電子工藝與綜合設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)--12v汽車(chē)車(chē)窗直流電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　電子工藝與綜合設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　課程報(bào)告</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p>　　一、汽車(chē)車(chē)窗電機(jī)工作原理分析2<

2、;/p><p>　　1.1、汽車(chē)車(chē)窗電機(jī)參數(shù)2</p><p>　　1.2、汽車(chē)車(chē)窗電機(jī)工作原理2</p><p>　　二、汽車(chē)車(chē)窗電機(jī)控制器方案4</p><p>　　2.1、汽車(chē)車(chē)窗電機(jī)參數(shù)分析4</p><p>　　2.2、汽車(chē)車(chē)窗電機(jī)控制方法分析4</p><p>　　2.3、汽車(chē)

3、車(chē)窗電機(jī)硬件方案4</p><p>　　三、汽車(chē)車(chē)窗電機(jī)控制器硬件設(shè)計(jì)4</p><p>　　3.1車(chē)窗控制系統(tǒng)………………………………………………………………………………………………………..6</p><p>　　3.2 LIN節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)………………………………………………………………………………………………………...6</p><p&g

4、t;　　3.3電源模塊的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………………...8</p><p>　　3.4電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………………………………..8</p><p>　　四、汽車(chē)車(chē)窗電機(jī)控制器軟件設(shè)計(jì)8</p><p>　　4.1報(bào)文內(nèi)容定義………………………………………………………………

5、………………………………………..9</p><p>　　4.2 LIN節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………………………………10</p><p>　　4.3車(chē)窗電機(jī)啟動(dòng)控制算法…………………………………………………………………………………………….13</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)..15</b>&l

6、t;/p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著汽車(chē)的普及，人們對(duì)汽車(chē)的安全性方面也越來(lái)越重視。在車(chē)窗控制系統(tǒng)中，汽車(chē)電動(dòng)車(chē)窗具備防夾功能成為系統(tǒng)的必需要求。這樣當(dāng)車(chē)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(chē)窗防夾功能對(duì)汽車(chē)的安全性能而言是一種十分人性化的設(shè)計(jì)。</p><p>　　與此同時(shí)，

7、在我國(guó)國(guó)外企業(yè)壟斷了技術(shù)含量高、利潤(rùn)豐厚的發(fā)動(dòng)機(jī)電子、底盤(pán)電子和車(chē)身電子等產(chǎn)品的汽車(chē)電子市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)企業(yè)仍局限在低端產(chǎn)品，如車(chē)載音響等。國(guó)內(nèi)的汽車(chē)公司大多沒(méi)有建立自己的總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，更多的還主要是開(kāi)發(fā)支持CAN/LIN車(chē)載設(shè)備，配合某種車(chē)型的CAN/LIN網(wǎng)絡(luò)使自己的產(chǎn)品支持這種總線(xiàn)通信協(xié)議。目前我們的研發(fā)工作還處在向國(guó)外學(xué)習(xí)的階段，但很多與汽車(chē)電子技術(shù)相關(guān)的國(guó)外文獻(xiàn)都是講其優(yōu)勢(shì)，不講其缺陷。結(jié)果使得我國(guó)許多從事汽車(chē)電子技術(shù)的研發(fā)人員

8、在研發(fā)過(guò)程中，不能進(jìn)行取長(zhǎng)補(bǔ)短，使研發(fā)陷入困境。突破技術(shù)封鎖也是我們面臨的巨大挑戰(zhàn)。本課題旨在提出一種基于LIN線(xiàn)技術(shù)的汽車(chē)車(chē)窗智能控制系統(tǒng)中，使得該系統(tǒng)具有低成本、低功耗、易于維護(hù)和很好的穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。首先對(duì)LIN總線(xiàn)協(xié)議進(jìn)行了研究，制定相應(yīng)的LIN總線(xiàn)協(xié)議規(guī)范，然后完成了車(chē)窗控制系統(tǒng)的軟硬件功能實(shí)現(xiàn)，包括汽車(chē)車(chē)窗防夾系統(tǒng)和溫控車(chē)窗舒適系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，改進(jìn)了車(chē)窗控制系統(tǒng)的安全性和舒適性，使得車(chē)窗控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更人性化。此次課題的研究成功對(duì)

9、以后逐步實(shí)現(xiàn)汽車(chē)電子技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化有重要意義。</p><p>　　現(xiàn)代的汽車(chē)電子技術(shù)已體現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展方向，車(chē)載網(wǎng)絡(luò)成為汽車(chē)電子領(lǐng)域的最大熱點(diǎn)，提高控制單元間通信可靠性和降低導(dǎo)線(xiàn)成本的網(wǎng)絡(luò)總線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用成為動(dòng)力所在，包括CAN、LIN、FlexRay、MOST等已成為現(xiàn)代汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)總線(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。</p><p>　　（1）FlexRay 高速度（每通道高達(dá)10Mbps）、雙通道、時(shí)間觸

10、發(fā)、強(qiáng)大的容錯(cuò)協(xié)議，設(shè)計(jì)用作骨干網(wǎng)。一般的目標(biāo)應(yīng)用是所謂的X-by-wire（線(xiàn)控）概念。其目的是通過(guò)電子信號(hào)傳輸來(lái)替代傳統(tǒng)的制動(dòng)踏板和制動(dòng)器或方向盤(pán)和車(chē)輪之間的機(jī)械傳動(dòng)。 </p><p>　?。?）CAN 中等速度（最高1Mbps）、單通道、雙線(xiàn)容錯(cuò)協(xié)議，目前不僅在汽車(chē)業(yè)，還在許多工業(yè)應(yīng)用中廣泛使用。CAN協(xié)議的目標(biāo)應(yīng)用可以包括電機(jī)控制、懸架控制和車(chē)內(nèi)資訊娛樂(lè)功能。 </p><p&g

11、t;　?。?）LIN 低速（最高20kbps）、單線(xiàn)低成本協(xié)議，可用於終端節(jié)點(diǎn)應(yīng)用。LIN的概念注定這種協(xié)議用於傳感器/執(zhí)行器中，一般用于低速通訊，即速度不是關(guān)鍵因素的應(yīng)用中。 而本次設(shè)計(jì)用的是LIN總線(xiàn)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)窗的升降的一個(gè)控制。</p><p>　　一、汽車(chē)車(chē)窗電機(jī)工作原理分析</p><p>　　1.1、汽車(chē)車(chē)窗電機(jī)參數(shù)</p><p&g

12、t;<b>　　圖1.電機(jī)參數(shù)</b></p><p>　　1.2、汽車(chē)車(chē)窗電機(jī)工作原理</p><p><b>　　1.電動(dòng)車(chē)窗概述</b></p><p>　　現(xiàn)在許多轎車(chē)門(mén)窗玻璃的升降(關(guān)閉和開(kāi)啟)已經(jīng)拋棄了搖把式的手動(dòng)升降方式，一般都改用按鈕式電動(dòng)升降方式，即使用電動(dòng)玻璃升降器來(lái)控制，也就是常說(shuō)的“電動(dòng)車(chē)窗”。&l

13、t;/p><p>　　電動(dòng)車(chē)窗系統(tǒng)主要是由車(chē)窗、車(chē)窗升降器、車(chē)窗電動(dòng)機(jī)、相關(guān)的電子電路模塊以及開(kāi)關(guān)等裝置組成。</p><p>　　車(chē)窗和車(chē)窗升降器主要是機(jī)械結(jié)構(gòu)，這里不作介紹。所有的車(chē)窗系統(tǒng)都裝有兩套控制開(kāi)關(guān)。一套裝在駕駛員側(cè)門(mén)的中部，為總開(kāi)關(guān)，由駕駛員控制每個(gè)車(chē)窗的升降。另一套分別裝在每個(gè)車(chē)門(mén)的中部，為分開(kāi)關(guān)，由乘客進(jìn)行操作。對(duì)開(kāi)關(guān)的操作可以完成車(chē)窗的手動(dòng)升降，很多高級(jí)轎車(chē)還具有自動(dòng)升降功

14、能。車(chē)窗電動(dòng)機(jī)的質(zhì)量直接關(guān)系到電動(dòng)玻璃升降器的正常工作，它具有體積小、重量輕、防護(hù)等級(jí)高、噪聲低、電磁干擾小、運(yùn)行可靠等特點(diǎn)。</p><p>　　現(xiàn)在國(guó)產(chǎn)轎車(chē)上絕大部分的車(chē)窗電動(dòng)機(jī)還是采用繼電器控制方式或者使用限位開(kāi)關(guān)的機(jī)械電子組合控制方式。20世紀(jì)90年代中期以來(lái)，電動(dòng)玻璃升降器的控制技術(shù)發(fā)展很快，電子模塊控制形式大量應(yīng)用于批量裝車(chē)，并具有安全保護(hù)功能。例如博世公司生產(chǎn)的電動(dòng)玻璃升降器系統(tǒng)，在電動(dòng)機(jī)中埋植磁環(huán)

15、，感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速，在電子模塊中埋植霍爾元件，感應(yīng)電流，并通過(guò)電子模塊控制對(duì)電動(dòng)機(jī)的過(guò)流、過(guò)壓及過(guò)熱保護(hù)，而且當(dāng)玻璃上升途中遇到人力障礙時(shí)會(huì)自動(dòng)識(shí)別而反向運(yùn)行，防止乘員夾傷，實(shí)現(xiàn)防夾功能。</p><p>　　2.直流勵(lì)磁的磁路在電工設(shè)備中的應(yīng)用，除了直流電磁鐵（直流繼電器、直流接觸器等）外，最重要的就是應(yīng)用在直流旋轉(zhuǎn)電機(jī)中。在發(fā)電廠(chǎng)里，同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁機(jī)、蓄電池的充電機(jī)等，都是直流發(fā)電機(jī)；鍋爐給粉機(jī)的原動(dòng)機(jī)是直流電

16、動(dòng)機(jī)。此外，在許多工業(yè)部門(mén)，例如大型軋鋼設(shè)備、大型精密機(jī)床、礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)、市內(nèi)電車(chē)、電纜設(shè)備要求嚴(yán)格線(xiàn)速度一致的地方等，通常都采用直流電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)工作機(jī)械的。直流發(fā)電機(jī)通常是作為直流電源，向負(fù)載輸出電能；直流電動(dòng)機(jī)則是作為原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械工作，向負(fù)載輸出機(jī)械能。在控制系統(tǒng)中，直流電機(jī)還有其它的用途，例如測(cè)速電機(jī)、伺服電機(jī)等。雖然直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的用途各不同，但是它們的結(jié)構(gòu)基本上一樣，都是利用電和磁的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械

17、能與電能的相互轉(zhuǎn)換。 直流電機(jī)的最大弱點(diǎn)就是有電流的換向問(wèn)題，消耗有色金屬較多，成本高，運(yùn)行中的維護(hù)檢修也比較麻煩。因此，電機(jī)制造業(yè)中正在努力改善交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能，并且大量代替直流電動(dòng)機(jī)。不過(guò)，近年來(lái)在利用可控硅整流裝置代替直流發(fā)電機(jī)方面，已經(jīng)取得了很大進(jìn)展。包括直流電機(jī)在內(nèi)的一切旋轉(zhuǎn)電機(jī)，實(shí)際上都是依據(jù)我們所知道的兩條基本原則制造的。一條是：</p><p>　　二、汽車(chē)車(chē)窗電機(jī)控制器方案</p>

18、;<p>　　2.1、汽車(chē)車(chē)窗電機(jī)參數(shù)分析</p><p>　　汽車(chē)車(chē)窗電機(jī)控制電路。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，開(kāi)窗速度可控且電磁干擾小。包括電源保護(hù)單元、功率單元、控制單元和換 向單元，控制單元包括MCU，換向單元包括控制車(chē)窗上升的繼電器K1和控制車(chē)窗下降的繼電器K2；功率單元包括濾波電路和調(diào)速控制電路，調(diào)速控制電路包括 集成MOSFET智能開(kāi)關(guān)、電阻R2、電阻R3、電阻R4、二級(jí)管D3和電容C10；集成MOSF

19、ET智能開(kāi)關(guān)設(shè)有信號(hào)接口一、信號(hào)接口二、信號(hào)接口三和 信號(hào)接口四。本實(shí)用新型中，由于在換向過(guò)程中，電機(jī)回路是沒(méi)有通電的，所以就不會(huì)產(chǎn)生電磁干擾；又因?yàn)楸景钢胁捎眉蒑OSFET智能開(kāi)關(guān)代替現(xiàn)有技術(shù)中 的分立器件，使得生產(chǎn)成本大幅降低，可靠性增強(qiáng) 。</p><p>　　2.2、汽車(chē)車(chē)窗電機(jī)控制方法分析</p><p>　　新車(chē)型設(shè)計(jì)時(shí),并不是什么都是從頭開(kāi)始,而是首先根據(jù)設(shè)計(jì)需求,選定一個(gè)

20、基本車(chē)型作為參考,這樣可降低設(shè)計(jì)難度,使設(shè)計(jì)思路更加清晰?新車(chē)型電動(dòng)車(chē)窗的設(shè)計(jì)也是參考基礎(chǔ)車(chē)型電動(dòng)車(chē)窗進(jìn)行的,因此,有必要先介紹一下基礎(chǔ)車(chē)型電動(dòng)車(chē)窗的功能及控制原理和方式? 基礎(chǔ)車(chē)型電動(dòng)車(chē)窗控制部分由電動(dòng)車(chē)窗主開(kāi)關(guān)?電動(dòng)車(chē)窗副開(kāi)關(guān)?電動(dòng)車(chē)窗電動(dòng)機(jī)?電動(dòng)車(chē)窗電動(dòng)機(jī)斷路器組成?</p><p>　　2.3、汽車(chē)車(chē)窗電機(jī)硬件方案</p><p>　　電機(jī)的硬件可以分為兩個(gè)模塊，即電源模

21、塊和電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊。電源模塊主要是為電機(jī)和其他芯片供電，由于單片機(jī)的電源電壓是5V的，所以還需要一個(gè)LM2575穩(wěn)壓電源電路芯片來(lái)構(gòu)一個(gè)穩(wěn)壓電路，將12V的電壓轉(zhuǎn)化5V電壓。電機(jī)驅(qū)動(dòng)可由智能功率芯片MC33486，該芯片可外接兩個(gè)MOSFET管(這里選用P60N06，能夠輸出較大的工作電流驅(qū)動(dòng)電機(jī))組成一個(gè)H橋來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的雙向控制。其正常工作溫度范圍在－40℃到+150℃，正常連續(xù)輸出電流最大達(dá)到10A，直流輸入電壓范圍為8~28V，而

22、且當(dāng)電壓高于28V時(shí)具有過(guò)壓保護(hù)功能。</p><p>　　三、汽車(chē)車(chē)窗電機(jī)控制器硬件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1車(chē)窗控制系統(tǒng)</b></p><p>　　車(chē)窗控制系統(tǒng)主要是由車(chē)窗、車(chē)窗升降器、車(chē)窗電機(jī)模塊、控制開(kāi)關(guān)以及相關(guān)的電子電路模塊等裝置組成。車(chē)窗和車(chē)窗升降器主要是機(jī)械結(jié)構(gòu)。車(chē)窗控制開(kāi)關(guān)有兩套，一主一從，可以控制每個(gè)車(chē)窗的升降

23、。一般在主開(kāi)關(guān)上裝有斷路開(kāi)關(guān)，如果它斷開(kāi)，分開(kāi)關(guān)就不起作用。如今的車(chē)窗控制系統(tǒng)內(nèi)裝有的先進(jìn)電子設(shè)備，具有安全保護(hù)功能，能夠通過(guò)電子模塊控制對(duì)電機(jī)的過(guò)流、過(guò)壓以及過(guò)熱保護(hù)，而且當(dāng)玻璃上升途中遇到障礙時(shí)會(huì)自動(dòng)識(shí)別而停止轉(zhuǎn)動(dòng)，防止乘客夾傷，實(shí)現(xiàn)防夾功能。下面對(duì)本次設(shè)計(jì)的電子電路模塊給出了詳細(xì)說(shuō)明。</p><p>　　3.2 LIN節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)</p><p>　　微處理器需要選擇帶有異步串行收發(fā)器

24、模塊(UART)的微控制器和符合LINv2.1規(guī)范的收發(fā)器，因?yàn)樗鼪Q定了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)連接以及軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境等一系列的問(wèn)題。在汽車(chē)專(zhuān)用微控制器(MCU)領(lǐng)域，美國(guó)Mierochip(微芯)和Freescale(飛思卡爾)兩家公司的MCU針對(duì)LIN的數(shù)據(jù)收發(fā)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)，針對(duì)汽車(chē)的惡劣環(huán)境如溫度，濕度變化大、電磁干擾嚴(yán)重做了性能優(yōu)化，是用于車(chē)內(nèi)LIN控制節(jié)點(diǎn)微控制器的較好方案。本文選用Freescale公司的MC9S08DZ60單片

25、機(jī)和LIN物理層收發(fā)器MCZ33661芯片構(gòu)成節(jié)點(diǎn)的硬件。</p><p>　　MC9S08DZ60單片機(jī)提供了工業(yè)級(jí)的制造工藝與流片工藝保證，因此可以適用于嚴(yán)酷的車(chē)內(nèi)運(yùn)行環(huán)境。而MCZ33661是LIN總線(xiàn)收發(fā)器，在單片機(jī)和LIN半雙工總線(xiàn)之間提供了一個(gè)物理接口，可以為汽車(chē)和工業(yè)應(yīng)用捉供一個(gè)最高20Kbit/s的串行總線(xiàn)傳輸速率。LIN收發(fā)器MCZ33661芯片針對(duì)工作在汽車(chē)環(huán)境下的情況進(jìn)行了特別設(shè)計(jì)，符合LI

26、Nv2.1總線(xiàn)規(guī)格。</p><p>　　圖2.LIN節(jié)點(diǎn)硬件電路圖</p><p>　　圖3—4顯示了LIN總線(xiàn)的節(jié)點(diǎn)硬件連接示意圖。圖中C7應(yīng)該選用電解電容電容或膽電容，使芯片能在更大的溫度范圍內(nèi)工作。C1用作外部電壓源的濾波電容。D2則是27V的瞬態(tài)電壓抑制二極管，同為可選器件，可以在電源瞬變的時(shí)候起保護(hù)作用。因LIN總線(xiàn)為單主多從結(jié)構(gòu)，無(wú)需總線(xiàn)仲裁，由主節(jié)點(diǎn)控制總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)，故對(duì)LIN

27、主節(jié)點(diǎn)的保護(hù)額外重要，故采用了圖中包含二極管D1的虛線(xiàn)部分來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)主節(jié)點(diǎn)的保護(hù)。圖中MCZ33661為MC9S08DZ60和LIN總線(xiàn)之間提供了一個(gè)雙向通信接口，能夠把LIN總線(xiàn)的電平轉(zhuǎn)換成微控制器能夠接收的TxD，RxD信號(hào)，或者進(jìn)行與之相反的轉(zhuǎn)換。其中，MC9S08DZ60供電電源5.0V由汽車(chē)電源經(jīng)電源轉(zhuǎn)換穩(wěn)壓得到。MCZ33661的供電由汽車(chē)電源直接供給12V。MCZ33661的增強(qiáng)型異步收發(fā)器可以用硬件完成LIN報(bào)文幀的同步間

28、隔場(chǎng)接收，并以中斷的方式告知單片機(jī)開(kāi)始接收總線(xiàn)的數(shù)據(jù)。LIN報(bào)文幀的數(shù)據(jù)收發(fā)滿(mǎn)足1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位條件，用微控制器的UART模塊和UART中斷功能即可完成LIN總線(xiàn)上數(shù)據(jù)的收發(fā)。</p><p>　　3.3電源模塊的設(shè)計(jì)</p><p>　　目前汽車(chē)內(nèi)的蓄電池電源通常都是直流 +l2V，汽車(chē)內(nèi)很多電子設(shè)備需要依靠它來(lái)供電，比如電子打火器，各類(lèi)電子儀表，自動(dòng)車(chē)窗等，雖然是蓄電

29、池，仍難以保證其穩(wěn)定輸出。車(chē)載網(wǎng)絡(luò)中主要用到兩種電源 :+12V、+5V。 +12V的電壓主要是為電機(jī)驅(qū)動(dòng)和LIN收發(fā)器供電，+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(chē)載電源的穩(wěn)定性差，需要其輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓。電源電路采用了LM2575穩(wěn)壓電源電路芯片，對(duì) +12V轉(zhuǎn)+5V供電電路可以參考圖3—5電路。</p><p>　　圖3.+12V轉(zhuǎn)+5V電源轉(zhuǎn)換電路</p&

30、gt;<p>　　穩(wěn)壓芯片LM2575是按照開(kāi)關(guān)電源的工作原理集成的電源芯片，因此其工作效率高，輸出電壓穩(wěn)定，最大輸出電流能達(dá)到3A，在穩(wěn)壓芯片LM2575瞬間停止輸出時(shí)，由電感的電磁感應(yīng)效應(yīng)形成的電壓給電路供電，此時(shí)快恢復(fù)型肖特基二極管IN5822作為回路的一部分，其工作電流的大小直接影響電源實(shí)際輸出電流的大小。圖中的電容C6和C7選用電解電容，可以有效濾除高低頻干擾。</p><p>　　3.4

31、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　由于本次車(chē)窗電機(jī)采用供電電壓11V~15V，工作電流不大于15A，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是飛思卡爾半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的專(zhuān)用于車(chē)身電子的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片可外接兩個(gè)MOSFET管(這里選用P60N06，能夠輸出較大的工作電流驅(qū)動(dòng)電機(jī))組成一個(gè)H橋來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的雙向控制。其正常工作溫度范圍在－4

32、0℃到+150℃，正常連續(xù)輸出電流最大達(dá)到10A，直流輸入電壓范圍為8~28V，而且當(dāng)電壓高于28V時(shí)具有過(guò)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)A/D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(chē)窗防夾功能，達(dá)到了車(chē)窗電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)要求。其電路圖如圖3—6所示。</p><p><b>　　圖4.電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　電

33、機(jī)控制原理如下:初始狀態(tài)中，GLSI和GLsZ都同時(shí)置高電平或低電平，OUTI和OUTZ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(chē)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(chē)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。</p><p>　　除此之外，飛思卡爾的功率芯片MC33486還具有負(fù)載電流的線(xiàn)性復(fù)制功能，Cur-R輸出電流和負(fù)載電流

34、成線(xiàn)性比例，Cur-R輸出電流再通過(guò)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(cè)輸入到單片機(jī)端口的電壓就等同于監(jiān)測(cè)車(chē)窗運(yùn)動(dòng)中電機(jī)的電流。車(chē)窗上升過(guò)程、下降過(guò)程、上升遇到阻力過(guò)程中，經(jīng)過(guò)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(guò)電流采樣實(shí)時(shí)地反映到單片機(jī)中，其中為玻璃升降器的電機(jī)電流：</p><p>　　這個(gè)電流通過(guò)采樣電阻R

35、8和限流電阻R9把電流轉(zhuǎn)化為電壓輸入到單片機(jī)ADC的采樣端。輸入到單片機(jī)端的電壓為：</p><p>　　將電壓進(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(cè)輸入到單片機(jī)端口的電壓就等同于監(jiān)測(cè)車(chē)窗運(yùn)動(dòng)中電機(jī)的電流。車(chē)窗上升過(guò)程中遇到阻力時(shí)經(jīng)過(guò)電機(jī)的電流都呈規(guī)律性的變化，而這些電流變化都通過(guò)電流采樣實(shí)時(shí)地反映到單片機(jī)中。</p><p>　　四、汽車(chē)車(chē)窗電機(jī)控制器軟件設(shè)計(jì)&l

36、t;/p><p><b>　　4.1報(bào)文內(nèi)容定義</b></p><p>　　在本次LIN通信中，設(shè)置的傳輸速率為9600bits,數(shù)據(jù)場(chǎng)為8個(gè)字節(jié)，雖然實(shí)際工作中，并不需要這么多的字節(jié)，這里是為了以后提供功能擴(kuò)展才將數(shù)據(jù)場(chǎng)字節(jié)設(shè)置為最大的8個(gè)字節(jié)。在本次通信中只用到了兩個(gè)字節(jié)的定義。一個(gè)字節(jié)用于車(chē)窗控制定義，一個(gè)字節(jié)用于狀態(tài)診斷檢測(cè)。其具體字節(jié)定義如下：</p&g

37、t;<p>　　其中只有當(dāng)Bit3=1時(shí)，后面的Bit2 、Bit1、Bit0位才有意義，否則Bit2 、Bit1、Bit0位的功能定義無(wú)效。</p><p>　　在本次設(shè)計(jì)中，車(chē)窗診斷報(bào)文數(shù)據(jù)字節(jié)只籠統(tǒng)的定義了兩個(gè)位狀態(tài)：車(chē)窗工作狀態(tài)是否正常以及數(shù)據(jù)是否正確傳輸，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，包含的診斷內(nèi)容遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些，包括車(chē)窗電機(jī)的工作情況，車(chē)窗電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的情況，報(bào)文頭傳輸?shù)那闆r等等。由于其中涉及到內(nèi)容較多，

38、本次設(shè)計(jì)不作介紹。</p><p>　　在LIN通信中最重要的標(biāo)識(shí)符場(chǎng)（ID場(chǎng)）的定義有嚴(yán)格的規(guī)定，按照上面對(duì)標(biāo)識(shí)符場(chǎng)的介紹對(duì)四個(gè)車(chē)窗的ID進(jìn)行了如下定義:</p><p>　　由上得各節(jié)點(diǎn)的ID如下駕駛室車(chē)窗主節(jié)點(diǎn)ID=0x8E；副駕駛室從節(jié)點(diǎn)ID=0x4D；</p><p>　　左后窗從節(jié)點(diǎn)ID=0x2C；右后窗從節(jié)點(diǎn)ID=0x1D。</p>&l

39、t;p>　　4.2 LIN節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　車(chē)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(chē)窗系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括兩個(gè)部分:車(chē)窗LIN主機(jī)節(jié)點(diǎn)和車(chē)窗LIN從機(jī)節(jié)點(diǎn)。參照車(chē)窗控制LDF文件，本文詳細(xì)說(shuō)明了LIN總線(xiàn)主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)的軟件編寫(xiě)。</p><p>　　圖5. LIN主機(jī)節(jié)點(diǎn)軟件流程圖</p>

40、;<p>　　車(chē)窗LIN主機(jī)節(jié)點(diǎn)的軟件流程圖如圖3-1所示。首先，主節(jié)點(diǎn)完成微控制器的寄存器初始化和變量初始化，然后進(jìn)入自身任務(wù)循環(huán)中。在車(chē)窗控制方案中，如果主節(jié)點(diǎn)ECU檢測(cè)到主電動(dòng)車(chē)窗開(kāi)關(guān)狀態(tài)后，就向總線(xiàn)發(fā)送消息。此時(shí)主節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)LIN報(bào)文幀的發(fā)送，先發(fā)送主機(jī)任務(wù)（即報(bào)文頭），然后延時(shí)幀內(nèi)響應(yīng)間隔規(guī)定的時(shí)間后，再啟動(dòng)從機(jī)任務(wù)（即響應(yīng)）發(fā)送。相應(yīng)標(biāo)識(shí)符的從節(jié)點(diǎn)接收到從機(jī)任務(wù)內(nèi)容后，執(zhí)行預(yù)先定義的操作，如打開(kāi)、關(guān)閉車(chē)窗等。主節(jié)

41、點(diǎn)采取邊發(fā)送邊接收的方式，如果接收到的位與發(fā)送的位不一致，則會(huì)取消這一次發(fā)送，重新啟動(dòng)新的發(fā)送過(guò)程。如果從節(jié)點(diǎn)接收?qǐng)?bào)文后，產(chǎn)生了位錯(cuò)誤、校驗(yàn)和錯(cuò)誤、標(biāo)識(shí)符奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤，從節(jié)點(diǎn)就認(rèn)為沒(méi)有收到任務(wù)幀。當(dāng)主節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)總線(xiàn)診斷主機(jī)任務(wù)后，從節(jié)點(diǎn)的從機(jī)任務(wù)以診斷信息告知主節(jié)點(diǎn)己經(jīng)發(fā)生錯(cuò)誤。</p><p>　　LIN主機(jī)節(jié)點(diǎn)軟件流程圖考慮了車(chē)窗整體執(zhí)行動(dòng)作的一致性與總線(xiàn)信號(hào)傳輸之間的關(guān)系。任何一個(gè)車(chē)窗當(dāng)輸入信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，先

42、將此信號(hào)通過(guò)LIN總線(xiàn)傳輸?shù)狡渌?jié)點(diǎn)上，再同步執(zhí)行該輸入信號(hào)所要求的動(dòng)作。LIN從機(jī)節(jié)點(diǎn)則需要將本地節(jié)點(diǎn)的診斷信息實(shí)時(shí)地發(fā)送給車(chē)窗LIN主機(jī)節(jié)點(diǎn)。這樣，LIN主節(jié)點(diǎn)就可以實(shí)時(shí)地接收LIN從機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)。</p><p>　　LIN協(xié)議采用了標(biāo)準(zhǔn)的串行通信接口，軟件的實(shí)現(xiàn)要嚴(yán)格遵守協(xié)議的規(guī)定。通常LIN實(shí)現(xiàn)采用LIN規(guī)范規(guī)定的 API(Applieation Program Interfaee)應(yīng)用程序接口，

43、 LIN _API是LIN網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用程序之間的接口。 LIN_API是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)軟件層，它在用戶(hù)為任意的ECU建立應(yīng)用程序時(shí)，隱藏了LIN網(wǎng)絡(luò)配置的詳細(xì)情況(例如:信號(hào)如何映射到相應(yīng)的幀)，所以它提供了一個(gè)API給用戶(hù)，這個(gè)API著重于LIN網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)傳輸。</p><p>　　車(chē)窗LIN從機(jī)節(jié)點(diǎn)軟件流程圖如圖3—2所示。從主機(jī)節(jié)點(diǎn)的軟件流程圖可以得知，當(dāng)信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，主機(jī)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)LIN報(bào)文的發(fā)送，LIN從機(jī)

44、節(jié)點(diǎn)需要實(shí)時(shí)地進(jìn)行相關(guān)信息報(bào)文的發(fā)送。這樣，對(duì)于LIN從機(jī)節(jié)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)與主機(jī)節(jié)點(diǎn)基本相同，我們需要在等待接收LIN主機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)送報(bào)文的時(shí)間內(nèi)處理本地節(jié)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)函數(shù)以及本地LIN報(bào)文的發(fā)送等工作。</p><p>　　圖6. LIN從機(jī)節(jié)點(diǎn)軟件流程圖</p><p>　　4.3車(chē)窗電機(jī)啟動(dòng)控制算法</p><p>　　啟動(dòng)是指直流電動(dòng)機(jī)由靜止達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的過(guò)程

45、。若直接啟動(dòng)給電動(dòng)機(jī)加上U額，則啟動(dòng)電流很大，會(huì)帶來(lái)強(qiáng)烈的火花現(xiàn)象，電流正比于轉(zhuǎn)矩，過(guò)大的轉(zhuǎn)矩帶來(lái)很大的沖擊，電壓波動(dòng)影響供電的穩(wěn)定性。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，電機(jī)啟動(dòng)采取PWM的方式進(jìn)行。采用2kHz的頻率，分為1O段，占空比從0 逐步上升到100 。每段1O個(gè)脈沖共5ms時(shí)間，lO段啟動(dòng)時(shí)間一共50 ms。在實(shí)驗(yàn)中證實(shí)，采取這種啟動(dòng)方式，啟動(dòng)比較平穩(wěn)，啟動(dòng)快速性較好。在車(chē)窗啟動(dòng)的這段時(shí)間里，電機(jī)的電流變化比較大，無(wú)法通過(guò)監(jiān)測(cè)電流的變化來(lái)

46、實(shí)覡防夾功能，同時(shí)這段時(shí)間很短，因此在啟動(dòng)的這段時(shí)間內(nèi)應(yīng)避免實(shí)現(xiàn)防夾功能。</p><p>　　而在停止的時(shí)候，不是監(jiān)測(cè)到電機(jī)堵轉(zhuǎn)才停止，而是監(jiān)測(cè)到電機(jī)的電流超過(guò)了其正常工作電流的一定幅度就停止電機(jī)，在本系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，這個(gè)界限電流定義為l1 A。上升過(guò)程電機(jī)的電流變化見(jiàn)圖5—3，電機(jī)的電流呈現(xiàn)逐步增大的趨勢(shì)，連續(xù)變化，當(dāng)達(dá)到超過(guò)的11A時(shí)就迅速停止電機(jī)的工作。</p><p>　　圖6.車(chē)窗