智能化车窗升降控制系统设计 .doc
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1、中国地质大学(武汉)远程与继续教育学院毕业设计(论文)远程与继续教育学院本科毕业论文(设计)题目: 智能化车窗升降控制系统设计 学习中心: 内蒙古学习中心 学 号: 090F31143086 姓 名: 戴元哲 专 业: 电气工程及其自动化 指导教师: 苏娜 2016 年 9 月 2 日 中国地质大学(武汉)远程与继续教育学院本科毕业论文(设计)指导教师指导意见表学生姓名: 戴元哲 学号: 090F31143086 专业: 电气工程及其自动化 毕业设计(论文)题目: 智能化车窗升降控制系统设计 指导教师意见:(请对论文的学术水平做出简要评述。包括选题意义;文献资料的掌握;所用资料、实验结果和计算
2、数据的可靠性;写作规范和逻辑性;文献引用的规范性等。还须明确指出论文中存在的问题和不足之处。)填写要求:1.请指导教师按以上要求填写意见,2.学生在上传论文时不得将以上括号内的内容删除。3.当学生论文评阅成绩不及格重写时,指导教师要重新填写意见及新的指导日期。(指导教师填写指导意见时请将填写要求删除)指导教师结论: (合格、不合格)指导教师姓名所在单位指导时间中国地质大学(武汉)远程与继续教育学院 本科毕业设计(论文)评阅教师评阅意见表 学生姓名: 戴元哲 学号: 090F31143086 专业: 电气化及其自动化 毕业设计(论文)题目: 智能化车窗升降控制系统设计 评阅意见:(请对论文的学术
3、水平做出简要评述。包括选题意义;文献资料的掌握;所用资料、实验结果和计算数据的可靠性;写作规范和逻辑性;文献引用的规范性等。还须明确指出论文中存在的问题和不足之处。)填写要求:1.请评阅教师按以上要求填写意见,2.上传论文时不得将以上括号内的内容删除。3.当学生论文评阅成绩不及格重写时,评阅教师要重新填写意见及新的评阅日期。 (评阅教师填写指导意见时请将填写要求删除)修改意见:(针对上面提出的问题和不足之处提出具体修改意见。评阅成绩合格,并可不用修改直接参加答辩的不必填此意见。)毕业设计(论文)评阅成绩 (百分制): 评阅结论: (同意答辩、不同意答辩、修改后答辩)评阅人姓名所在单位评阅时间论
4、文原创性声明本人郑重声明:本人所呈交的本科毕业论文智能化车窗升降控制系统设计,是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。论文中引用他人的文献、资料均已明确注出,论文中的结论和结果为本人独立完成,不包含他人成果及使用过的材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员已在文中说明并致以谢意。本人所呈交的本科毕业论文没有违反学术道德和学术规范,没有侵权行为,并愿意承担由此而产生的法律责任和法律后果。 论文作者(签字):戴元哲 日期:2016年9月2日3摘 要汽车车窗升降控制系统是车身电子中重要组成部分。本课题以汽车车窗永磁直流电机为控制对象,设计了智能化车窗升降控制系统,利用C语言编写控制策略程序,
5、实现了车窗上升、下降、停止、防夹等功能。首先,介绍了本论文课题来源和意义,并指出了课题研究的主要内容。其次,深入分析了汽车电动车窗的结构和工作原理,指出了汽车电动车窗的智能化及网络化发展趋势。再次,本论文设计了汽车车窗升降控制器,其中包括硬件电路设计和相关的控制软件设计,结合具体的实际条件,提出了汽车车窗的防夹控制策略。最后,对全文做了总结,并提出了后期的工作展望。本课题设计的智能化车窗升降控制系统,不仅避免了汽车电控系统的增加而导致的线束复杂、布线困难等缺点,而且优化了车窗控制方法,有利于车窗的实时控制,满足了人们对于汽车安全性、舒适性和方便性的要求。关键词:1 、汽车车窗 2、升降控制 3
6、、CAN总线 4、防夹目 录第一章 绪论1(一)课题的来源及意义1(二)毕业论文主要内容1第二章 汽车车窗结构和原理2(一)车窗结构21、车窗开关结构22、车窗电动机结构23、车窗升降器结构2(二)车窗工作原理31、传统型车窗32、新型车窗4(三)本章小结5第三章 车窗升降控制系统硬件设计6(一)系统整体硬件设计方案6(二)系统核心元器件介绍61、微控制芯片STC12C5A08S262、CAN控制器SJA100073、CAN收发器82C25084、电机驱动芯片MC334868(三)车窗升降控制系统电路设计91、 电源模块电路设计102、CAN通讯电路设计113、电机驱动电路设计124、串口通讯
7、电路设计125、按键电路设计136、时钟及复位电路设计14(四)车窗控制器及调试系统搭建14(五)本章小结15第四章 车窗升降控制系统软件设计16(一)系统软件设计概述161、 软件设计思想162、系统功能实现16(二)Keil集成开发环境介绍17(三)系统程序设计181、车窗上升及下降程序设计182、按键程序设计213、电流A/D转换程序设计244、参数修正程序设计265、防夹及过流保护程序设计276、CAN通讯程序设计29(四)系统功能调试341、车窗上升和下降功能调试342、车窗参数修正功能调试343、车窗防夹功能调试354、车窗CAN通讯功能调试36(五)本章小结36第五章 结论37致
8、 谢38参考文献39 6中国地质大学(武汉)远程与继续教育学院本科毕业设计(论文)第一章 绪论(一)课题的来源及意义跟随汽车电子技术的飞速发展,现代汽车中所使用电子通讯控制系统系统日益渐多,如发动机电控系统、防滑控制系统(ASR)、防抱死制动系统(ABS)、自动变速器控制系统、自动巡航系统(ACC)和车载多媒体系统等,这些系统之间均需进行大量数据交换,如此巨大的数据交换量,如果仍采用传统点对点的连接传输方式将是难以想象的1-5。目前,大多数汽车都应用了CAN总线技术,特别是在车身电子控制网络方面,其具有不可替代的优势。 CAN控制器 局域网络(Controller Area Network,C
9、AN)由于具有成本低、可靠性高等特点,因此CAN总线技术颇受青睐。智能化汽车车窗升降控制系统是车身电子系统中的重要组成部分,通过CAN总线实现车窗升降控制系统的网络化,优化了控制方法,避免了汽车电控系统的增加而导致的线束复杂、布线困难等缺点6。(二)毕业论文主要内容本论文以汽车车窗永磁直流电机为控制对象,设计了智能化车窗升降控制系统,利用C语言编写控制策略程序,实现车窗上升、下降、停止及防夹等功能。本文主要研究内容如下:(1)车窗结构和原理阐述;(2)智能化车窗升降控制系统的硬件电路设计,具体包括CAN总线接口、电源、电机驱动电路等;(3)结合具体的实际条件及车窗升降电机工作电流的特点,提出车
10、窗防夹算法;(4)结合模块化和层次化思想进行控制系统软件设计;(5)通过实验并调试该系统车窗上升、下降和防夹等功能。第二章 汽车车窗结构和原理(一)车窗结构1、车窗开关结构汽车左前车窗开关结构如图2-1所示,主要由开关外壳、开关后盖及电路板组成。左前车窗开关可以实现整车车窗的集中控制。其它三个车窗开关结构基本相似,功能上只能控制相应的车窗升降7,8。图2-1 汽车左前车窗开关结构图2、车窗电动机结构汽车车窗电动机主要由电动机、减速装置等组成。车窗电动机是永磁、两级直流电动机,其内部有减速装置,通过改变电流方向来实现电机正反转,从而调整车窗的升降9。3、车窗升降器结构汽车车窗升降器结构如图2-2
11、所示,主要由升降器电机、夹持器、托架、拉索、绳轮组成10。图2-2 汽车车窗升降器结构图(二)车窗工作原理车窗基本工作原理是:驾驶员通过车窗开关控制电动机正反转,电机通过内部减速装置,减少输出转速,增大扭矩,从而驱动车窗升降器玻璃稳定升降11,12。其工作原理如图2-3所示。图2-3 汽车车窗工作原理图1、传统型车窗传统电动车窗控制部分主要由主、副开关、电动机、电动机断路器等组成。其具备的基本功能有车窗的上升、下降和停止等动作13。如图2-4为传统电动车窗电路图。 图2-4 传统电动车窗电路图2、新型车窗图2-5 为新型电动车窗结构图。新型电动车窗在车窗开关处有专门的电路控制模块,其功能还增加
12、了防夹、软停止、电机堵转保护及电机温度保护等14。图2-5 新型电动车窗结构图随着汽车总线技术的不断发展,新型电动车窗开始运用汽车总线技术,将汽车车窗各个控制模块组成一个网络,从而对车窗进行实时有效控制。由于电机霍尔元件的存在,不仅能定位车窗玻璃的位置,而且更有利于车窗防夹算法的可靠性15,16。(三)本章小结本章主要介绍了汽车电动车窗的结构和工作原理。通过对车窗结构和工作原理的介绍,更加深入地了解电动车窗的基本工作过程。另外,通过传统电动车窗和新型电动车窗的介绍,了解了汽车电控车窗技术的发展动态,特别是汽车总线技术的不断发展,更有利于汽车车窗控制系统的网络化和智能化。第三章 车窗升降控制系统
13、硬件设计汽车车窗从机械控制到逐步实现电动控制经历了无数技术突破。起初,汽车电动车窗控制主要通过主、副开关实现不同的电路连接,从而实现车窗电机的正反转控制。目前,大多数电动车窗都有车窗控制电路板,通过微控制器实现车窗升降,并且车窗功能更加完善。(一)系统整体硬件设计方案文中智能化汽车车窗升降控制系统主要设计并实现以下功能:1、车窗上升、下降及停止;2、按键长按、短按(点动)功能;3、CAN通讯功能;4、防夹及电机过流保护功能;本论文系统硬件设计内容如下:硬件整体设计方案;微控制芯片(ECU)型号的选择;电源电路设计;ECU外围电路设计;电机驱动电路设计; CAN通信接口电路设计等。其硬件构成如图
14、3-1所示。接口电路微控制芯片(ECU)STC12C5A08S2电源接 口 电 路串口通讯霍尔传感器车窗按键A/D电机电流CAN通讯MC33486电机 图3-1 系统硬件结构示意图(二)系统核心元器件介绍1、微控制芯片STC12C5A08S2微控制芯片是控制系统的核心部件,主要负责按键状态采集、霍尔传感器数据采集、电机工作电流A/D转换、电机驱动电路控制以及CAN总线数据发送和接收等任务。因此微控制芯片的选型是整个系统设计的关键环节。本系统选用宏晶科技8051单片机STC12C5A08S2芯片17,18,其为强型8051 CPU,频率:0 35MHz,相当于普通8051的0 420MHz;片上
15、集成1280字节RAM,有EEPROM功能;40个通用I/O口;支持IAP/ISP编程;4个16位定时器;2路PWM(脉宽调制),2路PCA(可编程计数器阵列)等功能。图3-2 STC12C5A08S2管脚图2、CAN控制器SJA1000选用的CAN控制器信号为SJA1000,它是PHILIPS半导体PCA82C200 CAN控制器(BasicCAN)的替代品,具备PeliCAN工作模式,支持很多新特性的CAN2.0B协议,其内部结构如图3-3所示。SJAl000主要有以下几个功能模块20-22:接口管理逻辑(IML)、发送缓冲器(TXB)等。在硬件电路设计上,对于单片机而言,SJA1000相
16、当于外部RAM。图3-3 SJA1000内部结构框图3、CAN收发器82C250CAN收发器选用82C250, 82C250具体功能如下。其主要特性如下: 与ISO11898标准完全兼容; 高速率(最高可达1Mbps); 采用斜率控制(Slope Control),降低射频干扰(RFI); 过热保护; 低电流待机模式; 总线至少可连接110个节点。4、电机驱动芯片MC33486对于本系统车窗升降电机,最大工作电流可达20A,故选用MC33486作为驱动芯片。该芯片包括两个N沟道功率MOS管和一个控制模块,是当今市场最流行的电动车窗驱动芯片23-25。其引脚排列如图3-4所示。图3-4 MC33
17、486引脚图MC33486内部有两个高功率MOS管,通过外部再连接两个功率MOS管可实现电机的H桥式控制。GLSl、GLS2为2个低端输出,OUT1和OUT2为2个高端输出引脚26,27。该芯片功能特性如下:(1)正常输出直流电流为10A;(2)最大峰值电流可达35A;(3)直流输入电压范围较宽,达828V;(4)电压超过28V时具有过压保护;(5)对低端和高端均具有过流保护;(6)斩波控制下频率可达30KHz;(三)车窗升降控制系统电路设计本论文采用Protel DXP对车窗控制系统进行电路设计。Protel DXP软件包含SCH设计、SCH仿真、PCB设计等功能,覆盖了以PCB为核心的整个
18、物理设计28,29。图3-5为智能车窗升降控制系统原理图,图3-6为智能车窗升降控制系统PCB图。图3-5车窗控制器原理图图3-6车窗控制器PCB图1、 电源模块电路设计在系统硬件电路设计中,电源电路设计是整个系统功能实现的关键。电源由蓄电池提供12V电源,MCU芯片工作电压为5V,故进行电压转换。本设计电源模块如图3-7所示。图3-7电源模块电路图LM78系列三端稳压IC是非常广泛的稳压集成电路芯片。LM78芯片所需外围电路极少,且内部已集成过流、过热等保护电路30。在电源模块中,12V电源经过LM7809稳压输出9V电源,然后经过LM7805将9V电源稳压输出5V电源;220uF的电解电容
19、保证电源稳定输出,防止电源波动;0.1uF的贴片陶瓷电容在系统中起到防止高频干扰的作用。此外,在电源模块中还有一个DC/DC芯片B0505M1W,该芯片应用在CAN通讯电路中,起到电压隔离的作用。2、CAN通讯电路设计如图3-8所示为CAN通信原理图,该模块主要包括独立CAN控制器SJA1000等。控制器SJA1000的AD0 AD7连接微控制器STC12C5A08S2的P0端口,由于P0口无上拉电阻,故需要外接10K的电阻。片选端口连接微控制器的P2.7端口,微控制器通过将P2.7置0来选中SJA1000,通过此端口也确定了SJA1000的片外地址,微控制器就可以方便的读/写数据。图3-8
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- 智能化车窗升降控制系统设计 智能化 车窗 升降 控制系统 设计
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