基于LIN总线电动车窗防夹系统的设计2 电动车, 微处理器, 车载电子, 温度传感器, 驾驶员

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2 防夹系统硬件设计
2．1 控制器
    设计选取两种微处理器分别作为主控制器和子控制器，型号分别为MC9S12DG128、MM912F634，这两款均为Freesclae公司高性能汽车电子芯片，特别是MM912F634，内置集成稳压器、电流放大器、LIN物理接口、大电流高低端驱动、温度传感器、模数转换等功能模块，外围元件较少，有利于降低成本，节省硬件体积，适用于车载电子设备，资源配置如图2所示。液晶模块是驾驶员与系统相互连接的媒介，型号为Z2104，该屏幕为电阻屏，内置VGA控制板，与控制器通过串口进行通信，工作电压为12 V。主控制器可以直接通过串口读取液晶屏触摸信号对液晶屏幕的画面进行控制，将液晶屏幕的触摸信号转换成LIN总线指令，对子单元进行控制，同时，也能将车窗的状态反馈给驾驶员。

2．2 车窗玻璃位置检测硬件设计
    霍尔传感器是电动车窗系统的主要信号采集元件。英飞凌公司的TLE4923霍尔传感器，输出的脉冲信号无需额外复杂的整形电路，输出端(OUT)经过无源低通滤波器，直接连到MM912F634的PTB0，PTB0为定时器的一个捕捉通道，可直接对霍尔传感器的脉冲信号进行计数，霍尔脉冲采集原理如图3所示。

2．3 电流检测及电机驱动硬件设计
    电机是实现电动车窗升降的执行器，每个车窗均配有一个直流电机，通过机械传动实现车窗自行升降，电机驱动可采用两种方式：一种采用MOSFET搭制的H桥电路，成本较高但性能稳定；另一种采用继电器控制，成本较低且控制简单。设计出于成本的考虑，选用继电器控制方式，型号为松下公司的ACT212，MM912F634集成了高低端驱动器，可直接对ACT212进行控制，无需外搭继电器驱动电路，具体原理结构图如图4上部分所示。

    相关实验表明，车窗玻璃在上升过程中，遇到障碍物的瞬间，电机轴的负载转矩会突然增大。因此，电机轴负载转矩变化率对障碍物较灵敏。然而，在实际应用中，电机轴负载转矩却不易测量。根据直流电机的特性，负载转矩变化会引起电枢电流的变化，电枢电流的变化能够间接地反应车窗的运行状态，检测电枢电流进而确定电动车窗的阈值力。论文采用直接测量方式，将一段康铜丝串入电机回路，康铜丝具有较低的电阻温度系数，较宽的使用温度范围，加工方便，具有良好的焊接性能，可根据实际调试情况进行调整阻值大小，一般范围为0～15 mΩ。电流检测基本原理如图4所示。
    根据电路理论可得
   
    电机电枢电流经过康铜丝转换成电压信号，经过滤波、放大直接接入。MM912F634的A／D通道，MM912F634的A／D转换精度为10位，由式(1)可得A／D转换结果uAD(t)
   
    由式(2)可知，直流电机的电枢电流与A／D转换结果uAD(t)之间是线性关系，因此，电机轴负载转矩与A／D转换结果之间也是线性关系，选择A／D转换结果的变化率作为障碍物检测的判断指标是合理的。MM912F634对A／D转换数据进行处理，确定当前的车窗运行状态，进行车窗的智能防夹，同时与主控单元进行总线通信，随时发送子系统状态。

3 防夹系统的软件设计
    电动车窗防夹系统主要包括主控和子单元两部分，为增强主控的拓展性，主控系统软件设计基于嵌入式实时操作系统，将μC-OSⅡ实时操作系统移植到MC9S12DG128中，每个车窗防夹为系统的一个任务，同时车身的其他控制也可以以任务的形式添加到主控系统之中。每个子系统采用中断的方式进行检测、控制，提高了系统的实时响应性。