)并未涉及，所以未作討論。在實(shí)際的應(yīng)用中通常都是幾種抗干擾方法并用，互相補(bǔ)充完善，才可以取得較好的抗干擾效果。從根本上來(lái)說(shuō)，硬件抗干擾是主動(dòng)的，而軟件抗干擾則是被動(dòng)的。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

47、全可行的單片機(jī)系統(tǒng)19。4軟硬件系統(tǒng)的調(diào)試在完成智能車(chē)窗控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)之后，需要對(duì)智能車(chē)窗控制系統(tǒng)的相關(guān)功能進(jìn)行測(cè)試。車(chē)外溫度傳感器安放在汽車(chē)的前窗，車(chē)內(nèi)溫度傳感器安放在車(chē)內(nèi)中控門(mén)鎖附近。行駛車(chē)速能夠直接通過(guò)儀表盤(pán)車(chē)速傳感器得到。車(chē)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(guò)這個(gè)界限，身體就會(huì)出現(xiàn)不適的癥狀。此時(shí)基于車(chē)速和溫差的車(chē)窗控制系統(tǒng)就起到了安全性作用。下面對(duì)智能車(chē)窗控制系統(tǒng)進(jìn)行了功能性測(cè)試。首先，按下車(chē)窗控制按鈕，四個(gè)車(chē)窗進(jìn)入使能狀態(tài)。以左前車(chē)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(guò)300ms時(shí)，置左車(chē)窗手動(dòng)

48、上升或下降；當(dāng)檢測(cè)到時(shí)間沒(méi)有300ms時(shí)，啟動(dòng)左前車(chē)窗自動(dòng)升降程序，再通過(guò)車(chē)速傳感器監(jiān)測(cè)車(chē)速，當(dāng)超過(guò)限定車(chē)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(guò)車(chē)內(nèi)外溫度傳感分別測(cè)得車(chē)內(nèi)外溫度數(shù)據(jù)，計(jì)算出車(chē)內(nèi)外溫差，數(shù)據(jù)如表4-1所示。表 4-1 車(chē)內(nèi)外溫度數(shù)據(jù)車(chē)窗性能測(cè)試數(shù)據(jù)顯示了在供電電壓為9.8V，上升過(guò)程正常工作電流在0.65A左右，下降過(guò)程正常工作電流在0.55A左右的直流電機(jī)工作情況。當(dāng)車(chē)速超過(guò)事先設(shè)定的限定車(chē)速100km/h時(shí)，上升過(guò)程中車(chē)內(nèi)外溫差在7.5(>50)時(shí)，采用基于車(chē)速和溫差的控制算法后，車(chē)窗上升速度對(duì)比之前時(shí)，提高了8.1，使得車(chē)內(nèi)外溫差

49、較大時(shí)，車(chē)窗上升時(shí)能加快速度；下降過(guò)程中車(chē)內(nèi)外溫差在6.6(>50)時(shí)，采用了基于車(chē)速和溫差的控制算法后，車(chē)窗下降速度對(duì)比之前時(shí)，降低了11.4，使得車(chē)窗能緩慢下降。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，采用基于車(chē)速和溫差的算法后，提高了駕駛員的安全性和舒適性。在左前車(chē)窗自動(dòng)上升過(guò)程中，如果有人的手、頭或其他障礙物擋住了車(chē)窗，通過(guò)車(chē)窗控制系統(tǒng)的防夾算法，智能判斷車(chē)窗是遇到障礙還是升到頂端，然后車(chē)窗電機(jī)將停止轉(zhuǎn)動(dòng)，避免了安全事故的發(fā)生。防夾功能和溫控功能的結(jié)合提高了駕駛員行車(chē)過(guò)程中的安全性和舒適性，具有廣泛的運(yùn)用范圍和實(shí)際的運(yùn)用價(jià)值。4.1 LDF文件的配置在開(kāi)發(fā)LIN網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，盡管LIN數(shù)據(jù)庫(kù)并不是必須的，但

50、是CANoe軟件還是強(qiáng)烈的推薦使用LIN數(shù)據(jù)庫(kù)。使用LIN配置語(yǔ)言時(shí)，通過(guò)LDF文件表示LIN數(shù)據(jù)庫(kù)。CANoe 7.0軟件自帶的工具Vector LIN File Editor軟件可以用來(lái)編輯車(chē)窗系統(tǒng)所用到LDF文件。LDF描述了整個(gè)LIN網(wǎng)絡(luò)，而且還包含了監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)所需的所有信息。通過(guò)工具的用戶(hù)接口，這些信息足夠可以進(jìn)行有限的仿真控制(例如選擇仿真節(jié)點(diǎn)，選擇進(jìn)度表)。LIN工具的用戶(hù)接口沒(méi)有定義句法或語(yǔ)義，讓工具供應(yīng)商可以開(kāi)發(fā)特殊的工具。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(xiě)入軟件。應(yīng)用程序接口(API)被定義操作規(guī)程建議，可在不同的應(yīng)用程序中用一種唯一的

51、方法訪(fǎng)問(wèn)LIN網(wǎng)絡(luò)。但LDF文件不能訪(fǎng)問(wèn)應(yīng)用程序的功能特征。4.2 LlN節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)車(chē)窗控制系統(tǒng)的工作性能好壞取決于程序結(jié)構(gòu)的合理性，一個(gè)好的程序結(jié)構(gòu)有利于提高程序運(yùn)行的速度和功能的正常實(shí)現(xiàn)。本次車(chē)窗升降控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括兩個(gè)部分：車(chē)窗LIN主機(jī)節(jié)點(diǎn)以及車(chē)窗LIN從機(jī)節(jié)點(diǎn)。參照車(chē)窗控制LDF文件，本論文詳細(xì)的說(shuō)明了LIN總線(xiàn)主節(jié)點(diǎn)與從節(jié)點(diǎn)的軟件編寫(xiě)。首先，主節(jié)點(diǎn)完成微控制器的寄存器初始化與變量初始化，然后進(jìn)入自身任務(wù)的循環(huán)中。在車(chē)窗控制方案中，假如中央控制單元檢測(cè)到開(kāi)關(guān)狀態(tài)后，就會(huì)向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息。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

52、，再啟動(dòng)從機(jī)任務(wù)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，例如打開(kāi)、關(guān)閉車(chē)窗等。主節(jié)點(diǎn)采取邊發(fā)送邊接收的方式，假如接收到的位和發(fā)送的位不一致，就會(huì)取消這一次發(fā)送，重新啟動(dòng)新的發(fā)送過(guò)程。假如從節(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)就會(huì)認(rèn)為沒(méi)有收到任務(wù)幀。當(dāng)主節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)總線(xiàn)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(chē)窗整體執(zhí)行動(dòng)作的一致性和總線(xiàn)信號(hào)傳輸之間的關(guān)系。任何一個(gè)車(chē)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(xiàn)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

53、本地節(jié)點(diǎn)的診斷信息實(shí)時(shí)地發(fā)送給車(chē)窗LIN主機(jī)節(jié)點(diǎn)。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)?；谏鲜龅脑?，主機(jī)節(jié)點(diǎn)LIN報(bào)文的接收放在本地節(jié)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)函數(shù)執(zhí)行之后進(jìn)行。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。5總結(jié)車(chē)窗控制系統(tǒng)是汽車(chē)車(chē)身的重要組成部分，它可以使人們更好的保護(hù)和駕駛汽車(chē)?，F(xiàn)在車(chē)窗模塊已經(jīng)成為汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)功能之一。即使是在成本至上的新興市場(chǎng)，它也是影響購(gòu)車(chē)者決定的重要因素之一。大多數(shù)購(gòu)車(chē)者將車(chē)窗視為必備的舒適功能，因此汽車(chē)制造商都將其作為一種基本的功能。到現(xiàn)在為止，在亞太地區(qū)，尤其是在中國(guó)，車(chē)窗模塊已經(jīng)越來(lái)越普及。據(jù)當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)數(shù)據(jù)報(bào)告顯示，車(chē)窗模塊的銷(xiāo)售量近年來(lái)大幅度攀升，