汽車(chē)車(chē)窗控制系統(tǒng).doc

汽車(chē)車(chē)窗防夾系統(tǒng)摘要汽車(chē)日益普及，汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越多的體現(xiàn)在汽車(chē)電子領(lǐng)域,傳統(tǒng)的汽車(chē)電子技術(shù)僅限于對(duì)汽車(chē)中某些機(jī)械零部件進(jìn)行電子控制,控制較為簡(jiǎn)單,設(shè)備比較龐大,技術(shù)較為落后;如今利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和控制技術(shù)對(duì)汽車(chē)的各種性能進(jìn)行優(yōu)化控制。在汽車(chē)中增加電子設(shè)備的數(shù)目可以更好的控制傳感器，從而增強(qiáng)汽車(chē)的舒適性和安全性。因此大部分的中等或高級(jí)汽車(chē)都已系統(tǒng)性的裝備電動(dòng)車(chē)窗或車(chē)門(mén)系統(tǒng)。這些設(shè)備中的絕大多數(shù)是全自動(dòng)的，這樣的電動(dòng)車(chē)窗或車(chē)門(mén)設(shè)備潛藏著卡死，擠壓以及可能傷人的危險(xiǎn)。它們必須能夠反向移動(dòng)以防止馬達(dá)所施加的力超出正常限制。這種特性意味著必須持續(xù)監(jiān)視電流的大小和玻璃的位置。車(chē)窗作為汽車(chē)安全的一個(gè)重要部分，隨著單片機(jī)和模擬技術(shù)的不斷發(fā)展，采用單片機(jī)控制來(lái)進(jìn)行控制車(chē)窗的升降，防夾已經(jīng)成為如今的趨勢(shì)，并且投入到現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用當(dāng)中。主要是通過(guò)單片機(jī)對(duì)車(chē)窗電流大小的不停的檢測(cè)，將其大小與車(chē)窗電機(jī)電流的特性進(jìn)行比較，進(jìn)而判斷出車(chē)窗所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而更精確的控制車(chē)窗的升降，使控制更方便更安全。針對(duì)電動(dòng)車(chē)窗防夾系統(tǒng)的功能需求,給出了電動(dòng)車(chē)窗防夾系統(tǒng)的物理模型,并建立了電動(dòng)車(chē)窗防夾控制系統(tǒng)的二階控制模型,提出了簡(jiǎn)易的控制系統(tǒng)估計(jì)器;設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于L IN總線(xiàn)的電動(dòng)車(chē)窗防夾系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,針對(duì)相應(yīng)結(jié)構(gòu)的車(chē)窗,該算法具有較高的自適應(yīng)性,并具備穩(wěn)定性好、可行性高、成本低等特點(diǎn)。 Abstract Car increasing popularity, car technology development more and more reflected in the car electronics field, the traditional automobile electronic technology limited to cars in some mechanical parts for electronic control, control is simple, and relatively large equipment, technology is comparatively backward; Now the computer technology, network communication technology and control technology of all kinds of car performance is optimized control. In the car increase the number of electronic equipment can better control of sensor, thus improving car comfort and safety. So most of the medium or senior motors have systemic equipment electric Windows or the door system. The vast majority of these devices is fully automatic, such electric Windows or doors equipment lurk jammed, extrusion and may hurt danger. They must be able to reverse move in order to prevent the motor force applied beyond normal limits. This characteristic means must continue to monitor the size of the current and the position of the glass. Window as auto safety is an important part of, with single-chip microcomputer and simulation technology unceasing development, USES the monolithic control to control the Windows up and down, the clip has become the trend now and put in to the application of reality. Mainly through the car window with the chip the size of the current on the test, the window size and the characteristics of the electric current of comparison, and then judge out the window in the motion state, and thus more precise control of the rise and fall of window, make control more convenient and safe.In view of the function requirements of powerwindow anti2p inch system, a physicsmodel and asecond2order controlmodel for the system are set up with a corresponding parameters estimator p roposed. Then, apowerwindow anti2p inch system based on L IN bus is designed and imp lemented. The test results show that the p ro2posed system has high adap tability, stability and feasibility with low cost.Keywords: power window; anti2pinch system; f ilter ing a lgor ithm關(guān)鍵詞：電動(dòng)車(chē)窗,防夾系統(tǒng),濾波算法II目錄摘要I第1章 緒論11.1 車(chē)窗電流檢測(cè)及控制的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.2 汽車(chē)防夾的算法介紹11.3 論文研究的內(nèi)容和意義2第2章 汽車(chē)車(chē)窗簡(jiǎn)介32.1 汽車(chē)電動(dòng)車(chē)窗的組成與類(lèi)型32.1.1 電動(dòng)車(chē)窗的組成3第3章 汽車(chē)電動(dòng)車(chē)窗的組成與類(lèi)型53.1 系統(tǒng)的總體框圖53.2 系統(tǒng)的各部分硬件結(jié)構(gòu)6第4章 軟件設(shè)計(jì)154.1 軟件流程圖15第5章 車(chē)窗控制軟硬件的調(diào)試185.1 硬件的檢測(cè)185.2車(chē)窗防夾驗(yàn)證與結(jié)果195.2 軟件功能的檢測(cè)21結(jié)論22第6章 參 考 文 獻(xiàn)23致謝24第7章 軟件程序25第1章 緒論1.1 車(chē)窗電流檢測(cè)及控制的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀車(chē)窗系統(tǒng)是汽車(chē)車(chē)身重要的組成部分，它能使人們更好地介紹和保護(hù)汽車(chē)。如今車(chē)窗功能已經(jīng)成為汽車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)功能之一，是影響購(gòu)車(chē)者決定的重要因素之一，多數(shù)購(gòu)車(chē)者都將車(chē)窗視為必備的舒適功能，因此汽車(chē)廠(chǎng)商都將其視為基礎(chǔ)的功能之一。迄今為止，亞太地區(qū)尤其是中國(guó)車(chē)窗控制系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始了快速的發(fā)展?，F(xiàn)代汽車(chē)技術(shù)是人類(lèi)科技和文明發(fā)展的一個(gè)縮影，包括車(chē)窗升降的防夾控制技術(shù)在內(nèi)，汽車(chē)電子技術(shù)取得令人矚目的發(fā)展，在國(guó)外普遍采用霍爾傳感器來(lái)進(jìn)行防夾控制，由于國(guó)內(nèi)起步較晚，因此國(guó)內(nèi)相關(guān)研究與國(guó)外差距較大，許多技術(shù)空白有待填補(bǔ)，然而我國(guó)現(xiàn)在正在研究的一種無(wú)霍爾傳感器的自適應(yīng)防夾系統(tǒng)，若研制成功將開(kāi)創(chuàng)國(guó)際上在汽車(chē)車(chē)窗防夾部分的先河。由于汽車(chē)的普及，人們生活的提高，車(chē)窗的人性化設(shè)置成為人們選汽車(chē)的一個(gè)著重考慮因素，因此防夾技術(shù)擁有廣闊的發(fā)展前景。1.2 汽車(chē)防夾的算法介紹所謂防夾，就是指在電動(dòng)車(chē)窗上升過(guò)程中夾住物體并達(dá)到一定力度后，讓電動(dòng)車(chē)窗自動(dòng)停止并反向回落一定的高度，用以防止物體(尤其是人體)被夾傷。車(chē)窗的升降過(guò)程中，只有車(chē)窗上升階段需要進(jìn)行防夾控制，所定義的防夾區(qū)為從離電動(dòng)車(chē)窗玻璃無(wú)障礙上升運(yùn)動(dòng)的最大位置(頂端)4200 mm的區(qū)域。只有在防夾區(qū)域才啟動(dòng)防夾功能。所以首先我們應(yīng)先確定車(chē)窗玻璃的位置是否到達(dá)了防夾區(qū)域。這里介紹采用霍爾傳感器來(lái)判斷的算法。車(chē)窗的升降是靠電機(jī)旋轉(zhuǎn)來(lái)完成的，因此，車(chē)窗的移動(dòng)位置是和電機(jī)轉(zhuǎn)的圈數(shù)成正比的，電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈會(huì)使霍爾傳感器發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)送入計(jì)數(shù)器累加，每次當(dāng)車(chē)窗降到底部時(shí)要將計(jì)數(shù)器清零，我們先將車(chē)窗從底部升到頂部，如此反復(fù)五次，求出車(chē)窗從底部上升至頂部霍爾傳感器發(fā)出的脈沖數(shù)的平均值，進(jìn)一步確定在距離上的防夾區(qū)域所對(duì)應(yīng)的霍爾傳感器的脈沖數(shù)的范圍放入寄存器出起來(lái)以便比較判斷，當(dāng)有升降按鍵被按下，先判斷出被按下的是否是上升的按鍵，如果是上升，則查詢(xún)計(jì)數(shù)器中記錄的脈沖數(shù)，取出寄存器中防夾區(qū)的脈沖數(shù)進(jìn)行比較，這樣就確定出了車(chē)窗的位置。我們應(yīng)該設(shè)定一個(gè)電流的閥值，用來(lái)判斷車(chē)窗在上升的過(guò)程中是否遇到了障礙物，因?yàn)楫?dāng)上升的車(chē)窗遇到障礙物時(shí)，由于阻力的作用，會(huì)使車(chē)窗電機(jī)電流相應(yīng)的增大，從而方便了我們進(jìn)行判斷，這種剛開(kāi)始啟動(dòng)的狀態(tài)下，還應(yīng)該要注意到一個(gè)問(wèn)題，那就是車(chē)窗電機(jī)在啟動(dòng)的那一瞬間電流也是很大的，可達(dá)到平時(shí)正常運(yùn)行狀態(tài)下的6倍，因此很可能會(huì)因此而引起誤判斷，認(rèn)為此時(shí)的車(chē)窗遇到了障礙物從而引起芯片產(chǎn)生錯(cuò)誤的指令使車(chē)窗誤動(dòng)作，為解決這一問(wèn)題，需要在按鍵被按下后電機(jī)啟動(dòng)后再延時(shí)一段時(shí)間，使啟動(dòng)電流得以平復(fù)。1.3 論文研究的內(nèi)容和意義本論文主要內(nèi)容是檢測(cè)車(chē)窗電機(jī)電流的大小，由此判斷出車(chē)窗目前的運(yùn)行狀態(tài)，從而對(duì)車(chē)窗進(jìn)行控制。第一個(gè)技術(shù)指標(biāo)為需要有過(guò)流響應(yīng)，當(dāng)車(chē)窗到底或者到頂時(shí)電機(jī)此時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)相當(dāng)于堵轉(zhuǎn)，電流會(huì)增大，主控芯片要能檢測(cè)出來(lái)并對(duì)電流大小進(jìn)行判斷，從而是電機(jī)停止運(yùn)行。第二個(gè)技術(shù)指標(biāo)為要有防夾的功能，當(dāng)車(chē)窗在上升的過(guò)程中在升至一定的高度范圍遇到障礙物（尤其是人的手指）則可能會(huì)將其夾傷，為此，人性化的考慮，則應(yīng)該在車(chē)窗碰到障礙物時(shí)電流變大的瞬間就能發(fā)現(xiàn)并經(jīng)過(guò)比較判斷時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)一定的高度再停下。 此項(xiàng)研究符合生活實(shí)際意義，順應(yīng)汽車(chē)的發(fā)展和消費(fèi)的需求，對(duì)車(chē)窗電流的檢測(cè)要求也越來(lái)越高，實(shí)時(shí)性很重要，同時(shí)由電流大小所判斷完成的功能也越來(lái)越多，在原來(lái)只控制啟停的基礎(chǔ)上加上了防夾等功能，所以電流檢測(cè)值得加以研究。第2章 汽車(chē)車(chē)窗簡(jiǎn)介2.1 汽車(chē)電動(dòng)車(chē)窗的組成與類(lèi)型所謂電動(dòng)車(chē)窗，一般是指其玻璃升降器能自動(dòng)升、降門(mén)窗玻璃，即使在行車(chē)過(guò)程中也能方便地開(kāi)、關(guān)門(mén)窗。所以電動(dòng)車(chē)窗又叫自動(dòng)車(chē)窗，過(guò)去僅裝在高級(jí)轎車(chē)上，而在現(xiàn)代轎車(chē)上己被普遍采用。電動(dòng)車(chē)窗系統(tǒng)是通過(guò)開(kāi)關(guān)操作開(kāi)閉車(chē)窗的系統(tǒng)，當(dāng)電動(dòng)車(chē)窗開(kāi)關(guān)操作時(shí)，電動(dòng)車(chē)窗電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，車(chē)窗開(kāi)閉調(diào)節(jié)器（圖2 一 l ）把電動(dòng)車(chē)窗電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成上下運(yùn)動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉車(chē)窗。圖2 一 1 電動(dòng)門(mén)窗2.1.1 電動(dòng)車(chē)窗的組成汽車(chē)電動(dòng)車(chē)窗主要由升降控制開(kāi)關(guān)、電動(dòng)機(jī)、升降機(jī)構(gòu)和繼電器等組成，它是利用開(kāi)關(guān)控制電動(dòng)機(jī)的電流方向，實(shí)現(xiàn)車(chē)窗的升（關(guān)）降（開(kāi)）。車(chē)窗電動(dòng)機(jī)都是雙向的，分永磁式和雙繞組串勵(lì)式兩類(lèi)。永磁式直流電動(dòng)機(jī)是通過(guò)改變輸入電樞繞組的電流方向使電動(dòng)機(jī)以不同的方向旋轉(zhuǎn)。雙繞組串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)有兩個(gè)繞向相反的磁場(chǎng)繞組，一個(gè)稱(chēng)為上升繞組，另一個(gè)稱(chēng)為下降繞組，通電后產(chǎn)生相反方向的磁場(chǎng)，即可改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。一般使用雙向永磁繞線(xiàn)（雙繞組串聯(lián)）式電動(dòng)機(jī)。每個(gè)車(chē)窗都有一個(gè)電動(dòng)機(jī)，是一種不直接接地型電動(dòng)機(jī)。為防止電路過(guò)載，電動(dòng)車(chē)窗電路有一個(gè)或多個(gè)熱敏開(kāi)關(guān)，以免電動(dòng)機(jī)因超載而燒壞。熱敏開(kāi)關(guān)為雙金屬結(jié)構(gòu)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)電路電流過(guò)大時(shí)，雙金屬片受熱，產(chǎn)生彎曲變形，使觸點(diǎn)打開(kāi)，切斷電路；當(dāng)電路斷開(kāi)后，雙金屬片冷卻，變形消失，觸點(diǎn)再次閉合。如此重復(fù)開(kāi)閉，使電動(dòng)機(jī)的平均電流不超過(guò)規(guī)定值，從而確保電動(dòng)機(jī)不致過(guò)載燒壞。有的車(chē)上還設(shè)有延時(shí)開(kāi)關(guān)，可在點(diǎn)火開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后約10min內(nèi)或車(chē)門(mén)打開(kāi)以前，電動(dòng)車(chē)窗仍接通電源，使駕駛員或乘客仍可操縱控制開(kāi)關(guān)關(guān)閉車(chē)窗。所有電動(dòng)車(chē)窗都有兩套控制裝置，一套為總開(kāi)關(guān)，可由駕駛員通過(guò)總控制開(kāi)關(guān)操縱四個(gè)車(chē)窗的升降；另一套為分開(kāi)關(guān)，分別裝在每個(gè)車(chē)窗中部，可由乘客操縱身邊車(chē)窗的升降?？傞_(kāi)關(guān)和分開(kāi)關(guān)互不干涉，均可獨(dú)立控制。第3章 汽車(chē)電動(dòng)車(chē)窗的組成與類(lèi)型3.1 系統(tǒng)的總體框圖本設(shè)計(jì)為車(chē)窗電流檢測(cè)系統(tǒng)，完成的功能有控制車(chē)窗的升降并起到防夾的功能，硬件總體分為按鍵部分、電壓轉(zhuǎn)換部分、PIC的最小系統(tǒng)、控制電機(jī)部分、電機(jī)電流采樣部分和霍爾傳感器計(jì)數(shù)部分。總體框圖如下所示： 圖3.1 電流檢測(cè)系統(tǒng)的總體框圖如圖所示,當(dāng)采樣到按鈕信號(hào)或由上位機(jī)通過(guò)LIN發(fā)過(guò)來(lái)的控制指令時(shí),MCU被喚醒,調(diào)入電機(jī)控制程序。電機(jī)控制車(chē)窗運(yùn)行有兩種模式上升或下降。在每一種模式執(zhí)行過(guò)程中,如果采集到由按鈕發(fā)出的執(zhí)行反方向運(yùn)行信號(hào)時(shí),程序控制電機(jī)立即切換到另一種運(yùn)行模式。在上升模式中,有兩種情況使得電機(jī)發(fā)生堵轉(zhuǎn),即玻璃上升置頂和上升過(guò)程中遭遇防夾力,這兩種情況的區(qū)別判斷主要是電機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)窗上邊緣至窗頂距離d是否位于4mm處。當(dāng)d4mm時(shí),程序調(diào)用防夾函數(shù),否則停止電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。在下降模式中,阻力主要來(lái)自車(chē)窗運(yùn)行至底部的阻擋力,所以直接停止電機(jī)即可。由于本設(shè)計(jì)硬件中的電容涉及到了有極性電容，先來(lái)簡(jiǎn)單的介紹一下有極性電容和無(wú)極性電容之間的區(qū)別。1、原理上相同。（1）都是存儲(chǔ)電荷和釋放電荷；（2）極板上的電壓（這里把電荷積累的電動(dòng)勢(shì)叫電壓）不能突變。（3）區(qū)別在于介質(zhì)的不同、性能不同、容量不同、結(jié)構(gòu)不同致使用環(huán)境和用途也不同。反過(guò)來(lái)講，人們根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐需要，實(shí)驗(yàn)制造了各種功能的電容器來(lái)滿(mǎn)足各種電器的正常運(yùn)行和新設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和新材料的發(fā)掘，更優(yōu)質(zhì)、多樣化的電容器會(huì)不斷涌現(xiàn)。 2、介質(zhì)不同。3、性能不同。4、容量不同。前面已經(jīng)講過(guò)同體積的電容器介質(zhì)不同容量不等 5、結(jié)構(gòu)不同。6、使用環(huán)境和用途。3.2 系統(tǒng)的各部分硬件結(jié)構(gòu) （1） 按鍵部分圖3.2按鍵的硬件電路圖按鍵為開(kāi)啟車(chē)窗動(dòng)作的起始信號(hào)輸入，由于PIC芯片的電壓最高為5V，所以按鍵的電源為5V，PIC芯片的RA口有I/O的功能，所以按鍵通過(guò)RA2、RA3進(jìn)入PIC芯片，使得車(chē)窗電機(jī)回路被接通，車(chē)窗進(jìn)行動(dòng)作，通過(guò)程序判斷，進(jìn)一步來(lái)控制車(chē)窗電機(jī)的轉(zhuǎn)停。圖中C5、C6電容的作用是硬件去抖，當(dāng)按鍵沒(méi)有被按下時(shí)，該電路輸出是高電平，同時(shí)向電容進(jìn)行充電，使得電容具有了高低電位端，當(dāng)按鍵被按下后，該電路輸出是低電平，這是由于按鍵的按下，使得電源電阻按鍵地回路接通，同時(shí)電容按鍵使得電容開(kāi)始放電，此時(shí)按鍵相當(dāng)于一條導(dǎo)線(xiàn)，使得輸出點(diǎn)的電位變?yōu)榱?，這里由于按鍵的機(jī)械彈性作用，使得按鍵被按下或釋放時(shí)，會(huì)伴隨著一段時(shí)間的觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng)，然后其按鍵才穩(wěn)定下來(lái)，在觸點(diǎn)抖動(dòng)的期間來(lái)檢測(cè)按鍵通斷與否的狀態(tài)，是很容易判斷出錯(cuò)的，此時(shí)電容的作用便是去抖的功能。即是在按鍵被按下時(shí)會(huì)有一段前沿抖動(dòng)，這時(shí)電容的正端的電位不會(huì)突然變化，所以按鍵的抖動(dòng)不會(huì)使輸出的高電平波形抖動(dòng)，同理，當(dāng)按鍵被釋放時(shí)會(huì)有一段時(shí)間的后沿抖動(dòng)，又因?yàn)榇藭r(shí)電容已完成放電，已經(jīng)沒(méi)有了高電位的存在，而電容兩端的電位又不會(huì)突變，所以可以是輸出電平保持低電平而不抖動(dòng)。（2） 電壓轉(zhuǎn)換電路圖3.3 電壓轉(zhuǎn)換電路P2為電源的接口，將12V的電壓接入該電路進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，電容C8、C9、C10為旁路電容，作用是抑制電路中可能出現(xiàn)的自激震蕩，濾除雜波，有極性的電解電容濾除低頻雜波，無(wú)極性的電容則是濾除高頻雜波的，這就填補(bǔ)了電解電容的不足，在7805的前側(cè)之所以并聯(lián)兩個(gè)大小不同的電容，從而能得到更平滑的波形。至于電容的大小選擇則是由電容所能承受的電壓大小，電路輸出的電流大小來(lái)決定的，基本上大點(diǎn)沒(méi)有太大的影響。R12是放電電阻作用是使得輸出的電流能夠是二極管發(fā)光，當(dāng)二極管發(fā)光時(shí)證明這個(gè)電壓轉(zhuǎn)換電路是導(dǎo)通的，標(biāo)志這電壓由12V成功的轉(zhuǎn)換到了5V。此電路是為主電路做輔助的，為芯片提供5V的電源供電，同時(shí)12V為繼電器提供啟動(dòng)電壓，這就使得雖然板子上只有一種大小的電源輸入，通過(guò)這個(gè)電壓轉(zhuǎn)換電路卻可以得出另外大小不同的電壓值作為新的供電電源，避免了電源型號(hào)的雜多給實(shí)際的設(shè)計(jì)和應(yīng)用帶來(lái)不便。（3） 霍爾計(jì)數(shù)部分霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場(chǎng)傳感器?；魻栃?yīng)是磁電效應(yīng)的一種，這一現(xiàn)象是霍爾（A.H.Hall，18551938）于1879年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。后來(lái)發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體、導(dǎo)電流體等也有這種效應(yīng)，而半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)比金屬?gòu)?qiáng)得多，利用這現(xiàn)象制成的各種霍爾元件，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)及信息處理等方面?；魻栃?yīng)是研究半導(dǎo)體材料性能的基本方法。通過(guò)霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的霍爾系數(shù)，能夠判斷半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類(lèi)型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數(shù)。由于通電螺線(xiàn)管內(nèi)部存在磁場(chǎng)，其大小與導(dǎo)線(xiàn)中的電流成正比，故可以利用霍爾傳感器測(cè)量出磁場(chǎng)，從而確定導(dǎo)線(xiàn)中電流的大小。利用這一原理可以設(shè)計(jì)制成霍爾電流傳感器。其優(yōu)點(diǎn)是不與被測(cè)電路發(fā)生電接觸，不影響被測(cè)電路，不消耗被測(cè)電源的功率，特別適合于大電流傳感。 霍爾電流傳感器工作原理，標(biāo)準(zhǔn)圓環(huán)鐵芯有一個(gè)缺口，將霍爾傳感器插入缺口中，圓環(huán)上繞有線(xiàn)圈，當(dāng)電流通過(guò)線(xiàn)圈時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，則霍爾傳感器有信號(hào)輸出。圖3.4 霍爾計(jì)數(shù)部分此圖為霍爾元件計(jì)數(shù)部分的原理圖，P1為接口，其中電容起抑制干擾的作用，電阻為限流電阻，霍爾元件發(fā)出的脈沖接在PIC16F877的RC0引腳上，是因?yàn)镽C0是TMR1計(jì)數(shù)器的外部輸入引腳，通過(guò)此引腳，可以將脈沖的個(gè)數(shù)記錄進(jìn)TMR1從而由軟件可以判斷出車(chē)窗的具體位置。計(jì)數(shù)器TMR1的內(nèi)部原理圖如下圖所示，RC0引腳即是圖上所示的T1OSO外部引腳，通過(guò)設(shè)置T1CON控制寄存器使TMR1工作在所需的狀態(tài)。圖3.5 TMR1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（4）PIC最小系統(tǒng)圖3.6PIC最小系統(tǒng)PIC芯片的最小系統(tǒng)包括它的復(fù)位電路和晶振電路在內(nèi)，PIC單片機(jī)有4中晶振方式可供選擇，震蕩方式經(jīng)配置寄存器CONFIG的FOSC1，F(xiàn)OSC0位進(jìn)行選擇，并在EPROM編程時(shí)寫(xiě)入。C1、C2在允許的范圍內(nèi)值越低越好。3.7振蕩器類(lèi)型選擇RC振蕩適合于對(duì)時(shí)間精度要求不高的低成本應(yīng)用。RC振蕩頻率隨著電源電壓VDD，RC值及工作環(huán)境溫度的變化而變化。同時(shí)由于工藝參數(shù)的差異，對(duì)不同芯片其振蕩器頻率將不同。另外，當(dāng)外接電容CEXT值較小時(shí)，對(duì)振蕩器頻率的影響更大，當(dāng)然，我們也應(yīng)考慮電阻電容本身的容差對(duì)振蕩器頻率的影響。 圖3.8 RC震蕩電路圖3.8所示的是RC振蕩電路，如果REXT低于2.2K，振蕩器將處于不穩(wěn)定工作狀態(tài)，甚至停振。而REXT大于1M時(shí)，振蕩器又易受噪聲、濕度、漏電流的干擾。因此，電阻REXT取值最好在3K100K范圍內(nèi)。在不接外部電容時(shí)，振蕩器可工作，但為了抗干擾及保證穩(wěn)定性，建議接一20PF以上的電容。PIC單片機(jī)片內(nèi)有一4分頻電路，從OSC1/CLKIN引腳輸入或RC振蕩器產(chǎn)生的振蕩頻率FOSC經(jīng)4分頻后從OSC2/CLKOUT引腳輸出4分頻信號(hào)，該信號(hào)可用于測(cè)試或作為其它邏輯電路的同步信號(hào)。 圖3.9 下載接口這是PIC芯片的程序下載接口，1腳接PIC16F877A的第一個(gè)引腳，2腳接5V電源，3腳接地，4、5腳分別接芯片的RB6、RB7引腳，因?yàn)镻IC16F877A的RB6、RB7引腳即是芯片的程序?qū)懭胍_，其芯片引腳如下圖所示，正是PGC和PGD引腳。 圖3.10 PIC16F877A的引腳圖（5）控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)電路圖3.11 控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)電路此圖是繼電器控制回路，由芯片RB1、RB2引腳輸出信號(hào)分別控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，當(dāng)兩個(gè)引腳都無(wú)信號(hào)輸出時(shí)，電機(jī)是停止的。當(dāng)RB2輸出高電平信號(hào)時(shí)是二極管Q1得到開(kāi)啟信號(hào)，其中R4是限流電阻，R5是下拉電阻，減少外部電流對(duì)二極管的干擾，防止產(chǎn)生誤動(dòng)作。當(dāng)Q1被接通了，則+5VQ1U1的發(fā)光二極管這一條路被接通，當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的光足夠強(qiáng)又不至于被燒毀時(shí)，此時(shí)根據(jù)實(shí)際需要我們可以選定R6為500，當(dāng)U1被觸發(fā)了便使得12V的繼電器回路被接通，是繼電器動(dòng)作。其中與繼電器方向并接的二極管起到了續(xù)流回路的作用，原因是當(dāng)繼電器被關(guān)斷的瞬間，由于繼電器中的線(xiàn)圈的電感作用會(huì)在一瞬間產(chǎn)生較大流向U1的電流，由于D1的導(dǎo)通阻值非常小，當(dāng)出現(xiàn)此電流時(shí)D1便導(dǎo)通使電流不至于流向U1而使U1損害，起到了保護(hù)作用。RB1控制的電路工作原理亦是如此。由圖3.14我們可以看出當(dāng)繼電器不接通時(shí)K1開(kāi)關(guān)處于常閉狀態(tài)，此時(shí)一端連接電機(jī)，另一端是通過(guò)一個(gè)精確的采樣電阻而接地的，所以電機(jī)沒(méi)有電源，此時(shí)是處于靜止?fàn)顟B(tài)，而當(dāng)繼電器被接通，線(xiàn)圈吸合開(kāi)關(guān)，從而使K1打到另一個(gè)位置，使12V與電機(jī)接通，從而啟動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)亦然只是由RB1控制。MP、MN分別接電機(jī)的兩端，所以當(dāng)一端動(dòng)作接12V時(shí)，另一端必然是連著采樣電阻Rs接地的，從而組成通路并且無(wú)論正反轉(zhuǎn)采樣電阻都在電機(jī)的回路里，保證了對(duì)電流采樣的精確性，這里在選取Rs的阻值時(shí)應(yīng)考慮到芯片的承受電壓不可超出5V，而采樣的電流轉(zhuǎn)換成電壓是是要送進(jìn)芯片的，因此阻值在此最好不要超過(guò)1，電阻R10是限流電阻，D3是5V穩(wěn)壓管，在此起到保護(hù)芯片的作用，當(dāng)采樣到的電流轉(zhuǎn)換成電壓時(shí)若超過(guò)5V則會(huì)使D3被反向?qū)?，從而將輸進(jìn)芯片的信號(hào)導(dǎo)入地。采樣的電流信號(hào)是接到芯片的RA0引腳，直接送進(jìn)芯片，雖然芯片是處理不了模擬量地，但是電路圖中確實(shí)沒(méi)有接A/D轉(zhuǎn)換芯片的，這是因?yàn)镻IC16F877A芯片是自帶ADC轉(zhuǎn)換功能的，這里簡(jiǎn)單介紹一下。芯片自帶了8個(gè)具有ADC轉(zhuǎn)換功能的輸入口，正如圖3.12所示分別是RA0、RA1、RA2、RA3、RA4、RE0、RE1和RE2，所以將模擬信號(hào)接入RA0是可以不接外部A/D轉(zhuǎn)換電路的。而芯片自帶的A/D轉(zhuǎn)換原理是逐次逼近型的ADC，轉(zhuǎn)換速度快，精度高。逐次逼近型ADC是由采樣保持電路、電壓比較器、逐次逼近寄存器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC和鎖存器等部分組成。內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。圖3.12ADC的內(nèi)部電路第4章 軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件流程圖圖4.1 整體流程圖圖4.1即是整個(gè)程序的簡(jiǎn)化流程圖，其中芯片初始化、電流的檢測(cè)和防夾保護(hù)都是由具體不同的步驟，在程序中能體現(xiàn)出。在程序中會(huì)有注釋?zhuān)瑢Ⅱ?qū)動(dòng)程序的過(guò)程視覺(jué)化，簡(jiǎn)單化。下面分別給出了初始化的流程圖和濾波算法的流程圖。圖4.2 芯片初始化圖4.3 帶有返回值的電流濾波算法第5章 車(chē)窗控制軟硬件的調(diào)試5.1 硬件的檢測(cè)通電后，我們用萬(wàn)用表對(duì)每個(gè)元件的壓降進(jìn)行讀取，首先在上電后當(dāng)電壓轉(zhuǎn)換電路中接的發(fā)光二極管被點(diǎn)亮了，可由此判斷電壓轉(zhuǎn)換電路是正常工作的，將外接的12V電源轉(zhuǎn)換成了5V，這樣的情況下，我們先用萬(wàn)用表從按鍵開(kāi)始檢測(cè)。當(dāng)按鍵兩腳間的電壓在4.8V左右時(shí)表示按鍵是正確的，此時(shí)我們順著測(cè)芯片的引腳，當(dāng)芯片的引腳也是大于3V時(shí)我們認(rèn)為此條路的電器和物理上都是正確的，這是因?yàn)榘存I在沒(méi)有按下時(shí)是高電平輸入芯片；而如果我們測(cè)到引腳的電壓低于3V，那么我們可以得出此時(shí)這條路仍是接通的，但是輸出的電壓由于太低，卻會(huì)使芯片將其判斷為低電平，從而使按鍵失去了控制作用，那么問(wèn)題出在我們?cè)谶@條路上串聯(lián)的限流電阻阻值太大了或者說(shuō)與按鍵并聯(lián)的電容太小了，使得分壓太少，那么此時(shí)我們有兩種辦法來(lái)解決，一個(gè)是將串聯(lián)電阻減小，另一個(gè)是將電容變大；如果芯片的引腳顯示的是零，那么很明確這條路是 錯(cuò)誤的，不然是斷路，不然就是接地了，需要我們將這條路從新再連接。接下去測(cè)芯片的輸出引腳，顯示為零，則說(shuō)明芯片焊接正確，這時(shí)就需要將芯片安進(jìn)底座，進(jìn)行軟件的調(diào)試。首先打開(kāi)MPLAB軟件，將編好的程序進(jìn)行編譯，當(dāng)顯示無(wú)錯(cuò)誤無(wú)警告編譯成功后，將下載器ICD3插入電腦，在program中選擇Select program最后選擇下載器類(lèi)型為ICD3，同時(shí)還需要設(shè)置一些參數(shù)，將芯片類(lèi)型確定，這時(shí)將會(huì)在output窗口顯示出對(duì)下載器和芯片連接的情況，當(dāng)芯片的地址被檢查出來(lái)后，說(shuō)明此時(shí)下載器和芯片完成了正確的連接，可以向芯片下載程序。單擊程序下載的圖標(biāo)，當(dāng)出現(xiàn)program very completely時(shí)說(shuō)明程序成功的被下載進(jìn)了芯片。此時(shí)按下按鍵，看繼電器是否如我們所愿成功的閉合。但是在本設(shè)計(jì)中，當(dāng)板子被上電的瞬間繼電器就立刻閉合了，這時(shí)需要用萬(wàn)用表一步一步的找出電路的錯(cuò)誤，首先繼電器會(huì)閉合說(shuō)明電路是通路，然而在上電的瞬間會(huì)閉合說(shuō)明那么加在繼電器兩端的電壓不用經(jīng)過(guò)控制便已經(jīng)連成了通路，所以可以初步判斷控制繼電器閉合的光電隔離除了問(wèn)題，當(dāng)測(cè)其電壓時(shí)果真是光電隔離沒(méi)有發(fā)揮作用，將其改正以后，這個(gè)問(wèn)題解決了。這時(shí)按下按鍵，發(fā)現(xiàn)繼電器扔沒(méi)有如愿閉合，于是用萬(wàn)用表從芯片的輸出引腳開(kāi)始測(cè)，首先芯片引腳輸出4.8V，這說(shuō)明程序在控制按鍵部分是正確的，測(cè)三極管基極的電壓為0.7V說(shuō)明三極管成功導(dǎo)通，接著測(cè)光電隔離，此時(shí)發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題，光電隔離的三極管所降落的電壓居然有9V之多，致使繼電器線(xiàn)圈兩端的壓差卻不足3V由此可以猜測(cè)，繼電器所在的這條電路是通路，然而繼電器沒(méi)有動(dòng)作的原因是降落在線(xiàn)圈上的壓降太小不足以驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作，那么光電隔離的三極管的壓降為9V之多，那么可以說(shuō)明這是由于此三極管沒(méi)有完全導(dǎo)通，那么也就是說(shuō)發(fā)光二極管所發(fā)的光不夠強(qiáng)，也就是說(shuō)輸入光電隔離的電流不夠大，最后斷定是三極管所接的限流電阻過(guò)大了，因此將兩條控制電路中的R13、R14均去掉了，又將R6、R9并聯(lián)一個(gè)電阻使其最終成為了500這樣當(dāng)按鍵被按下后繼電器閉合了。5.2車(chē)窗防夾驗(yàn)證與結(jié)果按照現(xiàn)行慣例,本項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)為電機(jī)配備了雙霍爾傳感器來(lái)感應(yīng)電機(jī)是否受到了阻力。并且為了完善實(shí)驗(yàn)條件提高實(shí)驗(yàn)精度,實(shí)驗(yàn)中使用了力傳感器來(lái)設(shè)置和測(cè)定防夾力的大小。它的好處是通過(guò)與防夾力標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比,確保每個(gè)位置的防夾力在不同電壓下都小于100N（汽車(chē)廠(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)）。車(chē)窗防夾實(shí)驗(yàn)測(cè)得的力和電流曲線(xiàn) 實(shí)驗(yàn)步驟總體上可分為三步：一、按動(dòng)按鈕使電機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)窗玻璃舉升;二、在車(chē)窗玻璃上升過(guò)程中為其施加一個(gè)反方向力模擬防夾力;三、觀(guān)察玻璃運(yùn)動(dòng)情況,即電機(jī)工作情況,記錄相關(guān)波形。電流與霍爾關(guān)系波形整個(gè)過(guò)程中所記錄的防夾力與電機(jī)電流波形如圖8所示。黃線(xiàn)是車(chē)窗玻璃的受力情況,紅線(xiàn)為電機(jī)電流變化曲線(xiàn)。車(chē)窗玻璃在上升過(guò)程中,電機(jī)電流為正,定義為正轉(zhuǎn)（圖中所示電流零點(diǎn)偏置9.9A）,即車(chē)窗玻璃上升方向。在電機(jī)舉升車(chē)窗過(guò)程中施加防夾力,黃線(xiàn)迅速向上爬升100mV。這里需要說(shuō)明的是,按照傳感器給出的比例關(guān)系：防夾力(N):電壓(mV)=0.3本實(shí)驗(yàn)中黃線(xiàn)的100mV應(yīng)對(duì)應(yīng)30N的防夾力,ECU成功地識(shí)別出這個(gè)障礙并做出反應(yīng),由程序控制電機(jī)停轉(zhuǎn)200ms,在此期間電流為零,防夾力依然作用于車(chē)窗玻璃。200ms后,程序控制電機(jī)反方向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)車(chē)窗玻璃向下運(yùn)動(dòng),電流為負(fù),待下降200mm后電機(jī)停止旋轉(zhuǎn),電流為零,整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程結(jié)束。圖9是突然對(duì)車(chē)窗玻璃施加防夾力這一瞬間電流和霍爾傳感器信號(hào)之間的變化關(guān)系。從圖中波形可以清楚的看出,在電流爬升過(guò)程中,由于電機(jī)轉(zhuǎn)速下降,霍爾采集的信號(hào)周期增加,電機(jī)停轉(zhuǎn)后,電流陡降,霍爾周期隨之變?yōu)闊o(wú)窮大5.2 軟件功能的檢測(cè)這里開(kāi)始軟件的檢測(cè)，將電機(jī)連進(jìn)回路，首先從按鍵的點(diǎn)自動(dòng)開(kāi)始檢測(cè)，將程序中的其他功能函數(shù)屏蔽掉僅余按鍵判斷，將其燒盡芯片，然后按下按鍵進(jìn)行測(cè)試看功能是否達(dá)到，如果并非我們所要求的結(jié)果，則將程序進(jìn)一步改進(jìn)，符合要求則進(jìn)行下面功能的測(cè)試，同時(shí)將另外的功能屏蔽。 結(jié)論本文研究的主要內(nèi)容是利用電流反饋進(jìn)行車(chē)窗控制。首先給出了汽車(chē)車(chē)窗電流檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，特別介紹了車(chē)窗控制的必要性以及通過(guò)電流檢測(cè)來(lái)控制車(chē)窗的可行性，尤其指出了控制技術(shù)在這方面的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越寬廣越來(lái)越成熟，正沿著智能化、人性化的方向快速前進(jìn)，車(chē)窗防夾已經(jīng)成為研究的必然，為此我們還著重的介紹了防夾的思想，防夾的算法以及防夾在本文中的實(shí)現(xiàn)。其后詳細(xì)的介紹了一下本設(shè)計(jì)中用到的主控芯片PIC，它的發(fā)展歷史、發(fā)展趨勢(shì)以及具有的特點(diǎn)，在對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹時(shí)我們主要介紹的是本設(shè)計(jì)中用到的芯片PIC16F877，對(duì)它在本設(shè)計(jì)中用到的各種功能進(jìn)行了重點(diǎn)介紹，它的口的作用，定時(shí)計(jì)數(shù)器，A/D轉(zhuǎn)換功能的實(shí)現(xiàn)等等。接下來(lái)進(jìn)行的是本設(shè)計(jì)中硬件原理圖的講解，從每一個(gè)電阻電容的作用、選取的原則到整體電路所能實(shí)現(xiàn)的躬耕進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，其中涉及到了Altium Designer的使用，在此也做了詳細(xì)的介紹，如何應(yīng)用此軟件進(jìn)行元件的封裝，如何制作PCB板等等。然后介紹的是本設(shè)計(jì)中的軟件，由于芯片的要求，所以在此也介紹了PIC的開(kāi)發(fā)工具M(jìn)PLAB和PIC的C語(yǔ)言編譯器PICC的使用，給出了整個(gè)軟件的程序流程圖以及部分詳細(xì)的程序流程。最后是軟硬件的調(diào)試，通過(guò)在實(shí)際中的一步一步的調(diào)試檢測(cè)，將遇到的問(wèn)題和所進(jìn)行的探索以及最后解決的方法一并進(jìn)行了重點(diǎn)的介紹，使本設(shè)計(jì)達(dá)到了所要求的目標(biāo)。車(chē)窗系統(tǒng)是汽車(chē)車(chē)身重要的組成部分，它能使人們更好地介紹和保護(hù)汽車(chē)。如今車(chē)窗功能已經(jīng)成為汽車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)功能之一，是影響購(gòu)車(chē)者決定的重要因素之一，多數(shù)購(gòu)車(chē)者都將車(chē)窗視為必備的舒適功能，因此汽車(chē)廠(chǎng)商都將其視為基礎(chǔ)的功能之一。迄今為止，亞太地區(qū)尤其是中國(guó)車(chē)窗控制系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始了快速的發(fā)展。在本論文中給出了運(yùn)用霍爾元件判斷車(chē)窗位置進(jìn)行防夾保護(hù)的車(chē)窗控制，這正是車(chē)窗控制領(lǐng)域中的前沿部分，并且將會(huì)成為一段時(shí)間的發(fā)展趨勢(shì)，符合現(xiàn)實(shí)社會(huì)生活中人們的需求，因此是值得我們加以探索的。第6章 參 考 文 獻(xiàn)【1】 蔣延彪，高富強(qiáng)，方華，等.單片機(jī)原理及應(yīng)用【M】.重慶：重慶大學(xué)出版社，2009.3【2】 夏彬彬，任明全，屈金學(xué).PIC單片機(jī)常用模塊與綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例精講【M】.北京：電子工業(yè)出版社，2009.3【3】 卞清,宋勇,李忠富.嵌入式汽車(chē)車(chē)窗控制器設(shè)計(jì)J.自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2009,12【4】 孫仁云，付百.汽車(chē)電器與電子技術(shù)【M】. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006【5】 李炎亮，高秀華，成凱. 汽車(chē)電子技術(shù)【M】. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社工業(yè)裝備與信息工程出版中心，2005【6】 舒華, 姚國(guó)平.汽車(chē)電子控制技術(shù)【M】. 北京：人民交通出版社，2008.【7】 史久貴.基于Altium Designer的原理圖與PCB設(shè)計(jì)【M】.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009【8】 （美）Di Jasio等著；姜寧康，朱安定譯.PIC微控制器技術(shù)及應(yīng)用【M】.北京：電子工業(yè)出版社，2009【9】 顧志華，陳天煌，忽朝撿.C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)【M】.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.2【10】 郭天祥.新概念PIC單片機(jī)C語(yǔ)言教程：入門(mén)、開(kāi)發(fā)、提高、拓展全攻略【M】.北京：電子工業(yè)出版社，2009【11】 譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社，1991.7第7章 軟件程序#include #define uint unsigned int void init();void check_number();uint check_current(void);void inter(void);void window_up(void);void window_down();void window_stop();uint get_ad(void);void delay(uint y);/=定義的全局變量=uint x,p,q,i,sum,down_position,up_position;uint curnum10;/=程序延時(shí)程序=void delay(uint y) /延時(shí)函數(shù) uint a,b;for(a=y;a0;a-) for(b=110;b0;b-);/=/=完成對(duì)PIC16F877A的芯片功能初始化=void init() /初始化函數(shù) i=0; sum=0; TRISA=0xff; /設(shè)置A口為全輸入方式TRISB=0xc0; /設(shè)置B口為RB1、RB2輸出，RB6、RB7輸入 TRISC=0xff; /設(shè)置霍爾元件脈沖輸入端RB1=0; /關(guān)斷電機(jī)回路 RB2=0; T1CON=0x02; /外部脈沖上升沿同步計(jì)數(shù)，分頻比為1:1，TMR1為關(guān)斷 TMR1L=0x00; /設(shè)置TMR1L寄存器的值 p=0x0b; /防夾區(qū)的上限脈沖數(shù) q=0x08; /防夾區(qū)的下限脈沖數(shù) ADCON0=0x41; /4MHZ的時(shí)鐘頻率，通道0 ADCON1=0x8e; /右對(duì)齊方式，AN0為模擬輸入，其余為I/O輸入 ADRESH=0