畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）智能化車窗升降控制器的設(shè)計(jì)

1、本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目： 智能化車窗升降控制器的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 系 別： 電氣信息工程系 專業(yè)年級： 2007級電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè) 指導(dǎo)教師： 2011年 5 月 20 日摘 要單片微處理器又稱單片機(jī)，它是將計(jì)算機(jī)的中央處理器、輸入輸出接口、存儲器、計(jì)數(shù)器/定時(shí)器等多個(gè)功能部件集成在一塊芯片里，是具有完整計(jì)算機(jī)功能的大規(guī)模集成電路。與計(jì)算機(jī)相比，它具有更好的性價(jià)比和實(shí)時(shí)處理能力，而且體積小，抗干擾能力強(qiáng)，容易嵌入產(chǎn)品內(nèi)部，成為產(chǎn)品的一個(gè)元件，從而使這類產(chǎn)品具有智能化的特征。由于單片機(jī)面向控制，它是過程控制的核心，所以單片機(jī)又稱為嵌入式微控制器。本設(shè)計(jì)主要完成的礦井提升機(jī)信號系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2、和組態(tài)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中運(yùn)用plc控制技術(shù)，plc系統(tǒng)采用歐姆龍系列作為主控制器，采用plc控制不但提高了信號傳輸?shù)目煽啃院蜏?zhǔn)確性,而且具有極大的靈活性和擴(kuò)展性。在不改變系統(tǒng)硬件的前提下,僅靠改變plc內(nèi)部的程序就可滿足用戶要求。有效地解決了信號系統(tǒng)中的遠(yuǎn)距離傳輸和可靠性問題。關(guān)鍵詞：智能；控制系統(tǒng)；車窗；溫度abstract:single-chip microprocessor, also known as scm, it is the computers central processor, input and output interfaces, memory, counters / time

3、rs, and other features integrated in a chip inside, is a full computer function lsi. compared with the computer, it has a better cost performance and real-time processing capability, and small size, anti-interference ability, easy to embed inside of the product as a component of the product, so thes

4、e products with intelligent features. for the control of the microcontroller, which is the core process control, it is also known as an embedded single chip micro-controller. completed the design of the main mine hoist signal system design and configuration design. the use of plc control design, plc

5、 system uses omron series as a main controllerwith plc control not only improves the reliability and accuracy of signal transmission, but also has great flexibility and scalability. hardware without changing the system under the premise of the program alone can change the internal plc to meet user r

6、equirements. effectively solve the long-distance signal transmission and system reliability.keywords: intelligent window; temperature; control system目 錄前 言5第一章 總線控制系統(tǒng)61.1基于lin總線控制系統(tǒng)61.2功能獨(dú)立的模塊化車窗升降控制系統(tǒng)7第二章 分電路設(shè)計(jì)和論證82.1電源模塊設(shè)計(jì)82.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)92.3溫度傳感器模塊設(shè)計(jì)112.4 a/d轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)122.5汽車車窗系統(tǒng)智能控制實(shí)現(xiàn)142.5.1車窗系統(tǒng)防夾功能的實(shí)現(xiàn)1

7、42.5.2 車速與溫差的車窗控制162.6 系統(tǒng)軟件抗干擾設(shè)計(jì)172.6.1軟件“看門狗”設(shè)計(jì)17第三章 軟件設(shè)計(jì)193.1程序流程193.1.1系統(tǒng)主程序流程圖193.1.2 lin主機(jī)程序流程圖203.1.3 lin從機(jī)程序流程圖213.1.4a/d轉(zhuǎn)換程序流程圖223.1.5溫度控制模塊程序流程圖23第四章 軟硬件系統(tǒng)的調(diào)試244.1 ldf文件的配置254.2lln節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)25致 謝27參考文獻(xiàn)28前 言近年來隨著我國汽車行業(yè)的迅速發(fā)展，汽車電子市場迅速擴(kuò)大，整個(gè)市場以超過40的比例快速增長，其中車身電子產(chǎn)品占到整個(gè)汽車電子產(chǎn)品的3540。在目前，車身電子的熱點(diǎn)應(yīng)用排名前三的是車

8、載空調(diào)、車窗控制和車燈控制。在車身電子中，對半導(dǎo)體需求量排列前三位的應(yīng)用領(lǐng)域分別是：車載空調(diào)，約占44；車窗控制，約占22；車燈控制，約占10，第四位是電動(dòng)車門控制。根據(jù)汽車電子專業(yè)調(diào)研公司的數(shù)據(jù)，去年中國汽車市場車身電子的半導(dǎo)體器件需求量約為19億美元，而中國本地設(shè)計(jì)的比例大約為1015之間，預(yù)計(jì)未來幾年這一比例將會(huì)迅速增長。如上所述，車窗控制產(chǎn)品已成為車身電子產(chǎn)品重要的組成部分。隨著汽車的普及，人們對汽車的安全性方面也越來越重視。在車窗控制系統(tǒng)中，汽車電動(dòng)車窗具備防夾功能成為系統(tǒng)的必需要求。這樣當(dāng)車窗上升遇到障礙物(如手、頭等)時(shí)可以自動(dòng)后退到底，從而可以避免事故的發(fā)生，車窗防夾功能對汽車

9、的安全性能而言是一種十分人性化的設(shè)計(jì)。一般在駕駛員高速行駛過程中，如果手動(dòng)控制車窗升降速度，則會(huì)使駕駛員分心，很有可能在調(diào)控車窗時(shí)發(fā)生安全事故，故汽車高速行駛過程中一般采用車窗自動(dòng)升降。而在車窗自動(dòng)升降過程中，如果車內(nèi)外溫度反差過大則會(huì)在車窗開關(guān)得過程中產(chǎn)生過大氣流，從而影響到汽車的穩(wěn)定性，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，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?；谝陨显颍菊n題在溫差控制方面作出了改進(jìn)，使得車窗系統(tǒng)更智能化和人性化。第一章 總線控制系統(tǒng)1.1 基于lin總線控制系統(tǒng)車載網(wǎng)絡(luò)可分為驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和舒適網(wǎng)絡(luò)。一般can協(xié)議用于驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，而lin協(xié)議

10、用于舒適網(wǎng)絡(luò)。相對于開發(fā)高速can網(wǎng)絡(luò)的所需要的成本，lin網(wǎng)絡(luò)更適合用于性能要求不高的舒適網(wǎng)絡(luò)，于是在車門，車窗，車燈等部件中，引入了lin總線，這樣既能滿足系統(tǒng)運(yùn)行的正常需要，又能使整車成本得以減少。此次車窗控制系統(tǒng)總體框架圖如圖1-1：圖 1-1 車床升降控制系統(tǒng)總體框圖當(dāng)駕駛員按下車窗按鍵開關(guān)時(shí)，車速傳感器將信號傳到微控制器，如果車速超過設(shè)定的限定車速時(shí)，通過溫度傳感器測得車內(nèi)外溫度，再由a/d轉(zhuǎn)換電路將溫度數(shù)據(jù)傳到微控制器，使用新的車窗控制算法控制車窗電機(jī)智能實(shí)現(xiàn)車窗升降器的升降。在車窗升降過程中，智能功率驅(qū)動(dòng)器件mc33486通過監(jiān)測電機(jī)的電流變化，通過相關(guān)的防夾算法實(shí)現(xiàn)車窗的防夾

11、功能，實(shí)現(xiàn)了車窗系統(tǒng)的智能化控制過程，提高了駕駛員行車過程中的安全性和舒適性。1.2 功能獨(dú)立的模塊化車窗升降控制系統(tǒng)dck103型電子車窗控制器內(nèi)部由單片機(jī)、電流檢測電路、輸入輸出接口電路、電源電路等組成。將這些組成電路的元器件焊裝在一塊印刷電路板上，并封裝于防水、阻燃的塑料外殼內(nèi)，就構(gòu)成了一個(gè)智能型的電子控制器。它通過引線與汽車線路相連接實(shí)現(xiàn)對門窗電動(dòng)機(jī)的各種控制。第二章 分電路設(shè)計(jì)和論證2.1 電源模塊設(shè)計(jì)目前汽車內(nèi)的蓄電池電源通常都是直流+12v，汽車內(nèi)很多電子設(shè)備需要依靠它來供電，比如電子打火器，各類電子儀表，自動(dòng)車窗等。雖然是蓄電池，仍難以保證其穩(wěn)定輸出。車載網(wǎng)絡(luò)中主要用到兩種電源

12、：+12v、+5v，+12v的電壓主要是為電機(jī)驅(qū)動(dòng)供電，+5v的電壓則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，而且車載電源的穩(wěn)定性差，需要其輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓。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)就可以直接帶動(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2-1所示：圖 2-1 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)是相當(dāng)重要的，通常希望步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率高，步距誤差小，性能價(jià)格比高。但增大轉(zhuǎn)矩與快速運(yùn)行存在一定矛盾

13、，高性能與低成本存在矛盾，因此實(shí)際選用時(shí)，必須全面考慮。表1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作方式和一般電動(dòng)機(jī)不同，它是采用脈沖控制方式工作的。只有按一定規(guī)律對各相繞組輪流通電，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)才能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。目前采用的功率步進(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拍及2*m拍等。，一般情況電機(jī)的相數(shù)越多，工作方式越多。本案采用的是3相6拍步進(jìn)電機(jī)控制程序。車窗電機(jī)一般采用供電電壓1115 v，工作電流不大于15 a，堵轉(zhuǎn)電流不大于28a的永磁直流電機(jī)，需要的電機(jī)功率較大并伴有沖擊電流的正反相控制要求。智能功率芯片mc33486可外接兩個(gè)mosfet管(這里選用p60n06，能夠輸出較大的工作

14、電流驅(qū)動(dòng)電機(jī))組成一個(gè)h橋。電流最大達(dá)到10 a，直流輸入電壓范圍為828 v，而且當(dāng)電壓高于28 v時(shí)具有過壓保護(hù)功能。它能夠采集電機(jī)的電流，利用它反饋給單片機(jī)ad采樣模塊得到電機(jī)電流值，從而完成電機(jī)的雙向控制和實(shí)現(xiàn)車窗防夾功能，達(dá)到了車窗電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)要求。電機(jī)控制原理如下：初始狀態(tài)中，glsl和gls2都同時(shí)置高電平或低電平，outl和out2一直保持高電平。當(dāng)u6中的柵極為低電平且u7的柵極為高電平時(shí)，直流電機(jī)正轉(zhuǎn)，車窗上升；反之，當(dāng)u6中的柵極為高電平且u7的柵極為低電平時(shí)，直流電機(jī)反轉(zhuǎn)，車窗下降，這樣就足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mc334

15、86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輸出電流再通過采樣電阻和限流電阻把電流轉(zhuǎn)化為電壓輸入到單片機(jī)的來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的雙向控制。其正常工作溫度范圍在400c到1500c，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)測輸入到單片機(jī)端口的電壓就等同于監(jiān)測車窗運(yùn)動(dòng)中電機(jī)的電流。車窗上升過程、下降過程、上升遇到阻力過程中經(jīng)過電機(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電流采樣實(shí)時(shí)地反映到單片機(jī)中。2.3 溫度傳感器模塊設(shè)計(jì) 圖2-2 icl7135典型電路icl7135是高精度4.5位cmos雙積分型a/d轉(zhuǎn)換器，提供

16、-20000+20000的計(jì)數(shù)分辨率。具有雙極性高阻抗差動(dòng)輸入、自動(dòng)調(diào)0、自動(dòng)極性、超量程判別和輸出為動(dòng)態(tài)掃描bcd碼等功能。icl7135對外提供6個(gè)輸入、輸出控制信號，因此除用于數(shù)字電壓表外，還能與異步接收器/發(fā)送器、微處理器或其他控制電路連接使用。icl7135一次a/d轉(zhuǎn)換周期分為4個(gè)階段：自動(dòng)調(diào)0、基準(zhǔn)點(diǎn)呀反積分和積分回。自動(dòng)調(diào)0階段，至少需要9800個(gè)市中周期。此階段外部模擬輸入通過電子開關(guān)將內(nèi)斷開，而模擬公共端介入內(nèi)部并對外接調(diào)0電容充電，以補(bǔ)償緩沖放大器、積分放大器、比較放大器的電壓偏移。(1)信號積分階段，需要10000個(gè)時(shí)鐘周期。調(diào)0電路斷開，外部差動(dòng)模擬信號介入進(jìn)積分，積

17、分器電容充電電壓正比于外部信號電壓和積分時(shí)間。此階段信號極性也被確定。(2)反向積分階段，最大需要20001個(gè)時(shí)鐘周期。即若能獲取該計(jì)數(shù)值即可求出輸入電壓，得到a/d結(jié)果。(3)0積分（放電）階段，一般持續(xù)100200個(gè)脈沖周期，使積分器電容放電。當(dāng)超量程時(shí)，放電時(shí)間增加到6200個(gè)脈沖周期以確保下次測量開始時(shí)，電容完全放電。在汽車電子系統(tǒng)中，經(jīng)過電模塊的電壓轉(zhuǎn)換，將12v的電壓5v電壓，時(shí)鐘頻率為120khz時(shí)，則每秒可以轉(zhuǎn)換3次，在本案中的溫度信號轉(zhuǎn)換的模塊如圖2-4所示。一般情況下，我們都是通過查詢icl7135的位選引腳而讀取bcd碼得方法并行采集icl7135的數(shù)據(jù)，該方法占有大量單

18、片機(jī)i/o資源，軟件上也耗費(fèi)較大。在本案中所采用的是利用busy引腳1線串行方式讀取icl7135的方法： 圖2-3 pt測溫電路的接口電路如圖2-3所示，在信號積分t1開始時(shí)，icl7135的busy信號先跳高并一直保持高電平，直到t2結(jié)束是才跳回低電平。在滿量程情況下，這個(gè)區(qū)域中的最多脈沖個(gè)數(shù)為30002個(gè)。參考電壓vref設(shè)計(jì)為1v，上式在使用時(shí)一般不除以10000，而是將輸入電壓vin的分辨率直接定義到0.1v。2.4 a/d轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)因?yàn)榇舜螠y量信號為溫度信號，不需要過高的采樣率，故采用了美國德州儀器公司生產(chǎn)的tlc2543芯片。tlc2543具有11個(gè)通道的12位開關(guān)電容逐次逼近

19、模數(shù)串行a/d轉(zhuǎn)換器，采樣率為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，它的線性誤差小，節(jié)省口線資源，成本較低，也使得它特別適用于此次車窗。圖2-4給出了tlc2543和picl8f25j10的連接電路。(1)25khz icl7135s時(shí)鐘的產(chǎn)生：為了簡化電路設(shè)計(jì)和產(chǎn)生精確的125khz方波，采用atmega16作為系統(tǒng)核心，并以外部8mhz晶振作為系統(tǒng)時(shí)鐘源，通過設(shè)定定時(shí)器t0使外部oc0產(chǎn)生125khz的pwm方波。(2)讀取busy高電平時(shí)，即積分期間的總計(jì)數(shù)次數(shù)。采用avr定時(shí)器t1的icp功能，將icp引腳連至busy引腳。通過記錄busy引腳的上升

20、下降沿時(shí)刻計(jì)算積分期間的總計(jì)數(shù)，當(dāng)定時(shí)器t1的技術(shù)頻率也選擇為125khz。身控制用傳感器主要用于提高汽車的安全性、可靠性和舒適性等。由于其工作條不象發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤那么惡劣，一般工業(yè)用傳感器稍加改進(jìn)就可以應(yīng)用。主要有用于自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)的溫度傳感器、濕度傳感器、風(fēng)量傳感器、日照傳感器等；用于安全系統(tǒng)中的加速度傳感器；用于門鎖控制中的車速傳感器；用于亮度自動(dòng)控制中的光傳感器；用于倒車控制中的超聲波傳感器或激光傳感器；用于保持車距的距離傳感器：用于消除駕駛員盲區(qū)的圖象傳感器等。針對汽車內(nèi)溫度變化大，電磁干擾嚴(yán)重等十分惡劣的環(huán)境，選用了溫度傳感器lm335a，其正常工作溫度在-400c n+loooc,具

21、有很高的工作精度和較寬的線性工作范圍，集成了傳感電路和信號調(diào)理電路，且器件輸出電壓與攝氏溫度成正比。因而從使用角度來說，lm335a與用開爾文標(biāo)準(zhǔn)的線性溫度傳感器相比更有優(yōu)越之處。溫度傳感器模塊電路由溫度傳感器lm335a及電位計(jì)組成。因需同時(shí)測得車內(nèi)外溫度，故需兩路溫度傳感器模塊，而為了測量的精確性和減少誤差，故車內(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：(1)采集溫度數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行濾波處理；(2)監(jiān)視溫度信號的變化情況，通過溫差算法實(shí)現(xiàn)車窗智能升降功能；(3)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化，將采集到的數(shù)據(jù)通過li tlc2543芯片的工作原理如下：上

22、電后，eoc為高，片選cs由高變低，fo口clock、dinput使能，douput脫離高阻狀態(tài)，12個(gè)時(shí)鐘信號從i/o口依次進(jìn)入，隨著時(shí)鐘信號的加入，控制字從dinput在時(shí)鐘信號的上升沿輸入，同時(shí)輸出上一周期的數(shù)據(jù)從douput輸出，前4個(gè)時(shí)鐘信號決定了通道號的選擇，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，分別測量車內(nèi)溫度、車外溫度和電機(jī)防夾過程產(chǎn)生的電流變化。溫度由lm335z采樣來的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號經(jīng)過tlc2543轉(zhuǎn)換

23、后，送入微控制器picl8f25j10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)，對輸入信號進(jìn)行有效性檢查，主要來保證所測量的溫度信號在正常的范圍內(nèi)。圖 2-4 a/d轉(zhuǎn)換模塊電路圖2.5 汽車車窗系統(tǒng)智能控制實(shí)現(xiàn)2.5.1 車窗系統(tǒng)防夾功能的實(shí)現(xiàn)隨著汽車的普及，汽車的安全性越來越受到人們的重視。在車窗系統(tǒng)中，汽車電動(dòng)窗具備防夾功能已是一種趨勢。當(dāng)車窗上升遇到障礙物時(shí)可以自動(dòng)后退到底，從而可以避免事故的發(fā)生。本文的車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，通過監(jiān)測車窗運(yùn)行中永磁直流電機(jī)的電流變化來實(shí)現(xiàn)防夾功能。圖2

24、-5 mc33486芯片在基礎(chǔ)車型的電動(dòng)車窗控制電路中，控制車窗電機(jī)采用的是開關(guān)和繼電器，比較容易發(fā)生粘連等問題。而在本系統(tǒng)中采用智能功率驅(qū)動(dòng)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(dòng)方向。升降器電機(jī)通過的電流的變化完全反映玻璃上升或下降過程中遇到的阻力變換情況，通過采樣玻璃升降器電機(jī)通過的電流，監(jiān)測電流就可以監(jiān)測玻璃升降過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)對電機(jī)的過流、過壓及過熱保護(hù)，而且通過監(jiān)測電流自動(dòng)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?？刂颇K可以實(shí)現(xiàn)的功能：（1）點(diǎn)按車門控制鍵(按鍵時(shí)間小于300 ms)，車窗自動(dòng)

25、上升到頂或下降到底，點(diǎn)按同一開關(guān)任意鍵，車窗停止上升或下降；（2）延時(shí)按控窗鍵(按鍵時(shí)間大于300 ms)，車窗上升或下降，上升或下降過程中釋放按鍵車窗即停；（3）車窗運(yùn)行到頂位或底位時(shí)自動(dòng)停止，車窗電機(jī)斷電；（4）車窗玻璃在自動(dòng)上升的過程中如果遇到一定的阻力會(huì)自動(dòng)停下來，下降一段距離，能有效地防止人或物品的意外夾傷。車窗防夾控制模塊主要部分是車窗電機(jī)，一般都采用內(nèi)置減速器的可逆性永磁直流電機(jī)，電機(jī)內(nèi)有磁場線圈，通過控制加在線圈上的電壓的方向就可以控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，達(dá)到實(shí)現(xiàn)車窗玻璃的上升和下降的目的。本文采用了智能功率驅(qū)動(dòng)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

26、制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。升降器電機(jī)通過的電流的變化完全反映玻璃上升或下降過程中遇到的阻力變換情況，通過采樣電機(jī)升降過程中通過的電流，監(jiān)測電流就可以。2.5.2 車速與溫差的車窗控制車速傳感器及車速表是提供車輛行駛速度信息的重要工具，這里不考慮零件的自然然磨損、磁性元件的磁性變化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到的信號經(jīng)處理得到的限定速度為vm積。傳統(tǒng)的汽車車窗控制系統(tǒng)，當(dāng)駕駛員在汽車行駛的過程中，在車速超過限定車速vm缸時(shí)，如果車內(nèi)外的溫度反差過大，會(huì)在行駛過程中產(chǎn)生過大的氣流而影響汽車的穩(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)有的車窗不能在

27、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。如果駕駛員在高速行駛時(shí)，此時(shí)按下車窗升降開關(guān)，車速傳感器將數(shù)據(jù)傳到微控制器上，檢測到行車速度超過限定車速vm缸，則在駕駛員高速駕駛的途中通過溫度傳感器測得車內(nèi)外溫度，并通過ad轉(zhuǎn)換電路將溫度數(shù)據(jù)傳到微控制器，通過新的車窗控制算法控制車窗電機(jī)實(shí)現(xiàn)車窗升降器的智能升降，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)車窗升降的快慢。在駕駛員行車速度超過限定車速vm雙時(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)外溫度反差較小時(shí)候?qū)崿F(xiàn)車窗的較快升降，在汽車駕駛過程中提高了駕駛員的舒適度，改善了駕駛員的駕駛環(huán)

28、境，最重要的是減少交通意外發(fā)生的可能性。在汽車行駛速度超過限定車速vm戕的情況下，為該車窗控制器提供的算法包括如下步驟：(1)通過溫度傳感器分別獲得一組車內(nèi)溫度x1，x2xn，一組車外溫度y1，y2yn；(2)對兩組數(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=lxmyml可得到車內(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，則車窗電機(jī)以原來a(0a1)倍的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。2.6 系統(tǒng)軟件抗干擾設(shè)計(jì)今年來，隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)在汽車電子控制系統(tǒng)、測控系統(tǒng)等得到了廣泛的廣泛應(yīng)用。但是，在測控系統(tǒng)中常常存在著電磁干擾、靜電干擾、放電和浪涌噪聲等多種形式的干擾。這些

29、干擾可能會(huì)造成系統(tǒng)的工作點(diǎn)漂移現(xiàn)象出現(xiàn)，引起測控信號在傳輸過程中擬合噪聲信號。為了使測控系統(tǒng)能夠長期可靠的運(yùn)行，經(jīng)常采用隔離、屏蔽、接地以及計(jì)算機(jī)浮空等抗干擾措施來減小干擾對違紀(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的嗓聲(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。本文針對后者提出了幾種有效的軟件抗干擾方法。常見的抗干擾技術(shù)有

30、：如指令冗余、軟件陷阱、軟件“看門狗”技術(shù)等。2.6.1 軟件“看門狗”設(shè)計(jì)看門狗技術(shù)是一種常用的抗干擾措施。與其他抗干擾技術(shù)相比它采用的是一種亡羊補(bǔ)牢的辦法，即只在其他抗干擾方法失效后采用的一種補(bǔ)救方法?？撮T狗的基本功能是這樣的：一旦發(fā)現(xiàn)cpu的運(yùn)行不正常，它就會(huì)發(fā)出復(fù)位信號，強(qiáng)制系統(tǒng)重啟。看門狗要實(shí)現(xiàn)對cpu的監(jiān)控，必須通過兩根信號線和cpu聯(lián)系。一根是由cpu發(fā)出的喂狗信號線，另一根是由看門狗發(fā)出的復(fù)位信號線。通過前者cpu將自身正常工作的狀態(tài)指示信號傳遞給看門狗，處在監(jiān)視狀態(tài)的看門狗若果能夠在移動(dòng)的時(shí)間內(nèi)收到有效的喂狗信號，就會(huì)確認(rèn)計(jì)算機(jī)工作正常，并繼續(xù)監(jiān)視而不發(fā)出控制動(dòng)作。例如：im

31、p706p和imp813l的有效喂狗信號是上升沿或下降沿；而另一種看門狗x25045的有效喂狗信號是有程序設(shè)定的高電平或低電平。一旦在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)看門狗得不到喂狗信號，就會(huì)判斷出cpu的運(yùn)行出現(xiàn)了問題，并通過復(fù)位信號線發(fā)出復(fù)位信號重啟cpu。若失控的程序進(jìn)入“死循環(huán)”，通常采用“看門狗”技術(shù)使程序脫離“死循環(huán)”。通過不斷檢測程序循環(huán)運(yùn)行時(shí)間，若發(fā)現(xiàn)程序循環(huán)時(shí)間超過設(shè)定的最大循環(huán)運(yùn)行時(shí)間，則認(rèn)為系統(tǒng)陷入“死循環(huán)”，需進(jìn)行出錯(cuò)處理使程序脫離“死循環(huán)”，這種技術(shù)稱為“看門狗”技術(shù)。此時(shí)強(qiáng)迫程序返回到復(fù)位入口地址0000h，在0000h處安排一段出錯(cuò)處理程序，使系統(tǒng)運(yùn)行納入正軌?！翱撮T狗”技術(shù)可由硬件

32、實(shí)現(xiàn)，也可由軟件實(shí)現(xiàn)。在工業(yè)應(yīng)用中，嚴(yán)重的干擾有時(shí)會(huì)破壞中斷方式控制字，關(guān)閉中斷。則系統(tǒng)無法定時(shí)“喂狗”，硬件看門狗電路失效。而軟件看門狗可有效地解決這類問題。本次車窗控制系統(tǒng)采用了軟件“看門狗”技術(shù)，這樣，當(dāng)程序跑飛的時(shí)候可以使程序回到正軌。本設(shè)計(jì)中軟件“看門狗”監(jiān)視原理是：在主程序m、車窗防央程序m1、溫差控制程序m2中各設(shè)一運(yùn)行觀測變量。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。在車窗防夾程序m1中通過檢測m2watch的變化情況判定溫差控制程序m2運(yùn)行

33、是否正常，在溫差控制程序m2中檢測主程序mwatch的變化情況判定主程序m是否正常運(yùn)行，在主程序m中通過檢測m1watch的變化情況判別車窗防夾程序m1是否正常工作。若檢測到某觀測變量變化不正常，比如應(yīng)當(dāng)加l而未加1，則轉(zhuǎn)到出錯(cuò)處理程序作排除故障處理。當(dāng)然，對主程序最大循環(huán)周期、車窗防夾程序m1、溫差控制程序m2定時(shí)周期應(yīng)予以全盤合理考慮。對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，因本文并未涉及，故未作討論。在實(shí)際應(yīng)用中通常都是幾種抗干擾方法并用，互相補(bǔ)充完善，才能取得較好的抗干擾效果。從根本上來說，硬件抗干擾是主動(dòng)的，而軟件是抗干擾是被動(dòng)的。細(xì)致周到地分析干擾源，硬

34、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)。第三章 軟件設(shè)計(jì)3.1 程序流程3.1.1 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。圖 3-1系統(tǒng)主程序流程圖3.1.2 lin主機(jī)程序流程圖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。圖 3-2 lin主機(jī)程序流程圖3.1.3 lin從機(jī)程序流程圖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。圖 3-3 lin從機(jī)程序流程圖3.1.4 a/d轉(zhuǎn)換程序流程圖a/d轉(zhuǎn)換程序流程圖，指明a/d轉(zhuǎn)換程序的結(jié)構(gòu)。圖 3-4 a/d轉(zhuǎn)換程序流程圖3.1.5 溫度控制模塊程序流程圖

35、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。圖 3-5溫度控制模塊程序流程圖第四章 軟硬件系統(tǒng)的調(diào)試在完成車窗控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)后，需要對車窗控制系統(tǒng)相關(guān)的功能進(jìn)行測試。車外的溫度傳感器安放在汽車前窗，車內(nèi)的溫度傳感器安放在車內(nèi)中控門鎖附近。行駛車速可以直接通過儀表盤車速傳感器得到。車內(nèi)外溫差一般控制在50c以內(nèi)，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，人體的體溫中樞就能靈活自如地進(jìn)行調(diào)節(jié)，如果溫差超過這個(gè)界限，身體就會(huì)出現(xiàn)不適癥狀。此時(shí)基于車速和溫差的車窗控制系統(tǒng)就起到了安全性作用。下面對車窗智能控制系統(tǒng)進(jìn)行了功能性測試。首先，按下車窗控制按鈕，四個(gè)車窗進(jìn)入使能狀態(tài)。以左前車窗為實(shí)驗(yàn)對象，

36、先啟動(dòng)300ms的延時(shí)程序，當(dāng)檢測到時(shí)間超過300ms時(shí)，置左車窗手動(dòng)上升或下降；當(dāng)檢測到時(shí)間沒有300ms時(shí)，啟動(dòng)左前車窗自動(dòng)升降程序，再通過車速傳感器監(jiān)測車速，當(dāng)超過限定車速vm觚(這里設(shè)定vmax=100kmh)時(shí)，啟動(dòng)溫差控制程序，此時(shí)通過車內(nèi)外溫度傳感分別測得車內(nèi)外溫度數(shù)據(jù)，計(jì)算出車內(nèi)外溫差，數(shù)據(jù)如表4-1所示：表 4-1 車內(nèi)外溫度數(shù)據(jù)車窗性能測試數(shù)據(jù)顯示了在供電電壓為98v，上升過程正常工作電流在065a左右，下降過程正常工作電流在o55a左右的直流電機(jī)工作情況。當(dāng)車速超過事先設(shè)定的限定車速100kmh時(shí)，上升過程中車內(nèi)外溫差在75。c(50c)時(shí)，采用基于車速和溫差的控制算法后

37、，車窗上升速度對比之前時(shí)提高了81，使得車內(nèi)外溫差較大時(shí)，車窗上升時(shí)能加快速度；下降過程中車內(nèi)外溫差在660c(50c)時(shí)，采用了基于車速和溫差的控制算法后，車窗下降速度對比之日，時(shí)降低了114，使得車窗能緩慢下降。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，采用基于車速和溫差的算法后，提高了駕駛員的安全性和舒適性。在左前車窗自動(dòng)上升過程中，如果有人的手、頭或其他障礙物擋住了車窗，通過車窗控制系統(tǒng)的防夾算法，智能判斷車窗是遇到障礙還是升到頂端，然后車窗電機(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過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文件的配置在開發(fā)lin

38、網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，盡管lin數(shù)據(jù)庫不是必須的，但是canoe軟件還是強(qiáng)烈推薦使用lin數(shù)據(jù)庫。使用lin配置語言時(shí)，通過ldf文件表示lin數(shù)據(jù)庫。canoe 70軟件自帶的工具vector lin file editor軟件可以用來編輯車窗系統(tǒng)所用到ldf文件。ldf描述了整個(gè)lin網(wǎng)絡(luò)，而且包含了監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)所需的所有信息。通過工具的用戶接口，這些信息足夠可以進(jìn)行有限的仿真(如果工具支持)控制(例如：選擇仿真節(jié)點(diǎn)，選擇進(jìn)度表)。lin工具的用戶接口沒有定義句法或語義，使工具供應(yīng)商可以開發(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lin網(wǎng)絡(luò)。但ldf文件不能訪問應(yīng)用程序的功能特征。4.2 lln節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)車窗系統(tǒng)工作性能的好壞取決于程序結(jié)構(gòu)的合理性，一個(gè)好的程序結(jié)構(gòu)有助于提高程序的運(yùn)行速度和功能的正常實(shí)現(xiàn)。本次車窗系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括兩個(gè)部分：車窗l(fā)in主機(jī)節(jié)點(diǎn)和車窗l(fā)in從機(jī)節(jié)點(diǎn)。參照車窗控制ldf文件，本文詳細(xì)說明了lin總線主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)的軟件編寫。首先，主節(jié)點(diǎn)完成微控制器的寄存器初始化和變量