基于LIN總線電動(dòng)車(chē)窗防夾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

作者：時(shí)間：2013-05-15 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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2 防夾系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2．1 控制器
設(shè)計(jì)選取兩種微處理器分別作為主控制器和子控制器，型號(hào)分別為MC9S12DG128、MM912F634，這兩款均為Freesclae公司高性能汽車(chē)電子芯片，特別是MM912F634，內(nèi)置集成穩(wěn)壓器、電流放大器、LIN物理接口、大電流高低端驅(qū)動(dòng)、溫度傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換等功能模塊，外圍元件較少，有利于降低成本，節(jié)省硬件體積，適用于車(chē)載電子設(shè)備，資源配置如圖2所示。液晶模塊是駕駛員與系統(tǒng)相互連接的媒介，型號(hào)為Z2104，該屏幕為電阻屏，內(nèi)置VGA控制板，與控制器通過(guò)串口進(jìn)行通信，工作電壓為12 V。主控制器可以直接通過(guò)串口讀取液晶屏觸摸信號(hào)對(duì)液晶屏幕的畫(huà)面進(jìn)行控制，將液晶屏幕的觸摸信號(hào)轉(zhuǎn)換成LIN總線指令，對(duì)子單元進(jìn)行控制，同時(shí)，也能將車(chē)窗的狀態(tài)反饋給駕駛員。

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/196153.htm

2．2 車(chē)窗玻璃位置檢測(cè)硬件設(shè)計(jì)
霍爾傳感器是電動(dòng)車(chē)窗系統(tǒng)的主要信號(hào)采集元件。英飛凌公司的TLE4923霍爾傳感器，輸出的脈沖信號(hào)無(wú)需額外復(fù)雜的整形電路，輸出端(OUT)經(jīng)過(guò)無(wú)源低通濾波器，直接連到MM912F634的PTB0，PTB0為定時(shí)器的一個(gè)捕捉通道，可直接對(duì)霍爾傳感器的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，霍爾脈沖采集原理如圖3所示。

2．3 電流檢測(cè)及電機(jī)驅(qū)動(dòng)硬件設(shè)計(jì)
電機(jī)是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車(chē)窗升降的執(zhí)行器，每個(gè)車(chē)窗均配有一個(gè)直流電機(jī)，通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)車(chē)窗自行升降，電機(jī)驅(qū)動(dòng)可采用兩種方式：一種采用MOSFET搭制的H橋電路，成本較高但性能穩(wěn)定；另一種采用繼電器控制，成本較低且控制簡(jiǎn)單。設(shè)計(jì)出于成本的考慮，選用繼電器控制方式，型號(hào)為松下公司的ACT212，MM912F634集成了高低端驅(qū)動(dòng)器，可直接對(duì)ACT212進(jìn)行控制，無(wú)需外搭繼電器驅(qū)動(dòng)電路，具體原理結(jié)構(gòu)圖如圖4上部分所示。

相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，車(chē)窗玻璃在上升過(guò)程中，遇到障礙物的瞬間，電機(jī)軸的負(fù)載轉(zhuǎn)矩會(huì)突然增大。因此，電機(jī)軸負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化率對(duì)障礙物較靈敏。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，電機(jī)軸負(fù)載轉(zhuǎn)矩卻不易測(cè)量。根據(jù)直流電機(jī)的特性，負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化會(huì)引起電樞電流的變化，電樞電流的變化能夠間接地反應(yīng)車(chē)窗的運(yùn)行狀態(tài)，檢測(cè)電樞電流進(jìn)而確定電動(dòng)車(chē)窗的閾值力。論文采用直接測(cè)量方式，將一段康銅絲串入電機(jī)回路，康銅絲具有較低的電阻溫度系數(shù)，較寬的使用溫度范圍，加工方便，具有良好的焊接性能，可根據(jù)實(shí)際調(diào)試情況進(jìn)行調(diào)整阻值大小，一般范圍為0～15 mΩ。電流檢測(cè)基本原理如圖4所示。
根據(jù)電路理論可得

電機(jī)電樞電流經(jīng)過(guò)康銅絲轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)濾波、放大直接接入。MM912F634的A／D通道，MM912F634的A／D轉(zhuǎn)換精度為10位，由式(1)可得A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果uAD(t)

由式(2)可知，直流電機(jī)的電樞電流與A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果uAD(t)之間是線性關(guān)系，因此，電機(jī)軸負(fù)載轉(zhuǎn)矩與A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果之間也是線性關(guān)系，選擇A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果的變化率作為障礙物檢測(cè)的判斷指標(biāo)是合理的。MM912F634對(duì)A／D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，確定當(dāng)前的車(chē)窗運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行車(chē)窗的智能防夾，同時(shí)與主控單元進(jìn)行總線通信，隨時(shí)發(fā)送子系統(tǒng)狀態(tài)。

3 防夾系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
電動(dòng)車(chē)窗防夾系統(tǒng)主要包括主控和子單元兩部分，為增強(qiáng)主控的拓展性，主控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)基于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，將μC-OSⅡ?qū)崟r(shí)操作系統(tǒng)移植到MC9S12DG128中，每個(gè)車(chē)窗防夾為系統(tǒng)的一個(gè)任務(wù)，同時(shí)車(chē)身的其他控制也可以以任務(wù)的形式添加到主控系統(tǒng)之中。每個(gè)子系統(tǒng)采用中斷的方式進(jìn)行檢測(cè)、控制，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)性。