采用CAN總線的轎車車窗智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理

1、采用CAN總線的轎車車窗智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理          現(xiàn)在各中高檔轎車都安裝有電動(dòng)車窗，按鈕    目前以微控制器為代表的汽車電子在整車電子系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，汽車控制正由機(jī)電控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)向以分布式網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的智能化系統(tǒng)。CAN總線是一種支持分布式和實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，以其高性能和高可靠性在自動(dòng)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。作為目前最具應(yīng)用潛力的現(xiàn)場(chǎng)總線之一，CAN總線技術(shù)為我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)升級(jí)、降低成本，擴(kuò)大市場(chǎng)占用率提供支持。 2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)21 CAN總線通信實(shí)現(xiàn)原理

2、0;     CAN總線屬于多路復(fù)用總線的一種，最早是由德國(guó)Bosch公司研制的主要用于汽車 22 車窗的智能控制      電動(dòng)車窗系統(tǒng)每個(gè)車門都有一個(gè)車窗玻璃升降機(jī)構(gòu)，與傳統(tǒng)的手搖機(jī)構(gòu)相似，只不過(guò)是采用直流永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)。電機(jī)尺寸非常小，可以安裝在車門里面，并且?guī)в幸惶诇p速機(jī)構(gòu)，用來(lái)增加輸出扭矩、減小輸出轉(zhuǎn)速。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向(即車窗的上下移動(dòng))通過(guò)改變輸入電壓的極性來(lái)實(shí)現(xiàn)，車窗升降速度取決于輸入電壓的大小。      系統(tǒng)使用一個(gè)小阻值

3、(約1)的       該系統(tǒng)設(shè)計(jì)除了在正常情況下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)防夾功能，還要求在突發(fā)事件(如歹徒搶劫或乘客遇險(xiǎn)逃生等)時(shí)司機(jī)能夠控制車窗的強(qiáng)制關(guān)閉或打開。系統(tǒng)對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)單元都有3個(gè)用于車窗控制的按鍵(K1、K2和K3)。其中Kl用于控制車窗的上升和下降，是一個(gè)2值信號(hào) 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)      系統(tǒng)左前節(jié)點(diǎn)單元除具有全局控制外，其余節(jié)點(diǎn)單元只負(fù)責(zé)控制本地車窗，硬件設(shè)計(jì)僅多一個(gè)按鍵K4，主要在于軟件設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制電路不僅支持節(jié)點(diǎn)單元間的CAN總線通信，還要檢測(cè)壓電傳感器和負(fù)載電流等  

4、60;    該系統(tǒng)采用片內(nèi)含有CAN控制器的P8xC591作為節(jié)點(diǎn)單元主控制器。P8xC591采用強(qiáng)大的80C51指令集；內(nèi)部集成有SJAl000 CAN控制器的PeliCAN功能；全靜態(tài)內(nèi)核提供了擴(kuò)展的節(jié)電方式：振蕩器停止和恢復(fù)而不丟失數(shù)據(jù)；改進(jìn)的1：l內(nèi)部時(shí)鐘分頻器在12 MHz外部時(shí)鐘頻率時(shí)實(shí)現(xiàn)500ns指令周期。      控制器P8xC2591讀取按鍵信息，驅(qū)動(dòng)車窗電機(jī)按預(yù)先編制的軟件指令運(yùn)行，同時(shí)監(jiān)測(cè)傳感器的輸出電壓和負(fù)載電流，作為車窗在上升(下降)過(guò)程中與障礙物夾持時(shí)的邏輯判斷，然后驅(qū)動(dòng)電

5、機(jī)。為了防止車窗玻璃上升到頂部或下降到底部時(shí)，電動(dòng)機(jī)受到?jīng)_擊堵轉(zhuǎn)而降低電動(dòng)車窗       各節(jié)點(diǎn)單元相關(guān)命令和狀態(tài)通過(guò)CAN控制器以報(bào)文格式由CAN總線完成與其他節(jié)點(diǎn)單元信息間的傳輸和共享。系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)單元硬件設(shè)計(jì)框圖如圖3所示。       電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用汽車電子專用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器MC33486。該器件帶有兩個(gè)雙高端開關(guān)和兩個(gè)預(yù)驅(qū)動(dòng)低端開關(guān)，其低端開關(guān)可外接兩個(gè)MOSFET管，可連續(xù)輸出10 A的電流。同時(shí)能夠采集電機(jī)電流，利用它反饋給 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)  

6、0;   系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)目主要包括CAN控制器初始化、節(jié)點(diǎn)發(fā)送接收?qǐng)?bào)文和主控程序3個(gè)模塊。41 CAN控制器初始化      CAN控制器上電或硬件復(fù)位后必須初始化，包括操作模式、驗(yàn)收濾波器、總線位定時(shí)、中斷和配置TXDC輸出引腳。42 節(jié)點(diǎn)發(fā)送接收?qǐng)?bào)文      報(bào)文的發(fā)送由CAN控制器遵循CAN協(xié)議規(guī)范自動(dòng)完成。首先CPU必須將待發(fā)送的數(shù)據(jù)按特定格式組合成一幀報(bào)文，進(jìn)入CAN控制發(fā)送緩沖器中，并置位命令寄存器中的發(fā)送請(qǐng)求標(biāo)志，發(fā)送處理可通過(guò)中斷請(qǐng)求或查詢

7、狀態(tài)標(biāo)志進(jìn)行控制。其發(fā)送程序分發(fā)送遠(yuǎn)程幀和數(shù)據(jù)幀兩種，遠(yuǎn)程幀無(wú)數(shù)據(jù)場(chǎng)。      報(bào)文的接收程序負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)報(bào)文的接收以及總線關(guān)閉、錯(cuò)誤報(bào)警、接收溢出等其他情況處理。報(bào)文的收發(fā)主要有中斷接收方式和查詢接收方式。軟件設(shè)計(jì)采用報(bào)文接收的查詢中斷控制方式和報(bào)文發(fā)送的中斷控制方式。報(bào)文的發(fā)送接收程序流程如圖4所示。43 主控程序      在各車窗節(jié)點(diǎn)單元中，左前節(jié)點(diǎn)單元功能最復(fù)雜，具有最高控制優(yōu)先權(quán)。這里以左前節(jié)點(diǎn)單元為例，詳細(xì)介紹其主控程序設(shè)計(jì)。首先初始化系統(tǒng)，包括P8xC591控制器的CAN模塊初始化、中斷、I

8、0端口、定時(shí)模塊、看門狗模塊、AD轉(zhuǎn)換器模塊和設(shè)置全局變量，還要將電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)的最大電流和車窗到頂(底)時(shí)傳感器的電壓閾值寫入EPROM。P8xC591將實(shí)測(cè)電流與EPROM中的標(biāo)定值比較，實(shí)現(xiàn)防夾功能，比較電壓閾值與測(cè)得的傳感器電路電壓值判斷車窗到達(dá)極限位置。初始化完成后，讀取組合按鍵信息，根據(jù)按鍵動(dòng)作實(shí)施具體操作，同時(shí)發(fā)送CAN報(bào)文，完成各節(jié)點(diǎn)單元間的CAN通信和智能化控制。圖5為左前節(jié)點(diǎn)單元主控程序流程。5 系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)和功能      電動(dòng)車窗控制系統(tǒng)除了具有車窗自動(dòng)上升、下降和手動(dòng)暫停、恢復(fù)功能外，還有以下功能： 

9、0;    (1)防夾功能 初始化后，手動(dòng)和自動(dòng)上升時(shí)都具有防夾功能，防夾次數(shù)不受限制；從車窗上極限下沿40mm往下，車窗上極限上沿40 mm往上的區(qū)間為防夾區(qū)間：在室溫(22±5)、80 m的線間電阻、15 V的工作電壓，以10 Nmm的測(cè)量?jī)x測(cè)量時(shí)，玻璃上升的防夾力小于100 N。      (2)省電模式 在輸入信號(hào)消失120 ms后。且電動(dòng)機(jī)溫度接近室溫25時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入省電模式靜態(tài)電流小于300A。當(dāng)電動(dòng)機(jī)控制單元一旦得到輸入指令就被喚醒。   

10、0;  (3)軟停止功能 上升軟停止點(diǎn)為上極限位置約2 mm處，下降軟停止點(diǎn)為下極限位置上約12 mm處。      (4)電動(dòng)機(jī)保護(hù)功能對(duì)電動(dòng)機(jī)采取保護(hù)措施，提高電動(dòng)機(jī)和電動(dòng)車窗系統(tǒng)的使用壽命。在電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)的250 ms內(nèi)，控制單元切斷電動(dòng)機(jī)電源，電動(dòng)機(jī)停止工作。在控制單元接通電源后，如果沒(méi)有初始化，則電動(dòng)機(jī)的初始溫度定為80；如果初始化，則電動(dòng)機(jī)初始溫度定為160C。正常情況下，如果電動(dòng)機(jī)溫度達(dá)到170，則輸入的指令無(wú)效，一旦電動(dòng)機(jī)溫度降低后就恢復(fù)功能；如果電動(dòng)機(jī)溫度到190，則立即停止電動(dòng)機(jī)的工作，一旦電動(dòng)機(jī)溫度降低后就恢復(fù)功能

11、。      (5)自診斷保護(hù)功能 為保證系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)提高系統(tǒng)的平均無(wú)故障時(shí)間，采用自診斷保護(hù)措施：如果電源電壓超過(guò)16 V±05 V，關(guān)閉自動(dòng)上升功能。      (6)系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)技術(shù)軟件抗干擾以其設(shè)計(jì)靈活、節(jié)省硬件資源、成本低等優(yōu)勢(shì)得到廣泛應(yīng)用。該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)嵌入看門狗，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。6 結(jié)語(yǔ)      設(shè)計(jì)了基于CAN總線的轎車車窗智能控制系統(tǒng)，節(jié)點(diǎn)單元以P8xC591單片機(jī)為核心，將車窗電機(jī)和電子控制元件接入系統(tǒng)。采用CAN總線傳輸、共享和查詢數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)分布式控制。與傳統(tǒng)汽車電器手動(dòng)操作和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式互聯(lián)方式相比采用CAN總線技術(shù)，布線明顯減少，車身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)