智能化车窗升降控制系统的设计

内容摘要1关键词1抽象1关键词1导言21总线控制系统31.1基于LIN总线的控制系统1.2 LIN总线3的技术特征1.3 LIN总线协议41.4车窗控制系统5的硬件设计1.5 LIN节点设计52子电路设计和演示62.1电源模块设计62.2电机驱动模块设计72.3温度传感器模块8的设计2.4模数转换模块设计92.5汽车车窗系统10智能控制的实现2.5.1窗户系统10防夹功能的实现2.5.2速度和温差的窗口控制112.6系统硬件抗干扰设计123软件设计133.1系统主程序流程图133.2 LIN主机程序143.3 LIN从程序153.4模数转换程序163.5温度控制模块程序173.6系统软件抗干扰设计184软件和硬件系统调试204.1 LDF文件配置204.2 LlN节点软件设计205 outlook 21参考文献22致谢23智能升窗控制系统的设计摘要：随着汽车电子技术的飞速发展，消费者对汽车舒适性和安全性的要求也在不断提高。车窗系统是车身的重要组成部分。大多数消费者认为电动窗是一种不可或缺的舒适功能，它能使人们更好地保护和驾驶汽车。因此，汽车制造商将其视为一项基本功能。目前，窗口系统正朝着模块化、智能化、人性化的方向发展。本设计是一种基于温差和车速的车窗控制算法，可以提高驾驶员在快速驾驶时的舒适性和安全性。在此基础上，利用LIN总线技术构建了一个窗口和LIN网络控制系统。关键词：LIN总线；车窗智能控制；安全；舒适智能窗户控制系统的设计摘要：随着汽车电子技术的飞速发展，人们对汽车的安全性和舒适性的要求也越来越高。车窗系统作为汽车车身的重要组成部分，大多数购买者将电动车窗视为必要的舒适性特征，它使人们更好地驾驶和保护汽车，因此，汽车制造商将其视为一项基本功能。目前，窗口系统正朝着模块化、智能化和人性化的方向发展。本文提出了一种基于车速和温差的车窗控制算法，可以提高驾驶员在高速行驶时的安全性和舒适性。在此基础上，构建了基于LIN总线技术的windows LIN网络控制系统。关键字： LIN总线；汽车车窗智能控制；安全；舒适介绍近年来，随着中国汽车工业的快速发展，汽车电子市场也迅速扩大。整个市场以超过40%的速度高速增长，车身电子产品占所有汽车电子产品的35% 40%。目前，车身电子产品的三大热门应用是车窗控制、车辆空调和灯控制。在车身电子领域，半导体需求的前三大应用领域是：车载空调，约占44%；窗口控制，约占22%；灯具控制，约占10%，排在第四位的是电动门控制。根据汽车电子研究公司的数据，去年中国汽车市场对车身电子半导体器件的需求约为19亿美元，而中国本土设计的比例在10%至15%之间，预计未来几年将快速增长。总而言之，车窗控制产品已经成为车身电子产品的重要组成部分1。随着汽车的普及，人们越来越重视汽车的安全性。在车窗控制系统中，汽车电动车窗的防夹功能已经成为系统的必要要求。这样，当车窗升起并碰到障碍物(如头、手等)时。)，它可以自动退回到底部，从而有效地避免事故。车窗的防夹功能是对汽车安全性能的一种非常人性化的设计。一般来说，如果驾驶员在高速行驶时手动控制车窗垂直速度，会分散驾驶员的注意力，并且很有可能在控制车窗时发生安全事故。因此，在高速行驶过程中，通常使用车窗的自动升降。但是，如果在车窗自动升降过程中，车内外温差过大，在车窗开启和关闭过程中会产生较大的气流，从而影响汽车的稳定性。同时，它也会对人体造成不适，导致安全事故。可见，温度是影响驾驶员身体不适并导致安全事故的重要因素之一。基于上述原因，本设计在温差控制方面做了改进，使窗户系统更加人性化和智能化。在该设计中，温度传感器模块被添加到车窗控制系统中。当驾驶员的行驶速度超过标定速度时，温度传感器可以检测车内车外的温度，然后通过模数转换电路将温度数据传输给微控制器。采用一种新的车窗控制算法来控制车窗电机，智能实现车窗升降器的升降，从而提高驾驶员在驾驶过程中的舒适性和安全性，进而提高车窗控制系统的安全性能。与此同时，外国企业在我国垄断了发动机电子、车身电子、底盘电子等利润丰厚、技术含量高的汽车电子市场，而国内企业仍局限于汽车音响等低端产品。国内大部分汽车公司还没有建立自己的总线网络技术标准，大多数汽车公司主要开发支持CAN/LIN的车载设备，并与某一车型的CAN/LIN网络配合，使其产品支持这种总线通信协议。目前，我国的研发工作仍处于向国外学习的阶段，但许多与汽车电子技术相关的国外文献都在谈论它们的优势而不是缺陷。因此，我国许多从事汽车电子技术的研发人员在研发过程中无法相互学习，导致研发陷入困境。突破技术封锁对我国来说也是一个巨大的挑战2。本设计旨在提出一种基于LIN总线技术的智能车窗控制系统，该系统具有低功耗、低成本、易维护和稳定性好的优点。首先，研究了LIN总线协议，制定了相应的LIN总线协议规范。然后，实现了车窗控制系统的软硬件功能，包括车窗防夹系统和温控车窗舒适系统的实现，提高了车窗控制系统的舒适性和安全性，使车窗控制系统的设计更加人性化。1总线控制系统1.1基于LIN总线的控制系统车载网络可分为舒适网络和驾驶网络。一般来说，CAN协议用于驱动网络，而LIN协议用于舒适的网络。与开发高速CAN网络的成本相比，LIN网络更适合低性能要求的舒适网络。因此，LIN总线被引入到门、灯、窗等部件中。不仅可以满足系统正常运行的需要，而且可以降低整车的成本。窗户控制系统的总体框图如图1-1所示。图1-1车窗升降控制系统总体框图当驾驶员按下车窗的钥匙开关时，车速传感器向微控制器发送信号。如果车速超过设定的标定车速，温度传感器将检测车内车外的温度，然后将温度数据传输到tLIN总线是一种低成本的串行通信网络，用于实现汽车分布式电子系统控制。LIN总线的目标是为现有的汽车网络提供辅助功能。LIN总线协议建立在通用异步收发器硬件接口上，实现起来相对简单。只要带串口功能模块的单片机可以作为局域网的节点。物理上，只使用一条12V信号线，采用单主多从的结构，避免了总线消息的竞争。一般来说，阿林网络上的节点数量不应超过16个，标识符的最大数量为64个。否则，节点的增加会降低网络阻抗，导致环境条件恶化。用户可以向LIN网络添加节点，而无需更改现有LIN从节点的硬件和软件。LIN总线的目标是为现有的汽车网络提供辅助功能。作为现有网络的补充，LIN网络提高了整个汽车网络的性能，降低了汽车电子控制设备的开发和生产成本。当不需要CAN总线的带宽和功能时，如刹车装置和车窗控制系统的智能传感器之间的通信，LIN总线可以大大节省成本。LIN总线的出现使人们能够采用低成本的解决方案来弥补汽车高端CAN总线的不足4。LIN总线的主要特点如下：(1)单主多从的结构不需要总线仲裁，主节点控制总线访问。(2)低成本单线12V数据传输。导线的驱动特性符合改进的IS09141标准。(3)基于通用通用异步收发器接口，几乎所有的微控制器都有必要的LIN硬件。(4)从节点无需应时或陶瓷谐振器即可实现自同步，降低了硬件成本。(5)最大传输速率为20kbit/s从LIN协议通信的角度来看，阿林网络由一个主任务模块和几个从任务模块组成。主节点中既有主任务模块又有从任务模块，所有其他节点都只有从任务模块。在LIN网络中，主任务模块决定何时在总线上传输什么消息帧，而从任务模块为每个帧提供要传输的数据。从任务模块和主任务模块都是帧处理层4的组件。该窗口控制系统以驾驶室侧为主节点，其他从节点构成窗口系统的LIN.0网络，如图2-2所示。在车窗LIN网络中，主节点的主要功能是采集车窗升降信号和温度传感器信号，并控制整个网络通信的启动。从节点的主要功能是通过判断主节点发送的控制信息和获取的状态来控制相应窗口电机的运行。如图1-2所示。图1-2 LIN总线网络结构图LIN总线最初设计用于汽车电子控制系统，也可用于工业控制或家用电子产品，如冰箱和洗衣机。车载网络的典型应用是汽车中的联合装配单元，如车门、车灯、座椅、温度传感器等。对于这些敏感单元，LIN总线可以很容易地将这些设备连接到车载网络，并且可以得到非常方便的维护和服务。1.3 LIN总线协议林协会是由主要汽车制造商于1998年成立的。其主要目标是为汽车使用的高质量线性总线系统定义和实施低成本、开放的标准。LIN协会在1999年7月发布了LIN v1.0的原始版本。2006年11月，LIN协会发布了最新版本的LIN v2.1协议。它增强了以前版本的兼容性，并解释了一些LIN v2.0的功能，包括总线配置的详细描述和修改、传输层的增强和总线诊断功能的增加。LIN 2.1总线规范包括三个主要部分：LIN 2.1协议规范介绍了LIN的物理层、数据链路层和传输层的协议规范；LIN应用编程接口操作说明建议描述了网络和应用程序之间的接口。LIN配置语言规范描述了用于配置整个网络的LIN配置文件的格式。1.4车窗控制系统的硬件设计车窗控制系统主要由车窗、车窗电机模块、车窗调节器、控制开关及相关电子电路模块组成。窗户和窗户升降器主要是机械结构。有两套车窗控制开关。一个主机和一个从机可以控制每个窗户的升降。通常，断路开关安装在主开关上。如果断开，分支开关将不起作用。安装在现有车窗控制系统中的先进电子设备具有安全保护功能，可以通过电子模块控制电机的过压、过流和过温保护，在玻璃上升过程中遇到障碍物时可以自动识别并停止转动，从而有效防止乘客被夹伤，实现防夹伤功能。1.5局域网节点设计微处理器需要选择符合LIN v2.1规范的收发器和具有异步串行收发器模块(UAI)的微控制器，因为它决定了系统的硬件设计连接和软件开发环境等一系列问题。在汽车微控制器领域，美国微芯片公司和飞思卡尔公司的微控制器对LIN的数据传输和接收进行了优化。同时，针对汽车的温度、电磁干扰严重、湿度变化大等恶劣环境，优化了性能，是汽车中LIN控制节点的一种较好的微控制器方案5。本设计选用了微芯片公司的PIC18F25J10单片机和LIN物理层收发器的MCP202x芯片作为节点的硬件。PIC18F25J10单片机提供工业级制造工艺和流程图工艺保证，成本低，可适用于恶劣的车内操作环境。MCP202x是阿林总线收发器，它在微控制器和LIN半双工总线之间提供物理接口，并可为汽车和工业应用提供高达20K的串行总线传输速率。LIN收发器的MCP202x芯片专为在汽车环境中工作而设计，符合LIN v2.1总线规范6。如图1-3所示。图1-3 LIN节点硬件电路设计图1-3是LIN总线的节点硬件连接示意图。图中的C3选择陶瓷电容或钽电容，使芯片能够在更大的温度范围内工作。C5用作外部电压源的滤波电容器。D1和D2设计用于甩负荷保护，是可选设备。D4是一个27V瞬态电压抑制二极管，