毕业设计-智能车窗升降控制器的设计

毕业设计-智能车窗升降控制器的设计无锡职业技术学院

毕业设计说明书(论文)

智能化车窗升降控制器的设计

摘要:

单片微处理器又称单片机，它是将计算机的中央处理器、输入输出接口、存储器、计数器/定时器等多个功能部件集成在一块芯片里，是具有完整计算机功能的大规模集成电路。与计算机相比，它具有更好的性价比和实时处理能力，而且体积小，抗干扰能力强，容易嵌入产品内部，成为产品的一个元件，从而使这类产品具有智能化的特征。由于单片机面向控制，它是过程控制的核心，所以单片机又称为嵌入式微控制器。

关键词:智能控制系统车窗温度

1引言

近年来随着我国汽车行业的迅速发展，汽车电子市场迅速扩大，整个市场以超过40,的比例快速增长，其中车身电子产品占到整个汽车电子产品的35,,40,。在目前，车身电子的热点应用排名前三的是车载空调、车窗控制和车灯控制。在车身电子中，对半导体需求量排列前三位的应用领域分别是:车载空调，约占44,;车窗控制，约占22,;车灯控制，约占10,，第四位是电动车门控制。根据汽车电子专业调研公司的数据，去年中国汽车市场车身电子的半导体器件需求量约为19亿美元，而中国本地设计的比例大约为10,,15,之间，预计未来几年这一比例将会迅速增长。如上所述，车窗控制产品已成为车身电子产品重要的组成部分。

随着汽车的普及，人们对汽车的安全性方面也越来越重视。在车窗控制系统中，汽车电动车窗具备防夹功能成为系统的必需要求。这样当车窗上升遇到障碍物

(如手、头等)时可以自动后退到底，从而可以避免事故的发生，车窗防夹功能对汽车的安全性能而言是一种十分人性化的设计。一般在驾驶员高速行驶过程中，如果手动控制车窗升降速度，则会使驾驶员分心，很有可能在调控车窗时发生安全事故，故汽车高速行驶过程中一般采用车窗自动升降。而在车窗自动升降过程中，如果车内外温度反差过大则会在

车窗开关得过程中产生过大气流，从而影响到汽车的稳定性，同时也会引起人体的不适，导致安全事故的发生。由此可见，温度因素是影响驾驶员身体不适、导致安全事故的重要原因。基于以上原因，本课题在温差控制方面作出了改进，使得车窗系统更智能化和人性化。

2总体方案设计

2(1方案一:基于LIN总线控制系统

车载网络可分为驱动网络和舒适网络。一般CAN协议用于驱动网络，而LIN协议用于舒适网络。相对于开发高速CAN网络的所需要的成本，LIN网络更适合用于性能要求不高的舒适网络，于是在车门，车窗，车灯等部件中，引入了LIN总线，这样既能满足系统运行的正常需要，又能使整车成本得以减少。此次车窗控制系统总体框架图如图1所示:

- 1 -

无锡职业技术学院

毕业设计说明书(论文)

车内外传感器及车内外传感器及A/D转换模块

信号处理信号处理

电机驱动模块电机

微控车速传感器及制器信号处理

LIN收发器车窗按键开关

LIN总线车窗升降控制系统总体框图

图1

当驾驶员按下车窗按键开关时，车速传感器将信号传到微控制器，如果车速超过设定的限定车速时，通过温度传感器测得车内外温度，再由A/D转换电路将温度数据传到微控制器，使用新的车窗控制算法控制车窗电机智能实现车窗升降器的升降。在车窗升降过程中，智能功率驱动器件MC33486通过监测电机的电流变化，通过相关的防夹算法实现车窗的防夹功能，实现了车窗系统的智能化控制过程，提高了驾驶员行车过程中的安全性和舒适性。在本次设计中，车窗控制系统采用了LIN 总线协议构建了车窗LIN总线网络，并使用了最新的LIN v2(1协议规范。

2(2方案二:功能独立的模块化车窗升降控制系统 DCK103型电子车窗控制器内部由单片机、电流检测电路、输入输出接口电路、电源电路等组成。将这些组成电路的元器件焊装在一块印刷电路板上，并封装于防水、阻燃的塑料外壳内，就构成了一个智能型的电子控制器。它通过引线与汽车线路相连接实现对门窗电动机的各种控制，

3分电路设计和论证

3(1电源模块设计

目前汽车内的蓄电池电源通常都是直流+12V，汽车内很多电子设备需要依靠它来供电，比如电子打火器，各类电子仪表，自动车窗等，虽然是蓄电池，仍难以保证其稳定

输出。车载网络中主要用到两种电源:+12V、+5V，+12V的电压主要是为电机驱动供电， +5V的电压则是给电路中的其它芯片供电，因此需要进行+12V到+5V的转换，而且车载电源的稳定性差，需要其输出电压进行稳压1161。电源电路采用了LM2576稳压电源电路芯片，对+12V转+5V供电电路可以参考图3电路。在稳压芯片LM2576瞬间停止输出时，由电感给电路供电，此时稳压

- 2 -

无锡职业技术学院

毕业设计说明书(论文)

二极管1N5822作为回路的一部分，可以承受更大的电流，起到反向保护的作用。图中的电容C6和

C7选用电解电容，可以有效滤除高低频干扰。这样设计的输出电压就是一个抗干扰能力很强的电源供应了。因微控制器PICl8F25J10需+3(3V电源供应才能正常工作，而图2中，由蓄电池电源转化而来的电源电压是+5V，所以在此基础上使用了AMSlll7线性器件作为转换芯片产生CPU所需的+3(3V核心电压，图2是+5V转+3(3V电源转换电路。其中电容和图1中电容所起的作用一致。

3(2电机驱动模块设计

电机驱动模块的合理设计，主要在于调节步进电机程序的启动频率。这是启动频率的极限，实际使用时，只要启动频率小于或等于这个极限值，步进电动机就可以直接带动负载启动了。利用单片机控制步进电机的控制系统如图4所示: 键盘接口键盘

单片机

步进功率驱动器接口功率驱动器电机

图4 单片机控制步进电机的系统框图

- 3 -

无锡职业技术学院

毕业设计说明书(论文)

合理地选用步进电动机是相当重要的，通常希望步进电动机的输出转矩大，启动频率和运行频率高，步距误差小，性能价格比高。但增大转矩与快速运行存在一定矛盾，高性能与低成本存在矛盾，因此实际选

节拍通电相控制模块用时，必须全面考虑。

正转反转二进制十六进制步进电动机的工作方式和一般电动

1 6 A 00000001 01H 机不同，它是采用脉冲控制方式工作的。

2 5 AB 00000011 03H 只有按一定规律对各相绕组轮流通电，

步进电动机才能实现转动。目前采用的3 4 B 00000010 02H 功率步进电动机有3相、4相、5相和64 3 BC 00000110 06H 相等。工作方式有单m拍、双m 拍、3m5 2 C 00000100 04H 拍及2*m拍等。一般情况，电机的相数6 1 CA 00000101 05H 越多，工作方式越多。本案采用的是3表1 相6拍步进电机控制程序，如表1。

车窗电机一般采用供电电压11,15 V，工作电流不大于15 A，堵转电流不大于28 A的永磁直流电机，需要的电机功率较大并伴有冲击电流的正反相控制要求。智能功率芯片MC33486是飞思卡尔半导体公司生产的专用于车身电子的电机驱动芯片，该芯片可

(这里选用P60N06，能够输出较大的工作电流驱动电机)组成一个外接两个MOSFET管