智能化車(chē)窗升降控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、目錄摘要 1關(guān)鍵詞 1Abstract 1Keywords 1引言1總線控制系統(tǒng) 31.1基于LIN總線控制系統(tǒng) 31.2 LIN總線的技術(shù)特點(diǎn) 31.3 LIN總線協(xié)議 41.4車(chē)窗控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 51.5 LIN節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 52分電路設(shè)計(jì)和論證 62.1電源模塊設(shè)計(jì) 62.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì) 72.3溫度傳感器模塊設(shè)計(jì) 82.4 A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì) 92.5汽車(chē)車(chē)窗系統(tǒng)智能控制實(shí)現(xiàn) 102.5.1車(chē)窗系統(tǒng)防夾功能的實(shí)現(xiàn) 10112.6系統(tǒng)硬件抗干擾設(shè)計(jì) 123軟件設(shè)計(jì) 133.1 系統(tǒng)主程序流程圖 3.2 LIN主機(jī)程序3.3 LIN從機(jī)程序3.4 A/D轉(zhuǎn)換程序3.5溫度控制模塊程序

2、173.6系統(tǒng)軟件抗干擾設(shè)計(jì) 184軟硬件系統(tǒng)的調(diào)試 204.1 LDF文件的配置 204.2 LlN 節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)5展望 21參考文獻(xiàn)致謝智能車(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 時(shí)的舒適性和安全性，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了采用LIN總線技術(shù)的車(chē)窗和LIN網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

3、。關(guān)鍵詞：LIN總線；車(chē)窗智能控制；安全性；舒適性Design of Intelligent Window Control SystemAbstract: With the rapid developme nt of the automobile electr onic tech no logy, people dema nds on automobile safety and comfort requirements are also rising . Window system as an important part of automobile body, Most of the pur

4、chaser will be con sidered power win dows as n ecessary comfort features, It makes people driving and protecting automobile much better, therefore, automobile manufacturers con sidered it as a basic function. At prese nt, the window system is develop ing along the direct ion of modular, intelligent

5、and humane. In this paper, a window control algorithm based on the driving speed and temperature differenee was given, which can improve the driver s safety and comfort at hjgOnspe&dbasis, con struct ing win dows LIN n etwork con trol system was con structed based on LIN-bus tech no logy. Keywords:

6、LIN bus; automobile wi ndows in tellige nt con trol; 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 35%40%。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)身電子的半導(dǎo)體器件需求量約為

7、19億美元，而中國(guó)本地設(shè)計(jì)的比例大約在 10%15%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。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，如果車(chē)

8、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

9、了利潤(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)辺。本設(shè)計(jì)旨在提出一種基于LIN總線技術(shù)的汽車(chē)車(chē)窗智能控制系統(tǒng)，使得該系統(tǒng)具有

10、低功耗、低成本、易于維護(hù)和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。首先對(duì)LIN總線協(xié)議進(jìn)行了研究，制定了相應(yīng)的LIN總線協(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總線控制系統(tǒng)1.1基于LIN總線控制系統(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，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(chē)的成本得以減少。

11、本次車(chē)窗控 制系統(tǒng)總體框架圖如圖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(lái)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)中的分布式電子系統(tǒng)控制。

12、LIN總線的目標(biāo)是為現(xiàn)有汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)提供輔助功能。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(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，采用單主多從的結(jié)構(gòu)，避免了總線報(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總線的目標(biāo)是為現(xiàn)有的汽車(chē)網(wǎng)絡(luò) 提

13、供輔助功能，LIN網(wǎng)絡(luò)作為現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)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總線可以大大節(jié)約成本。LIN總線的出現(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總線的不足4。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(wú)需總線仲裁，由主節(jié)點(diǎn)控制總線訪問(wèn)。低成本單線12V數(shù)據(jù)傳輸，線的驅(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，

14、減少了硬件成本。(5) 傳輸速率最高達(dá)20Kbit/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 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 。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

15、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總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖LIN總線最初是為汽車(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)線性總線系統(tǒng)的低成本、開(kāi)放

16、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)明和修改了總線配 置部分，增強(qiáng)了傳輸層，增加了總線診斷功能LIN V2.1總線規(guī)范包括了 3個(gè)主要部分：LIN V2.1協(xié)議規(guī)范一一介紹了 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)程建議一一介紹了網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用程序之 間的接口； LIN配置語(yǔ)言規(guī)范一一介紹了 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)

17、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?，F(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

18、 車(chē)專用微控制器（MCU）領(lǐng)域，美國(guó)Microchip（微芯）和Freescale飛思卡爾）兩家公司的 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 o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總線收發(fā)器，在單片機(jī)和LIN半雙工總線之間提供了一個(gè)物理接口，可以為汽車(chē)以及工業(yè)

19、應(yīng)用提供一個(gè)最高20K的串行總線傳輸速率。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)行了特殊設(shè)計(jì), 符合LIN v2.1總線規(guī)格。如圖1-3所示。+I2VRIU1IF22PEa27JPFmuuiRADRAI WRA3 Vddcm斕O(píng)fiClOSC2RCDRCIRC2 RCiKXlRB7-TODRB7.fPRCLIN EUS加RBIKM -RWNT4-VDD JVSS RC?-RCMDO1EOk-SDllL INT勿 VDQRXD1VUDJTED*Cl iOftNFR31KR41KRXD CSVREG TXDFAULVBBLBVSS7VBB_ LUBE亠T圖1-3 LIN節(jié)點(diǎn)硬件

20、電路設(shè)計(jì)圖1-3是 LIN總線的節(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總線是單主多從結(jié)構(gòu)，無(wú)需總線仲裁，由主節(jié)點(diǎn) 控制總線訪問(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(hào)，或者進(jìn)行

21、與之相反的轉(zhuǎn)換。其 中，PICI8F25JI0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。PIC18F25J1（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)始接收總線的數(shù)據(jù)。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)。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

22、 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。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。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)

23、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。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)控制步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)如圖 2-3所示。圖2

24、-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)一般采用供電電壓為1115V，工作電流小于

25、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 直保持高電平。當(dāng)U6中的柵極為低

26、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(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40C150C，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、

27、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

28、的環(huán)境，選用了溫度傳感器 LM335A，其正常工作溫度在-40C100C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(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

29、采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)LIN總線傳給上位機(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(chē)窗設(shè)計(jì)。圖2-5給出了 TLC2543和PIC18F25J10的連接電路。圖2-5

30、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，1/0 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

31、度由LM335Z采樣來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)經(jīng)過(guò) TLC2543轉(zhuǎn)換后，送入微控器 PIC18F25J1(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(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)15o 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

32、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 MC33486 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。控制模塊可以實(shí)現(xiàn)的功

33、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)線圈，通過(guò)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(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

34、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

35、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)

36、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)外溫度丫1， 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-mnm；如果不是，則車(chē)窗電機(jī)以原來(lái) a(0a1)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

37、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、大電流負(fù)載特性使其開(kāi)、關(guān)過(guò)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(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

38、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

39、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(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。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

40、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，如果中央控制單兀檢測(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

41、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 報(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

42、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)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

43、 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/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

44、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)，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

45、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。看門(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)線和 CPU進(jìn)行聯(lián)系。一根是由CPU 發(fā)出的喂狗信號(hào)線，而另一根則是由看門(mén)狗發(fā)出的復(fù)位信號(hào)線。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

46、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。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

47、 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)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)行觀測(cè)變量。假設(shè)為MWatch、MlWatchO、M2Watch，主程序M每循環(huán)一次，MWatch加I，同樣車(chē)窗防夾程序 M1、 溫差控制程序M2各執(zhí)行一次，MlW

48、atch、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是否正常運(yùn)行，在主程序M中通 過(guò)檢測(cè)MlWatch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)到某觀測(cè)變 量的變化不正常，比如應(yīng)當(dāng)加I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

49、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 50C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

50、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)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

51、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 7.5C(50C)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66C (50 C)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

52、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)工具的用戶接口，這些信息足夠可以進(jìn)行有限的仿真控制(例如

53、選擇仿真節(jié)點(diǎn)，選擇進(jìn)度表)cLIN工具的用戶接口沒(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方法訪 問(wèn)LIN網(wǎng)絡(luò)。但LDF文件不能訪問(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 L

54、IN總線主節(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，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)

55、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(chē)窗整體 執(zhí)行動(dòng)作的一致性和總線信號(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(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)。 現(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，如今 車(chē)窗正沿著模塊化、人性化、智能化的方向發(fā)展