電子工藝與綜合設(shè)計(jì)課程報(bào)告.

1、電子工藝與綜合設(shè)計(jì)電子工藝與綜合設(shè)計(jì)課程報(bào)告課程報(bào)告課題名稱12V 汽車車窗直流電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)系 部電氣與信息工程學(xué)院專 業(yè)電子信息工程系（汽車電子）班 級(jí)T1223-12學(xué) 號(hào)20120231202姓 名徐祥銳指導(dǎo)教師黃海波2 0 1 5 年 12 月 5 日 目 錄摘 要.1一、汽車車窗電機(jī)工作原理分析.21.1、汽車車窗電機(jī)參數(shù).21.2、汽車車窗電機(jī)工作原理.3二、汽車車窗電機(jī)控制器方案.42.1、汽車車窗電機(jī)參數(shù)分析.42.2、汽車車窗電機(jī)控制方法分析.42.3、汽車車窗電機(jī)硬件方案.5三、汽車車窗電機(jī)控制器硬件設(shè)計(jì).53.1 單片機(jī)控制模塊設(shè)計(jì).53.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì).63.

2、3 硬件仿真.7四、汽車車窗電機(jī)控制器軟件設(shè)計(jì).74.1 程序流程圖.74.2 程序列表.8參考文獻(xiàn).101摘 要本課題的主要內(nèi)容是設(shè)計(jì) 12V 直流汽車電機(jī)控制器，通過(guò)對(duì)其他汽車電機(jī)控制器的分析，采用 STC89C52RC 單片機(jī)作為核心控制器，L298 芯片為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò) 12V 直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、停止功能，模擬車窗的升降以及車輛停車熄火時(shí)車窗自動(dòng)關(guān)閉控制功能。采用單片機(jī)作控制核心不僅價(jià)格低廉而且性能穩(wěn)定，電路簡(jiǎn)單。在汽車電子技術(shù)的飛速發(fā)展中，人們對(duì)汽車的安全性和舒適性的要求也在不斷提高。車窗系統(tǒng)是汽車車身重要的組成部分，多數(shù)購(gòu)車者都將電動(dòng)車窗視為必備的舒適功能，它能使人們更好地駕駛和保

3、護(hù)汽車，因此汽車廠商都將其作為一種基本功能。當(dāng)前車窗系統(tǒng)正沿著模塊化、智能化、人性化的方向發(fā)展。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；直流電機(jī)；車窗升降。2一、汽車車窗電機(jī)工作原理分析一、汽車車窗電機(jī)工作原理分析1.1、汽車車窗電機(jī)參數(shù)額定工作電壓：12V額定負(fù)載：3 N.m空載電流：2.5A空載轉(zhuǎn)速：9010rpm額定電流：8A額定轉(zhuǎn)速：6515rpm堵轉(zhuǎn)電流：25A堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩：8.0 N.m噪 音： 55db31.2、汽車車窗電機(jī)工作原理直流電動(dòng)機(jī)的原理模型如下圖所示，電刷 A、B 接上直流電源，于是在線圈 abcd 中有電流通過(guò)，電流方向如圖所示，根據(jù)電磁力定律可知，導(dǎo)體受力的方向用左手定則確定。這一對(duì)電

4、磁力形成了作用于電樞一個(gè)力矩，這個(gè)力矩在旋轉(zhuǎn)電機(jī)里稱為電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時(shí)針?lè)较?，企圖使電樞逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。如果此電磁轉(zhuǎn)矩能夠克服電樞上的阻轉(zhuǎn)矩（例如由摩擦引起的阻轉(zhuǎn)矩以及其它負(fù)載轉(zhuǎn)矩） ，電樞就能按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)起來(lái)。當(dāng)電樞轉(zhuǎn)了 180后，導(dǎo)體 cd 轉(zhuǎn)到 N 極下，導(dǎo)體 ab 轉(zhuǎn)到 S 極下時(shí)，由于直流電源供給的電流方向不變，仍從電刷 A 流入，經(jīng)導(dǎo)體cd 、ab 后，從電刷 B 流出。這時(shí)導(dǎo)體 cd 受力方向變?yōu)閺挠蚁蜃?，?dǎo)體 ab 受力方向是從左向右，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向仍為逆時(shí)針?lè)较颉?因此，電樞一經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于換向器配合電刷對(duì)電流的換向作用，直流電流交替地由導(dǎo)體 ab 和 cd

5、 流入，使線圈邊只要處于 N 極下，其中通過(guò)電流的方向總是由電刷 A 流入的方向，而在 S 極下時(shí)，總是從電刷 B 流出的方向。這就保證了每個(gè)極下線圈邊中的電流始終是一個(gè)方向，從而形成一種方向不變的轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)能連續(xù)地旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。4二、汽車車窗電機(jī)控制器方案二、汽車車窗電機(jī)控制器方案由于電動(dòng)車窗是由 12V 直流電機(jī)控制的，想要控制電動(dòng)車窗，只要控制了 12V 直流電機(jī)就可以了。實(shí)際應(yīng)用中，汽車的電動(dòng)車窗有上升，下降，停止 3 種基本的功能，我們?cè)O(shè)計(jì)的 12V 直流汽車電機(jī)控制器可以通過(guò)控制直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車車窗的上升、下降功能。因?yàn)榭紤]到實(shí)際的電動(dòng)車窗可以

6、隨時(shí)上升、下降和停止，在設(shè)計(jì)時(shí)我用按鍵模擬實(shí)際汽車上的車窗按鍵，來(lái)完成對(duì)電機(jī)的上升、下降控制。2.1、汽車車窗電機(jī)參數(shù)分析這次設(shè)計(jì)選用的是 12V 直流電機(jī)，它的工作電壓是 12V，額定負(fù)載為 3N.m，額定電流小于8A，額定的轉(zhuǎn)速為 6510 rpm，電機(jī)空載的電流要小于 2.5A，空載的轉(zhuǎn)速為 9010 rpm。當(dāng)車窗遇到阻力時(shí)，電機(jī)在一定條件下會(huì)反轉(zhuǎn)，防止夾傷，電機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流小于 25A，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大于8N.m。電機(jī)工作時(shí)噪音小于 55 db。2.2、汽車車窗電機(jī)控制方法分析直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以PWM 來(lái)控制，PWM 是通過(guò)控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，從而改變負(fù)載兩端的電壓，進(jìn)而達(dá)到控制

7、要求的一種電壓調(diào)整方法。在 PWM 驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個(gè)固定的頻率來(lái)接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開”時(shí)間的長(zhǎng)短。通過(guò)改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來(lái)改變平均電壓的大小，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 (1)PWM 簡(jiǎn)介PWM（脈沖寬度調(diào)制）是按一個(gè)固定的頻率來(lái)接通和斷開電源，并且根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開”時(shí)間的長(zhǎng)短。通過(guò)改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來(lái)達(dá)到改變平均電壓大小的目的，從而來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。也正因?yàn)槿绱?，PWM 又被稱為“開關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”。（2）PWM 占空比如下圖，設(shè)電機(jī)始終接通電源時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為 Vmax，設(shè)占空比 D= t1

8、/ T，則電機(jī)的平均速度為 Va = Vmax * D，其中 Va 指的是電機(jī)的平均速度。由上面的公式可見，當(dāng)我們改變占空 D=t1/T 時(shí)，就可以得到不同的電機(jī)平均速度 Va,從而達(dá)到調(diào)速的目的52.3、汽車車窗電機(jī)硬件方案 本次汽車車窗直流電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的，采用 STC89C52RC 單片機(jī)作為核心控制單元，由單片機(jī)發(fā)出信號(hào)控制 L298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，對(duì) 12V 直流電機(jī)進(jìn)行控制，同時(shí)，采用一些按鍵模擬汽車上的車窗上升、下降按鍵。設(shè)計(jì)方案主要包括了三個(gè)模塊：按鍵模塊，單片機(jī)控制模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。各個(gè)模塊之間關(guān)系如下圖所示：三、汽車車窗電機(jī)控制器硬件設(shè)計(jì)三、汽車車窗電

9、機(jī)控制器硬件設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)控制模塊采用 STC89C52RC 單片機(jī)作為核心控制單元， STC89C52RC 單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)，12 時(shí)鐘/機(jī)器周期和6 時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇。 主要特性如下： 1. 增強(qiáng)型 8051 單片機(jī)，6 時(shí)鐘/機(jī)器周期和 12 時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051. 單片機(jī)控制模塊STC89C52RC按鍵模塊電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊直流電機(jī)62. 工作電壓：5.5V3.3V 3. 工作頻率范圍：040MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 080MHz，實(shí)際工

10、作頻率可達(dá) 48MHz 4. 用戶應(yīng)用程序空間為 8K 字節(jié) 5 片上集成 512 字節(jié) RAM 6. 通用 I/O 口（32 個(gè)） ，復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻。 7. ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程） ，無(wú)需專用編程器，無(wú)需專用仿真器，可通過(guò)串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片 8. 具有 EEPROM 功能 9. 具有看門狗功能 10. 共 3 個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器 T0、T1、T2 11. 外部中斷

11、 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒 12. 通用異步串行口（UART） ，還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART 13. 工作溫度范圍：-40+85（工業(yè)級(jí)）/075（商業(yè)級(jí)） 14. PDIP 封裝3.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)模塊選擇的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片是 L298N,L298N 是 ST 公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片采用 15 腳封裝。主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá) 46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá) 3A，持續(xù)工作電流為 2A；額定功率 25W。內(nèi)含兩個(gè) H 橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)直

12、流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測(cè)電阻，將變化量反饋給控制電路。使用 L298N 芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該芯片可以驅(qū)動(dòng)一臺(tái)兩相步進(jìn)電機(jī)或四相步進(jìn)電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)。它的工作電壓控制信號(hào)直流 5V，電機(jī)電壓直流 3V46V（建議使用 36 伏以下） 。L298 的引腳 9 為 LOGIC SUPPLY VOLTAGE Vss，即邏輯供應(yīng)電壓。引腳 4 為 SUPPLY VOLTAGE Vs，即驅(qū)動(dòng)部分輸入電壓。Vss 電壓要求輸

13、入最小電壓為 4.5V，最大可達(dá) 36V；Vs 電壓最大值也是 36V，但經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，Vs 電壓應(yīng)該比 Vss 電壓高，否則有時(shí)會(huì)出現(xiàn)失控現(xiàn)象。 它的引腳 2，3，13，14 為 L298N 芯片輸入到電動(dòng)機(jī)的輸出端，其中引腳 2 和 3 能控制兩相電機(jī)，對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)，即可控制一個(gè)電動(dòng)機(jī)。同理，引腳 13 和 14 也可控制一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)。引腳 6 和 11 腳為電動(dòng)機(jī)的使能接線腳。引腳 5，7，10，12 為單片機(jī)輸入到 L298N 芯片的輸入引腳。下表是其使能、輸入引腳和輸出引腳的邏輯關(guān)系： 控制使能引腳 ENA 或者 ENB 就可以實(shí)現(xiàn) PWM 脈寬速度調(diào)整。 73.3硬件仿真四、汽車車

14、窗電機(jī)控制器軟件設(shè)計(jì)四、汽車車窗電機(jī)控制器軟件設(shè)計(jì)4.1程序流程圖 是否是否 是否 是否 是否開始正轉(zhuǎn)？反轉(zhuǎn)？加速？減速？停止？驅(qū)動(dòng)輸出邏輯 10驅(qū)動(dòng)輸出邏輯 01PWM 占空比增加PWM 占空比減少驅(qū)動(dòng)輸出邏輯 00電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)84.2程序列表#include #include/-定義使用的 IO 口-/sbit MA=P22; /驅(qū)動(dòng)輸入 A 端sbit MB=P23; /驅(qū)動(dòng)輸入 B 端sbit PWM=P26; /PWM 調(diào)制sbit UP=P10; /上升sbit DOWN=P11; /下降sbit FAST=P12; /加速sbit SLOW=P13; /減速sbit STOP=P14

15、; /急停/-定義一個(gè)全局變量-/unsigned char flag;/*延時(shí)子程序*/void delay(unsigned int z)unsigned int x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=114;y0;y-);/*按鍵檢測(cè)處理子程序*/void key()if(UP=0)delay(10);/消抖if(UP=0)PWM=1;MA=1; MB=0; while(UP=0);/等待按鍵松開if(DOWN=0)9delay(5);/消抖if(DOWN=0) PWM=1;MA=0; MB=1; while(DOWN=0);/等待按鍵松開if(FAST=0)delay(5);

16、/消抖if(FAST=0)flag+; while(FAST=0);/等待按鍵松開if(SLOW=0)delay(5);/消抖if(SLOW=0)flag-; while(SLOW=0);/等待按鍵松開if(STOP=0)delay(5);/消抖if(STOP=0)MA=0; MB=0; while(STOP=0);/等待按鍵松開/*設(shè)置定時(shí)器*/void Time1Config()TMOD|= 0 x10; /設(shè)置定時(shí)計(jì)數(shù)器工作方式 1 為定時(shí)器10/-定時(shí)器賦初始值，12MHZ 下定時(shí) 0.5ms-/ TH1 = 0 xFE; TL1 = 0 x0C;ET1 = 1; /開啟定時(shí)器 1 中斷EA = 1;TR1 = 1; /開啟定時(shí)器void Time1(void) interrupt 3 /定時(shí)器 1 的中斷號(hào)為 3TH1 = 0 xFE; /重新賦初值