CN101748952A - 汽车can总线电动车窗控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车CAN总线电动车窗控制装置，它包括电源电路(1)、CAN总线收发器(2)、光电耦合器(3)、微控制器(4)、功率驱动电路(6)、升降开关接口电路(7)、信号处理电路(8)。电源电路(1)包含蓄电池和稳压/隔离电源，微控制器(4)包含PIC单片机和CAN总线控制器，功率驱动电路(6)包含电流采样电路(5)，电流采样电路(5)由功率驱动电路(6)中的Cur R端与微控制器(4)的RAO端口相连接构成。本发明可以使连接车内五个车窗的导线减少为原来的五分之一。同时该控制装置有车窗防夹功能，可有效防止人体的夹伤，提高汽车的安全性。

Description

汽车CAN总线电动车窗控制系统

技术领域：

本发明涉及一种汽车电动车窗控制装置。

背景技术

汽车电动车窗控制器通常采用的是“点对点”的单一控制方式，相互之间少有联系。这样就使车内线束增加、布线复杂、可靠性差。无论是从材料成本还是从工作效率来看这种布线方式都难以满足现代汽车发展的需要。

另外，目前国内有的汽车采用了电动防夹车窗，能够有效防止人体被电动玻璃夹伤；如采用霍尔传感器时刻检测电动机的转速，当电动车窗在上升过程中遇到障碍物时，电机转速就会减缓，霍尔传感器把检测到转速变化转换成电流的变化传送至微处理器，微处理器发出控制信号通过继电器使车窗电机停转或反转，于是车窗也就停止移动或下降，因此具有一定的防夹功能。但是采用霍尔传感器的结构存在结构复杂、成本高、安装不便等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种汽车CAN总线电动车窗控制系统，以克服现有汽车电动车窗控制系统线路复杂、控制接点多、导线用量大的问题以及安装霍尔传感器带来的附加成本之不足。

本发明解决其技术问题及所采用的技术方案是：它包括

电源电路，汽车的车载电源是+12V，而微控制器需要+5V的直流电源，因此需要对车载电源进行直流电压变换后，为系统提供电源；

CAN总线收发器，用于CAN控制器与物理总线之间的接口，提供对总线的差分发送和接收的能力，同时实现电平转换；

光电耦合器，用于增强CAN总线节点的抗干扰能力。微控制器通过光电耦合器后与CAN总线收发器相连，可以很好地实现总线上各个CAN节点之间的电气隔离，提高了节点的稳定性和安全性；

微控制器，采用8位嵌入式的单片机为核心构成汽车车窗的电子控制单元，形成一个以部件控制为目标的且相对独立的CAN总线控制系统。在使车窗控制更为便捷、可靠、安全的同时，实现车窗的防夹功能。

功率驱动电路，其输入端与微控制器相连，用于接收控制信号；输出端与车窗电机相连接，控制车窗电机动作；

升降开关接口电路，采用独立式升降开关与微控制器相连，用于接收指令，完成对各个车窗方便、可靠和安全的控制。

信号处理电路，用于最大限度地减少车窗升降开关动作时所带来的高频干扰。

电源电路包含蓄电池和稳压/隔离电源，稳压/隔离电源的输入正、负端与蓄电池的正、负极相连接，稳压电源的输出端与微控制器、光电耦合器、CAN总线收发器、信号调理电路、驱动电路连接。电源电路用于驱动车窗电机，支持芯片工作。

微控制器包含PIC单片机和CAN总线控制器，PIC单片机与光电耦合器、信号处理电路和驱动电路相连接。

驱动电路包含电流采样电路，电流采样电路由驱动电路中的Cur R端与微控制器的RA0端口相连接构成。通过电流采样电路获得车窗升降是否有异常，进而控制车窗的升降，实现防夹功能，防护人身安全。

用于各器件连接的CAN总线为两根导线。

由于CAN总线技术来源于工业现场控制总线和计算机局域网这样非常成熟的技术，具有很高的可靠性、实时性和抗干扰性，特别适合用于汽车这种工作环境恶劣、电磁辐射强和振动大的工作场合，其主要特点是：仅用数量极少的导线就能实现多路信号的实时传输。采用CAN总线把汽车的四个车窗控制器和顶部车窗控制器连接成一个局域网后能够在实现对汽车车窗方便、自如、灵活控制的同时使车内的布线减少为原来的五分之一，增加汽车的可靠性和安全性。

本发明同时还实现了防夹功能，即通过采用智能功率器件控制车窗电机，通过采样流过车窗电机中的电流，监测车窗玻璃升降过程中遇到的阻力变化从而自动执行防夹功能，同时可实现对车窗电机的过流、过压和过热保护。

与现有技术比较，本发明的有益效果是，可以使连接车内五个车窗的导线减少为原来的五分之一。同时该控制装置有车窗防夹功能，可有效防止人体的夹伤，提高汽车的安全性。该系统仅用两条导线就可以实现对五个车窗方便、灵活的控制，同时电动车窗具有防夹功能和完善的保护功能。

附图说明

图1为本发明的CAN总线电动车窗控制网络拓扑图；

图2为本发明的CAN总线电动车窗控制系统方框图；

图3为本发明的PIC18F258微控制器示意图；

图4为本发明的高速光电耦合器6N137的示意图；

图5为本发明的CAN总线收发器PCA82C250的示意图；

图6为本发明的驱动电路MC33486的示意图；

图7本发明的电源电路的示意图。

具体实施方式

本发明的实施例：本发明的总体网络连接如附图1所示。汽车驾驶室车窗主控制器、副驾驶室车窗控制器、后排左侧车窗控制器、后排右侧车窗控制以及顶部车窗控制器用CAN总线将他们连接起来，通过单片机对其进行控制。其中驾驶室车窗主控制器，除了能控制自身车窗升降外，还能通过CAN总线独立地控制其他三个电动车窗的升降以及顶部天窗的开闭。

如图2所示，本发明包括电源电路1、CAN总线收发器2、光电耦合器3、微控制器4、驱动电路6、升降开关接口电路7、信号处理电路8。

其中，电源电路1包含蓄电池和稳压/隔离电源，稳压/隔离电源的输入正、负端与蓄电池的正、负极相连接，稳压电源的输出端与微控制器4、光电耦合器3、CAN总线收发器2、信号处理电路8、功率驱动电路6连接。

微控制器4包含PIC单片机和CAN总线控制器，PIC单片机与光电耦合器3、信号处理电路7和驱动电路6相连接。

功率驱动电路6包含电流采样电路5，电流采样电路5由功率驱动电路6中的Cur R端与微控制器的RA0端口相连接构成。

下面具体介绍本发明采用的器件及其连接情况。

微控制器4作为整个控制系统的核心。为了适应汽车的恶劣工作环境同时又考虑到性价比，选择具有汽车级温度范围且价格低廉的美国MICROCHIP公司的PIC18F258微控制器。PIC18F258微控制器有着先进的精简指令集构架、增强型内核，32级堆栈和多种内部和外部中断源，内部带有CAN总线控制器，并采用了程序和数据空间完全分开的“哈佛”结构。这种结构大大降低了PIC微控制器的总体成本，同时提高了运行效率。微控制器电路如附图3所示。

光电耦合器3采用6N137高速光电耦合器。为了提高系统的抗干扰能力和传输信号的能力，采用6N137高速光电耦合电路可以很好地实现总线上节点之间的电器隔离。高速光电耦合器的两个电源VCC和VCC必须采用电源隔离电路进行完全隔离，6N137高速光电耦合器电路如附图4所示。

CAN总线收发器2采用PCA82C250。PCA82C250是PHILPS公司的CAN总线接口芯片，是CAN控制器与物理总线之间的接口，提供对总线的差分发送和接收的能力。它与ISO11898标准完全兼容，有3种不同的工作方式即高速、斜率控制和待机，可以根据实际情况选择，在本方案中选择高速工作方式。该芯片引脚少，使用简单。CAN总线采用PCA82C250芯片作为与总线之间的接口，PCA82C250的CANH、CANL的引脚各自通过一个电阻与CAN总线相连，电阻可以起到一定的限流作用，保护PCA82C250免受过流的冲击。CANH和CANL与地之间并联两个小电容，可以起到滤除总线上的高频干扰和防电磁辐射的能力。PCA82C250电路如附图5所示。

功率驱动电路6采用MOTOROLA公司的智能功率器件MC33486，将它直接与微控制器PIC18F258相连，接收控制信号。此芯片的应用模式为桥式结构，内部模块已经包括两个高端功率MOSFET，这样就与外接的两个低端功率MOSFET器件构成了一个完整的H桥，实现对车窗电机的“正/反”向控制如附图6所示。图中的MOS₁、MOS₂为MC33486芯片的内置MOSFET，MOS₃、MOS₄为外接的两个MOSFET(MC1413)。V_in为驱动芯片供电电压，IN₁、IN₂受MCU的直接控制，GLS₁、GLS₂与IN₁、IN₂成逻辑“非”关系。OUT₁、OUT₂直接驱动车窗电机。例如：IN₁、IN₂为“1”、“0”时，相应的GLS₁、GLS₂为“0”、“1”。此时，MOS₁导通，MOS₂截止，MOS₃截止，MOS₄导通，所以OUT₁、OUT₂输出的逻辑电平为“1”、“0”，驱动车窗电机朝某一个方向运转，反之亦然。图中与MOSFET并联的二极管是反向续流二极管，保护功率芯片不受损坏。

电流采样电路5包含在功率驱动电路6中，由功率驱动电路6中的Cur R端与微控制器的RA0端口相连接构成。车窗的防夹功能主要是通过监测车窗电机在工作时电流的变化来实现的，车窗电机电流的变化能够较为正确地反映车窗的运动状况。车窗在上升的过程中如果没有受到阻碍则电机电流应是一条变化比较缓慢的曲线。但是如果车窗受到了阻碍，那么电机电流就会出现很大的变化。因此，通过对在外部条件相同的情况下测得的电流进行滤波及处理后，可以用它作为判断车窗是否受到夹持的依据。MC33486功率芯片的Cur R引脚有负载电流线性复制的功能，它能以高端输出电流1/3700的比例监控输出端的电流，有如下数学关系：

$I_{\mathrm{CurR}}=\frac{1}{3700}*I_{\mathrm{Load}}$

其中，I_CurR为功率芯片的Cur R端输出的电流，I_Load为车窗电机电流。

这个电流通过分压把电流转换成电压输入到微控制器的RA0端(附图6)。输入到微控制器的电压为：

U＝I_CurR*R₇

电压U经过“模-数”转换后就可以得到负载的真实电流。因此，监测输入到微控制器的电压U就等同于监测车窗电机中的电流。从而可实现电动车窗的防夹功能。

电源电路1包含蓄电池和稳压/隔离电源。汽车系统的车载电源是+12V，而控制器需要+12V和+5V两种直流电源供电。因此需要用三端稳压器LM78L05进行从+12V电压到+5V电压的转化。其中+12V电源主要是给车窗电机提供驱动电压，+5V电源则给电路中的芯片提供工作电压。电路原理如附图7所示。图中的电容起滤除高频干扰和低频干扰的作用，+B为车载蓄电池电源，V_CC为+5V电源。电源电路图连接方式是：稳压/隔离电源的输入正、负端与汽车蓄电池的正、负极相连接，稳压电源的输出端为PIC单片机、光电耦合器、CAN收发器、信号处理电路、功率器件提供稳定的工作电源(附图7)。

Claims (5)

1.一种汽车CAN总线电动车窗控制系统，其特征在于：它包括

电源电路(1)，为系统提供电源；

CAN总线收发器(2)，用于CAN控制器与物理总线之间的接口，提供对总线的差分发送和接收的能力，同时实现电平转换；

光电耦合器(3)，用于增强CAN总线节点的抗干扰能力；

微控制器(4)，采用8位嵌入式的单片机为核心构成汽车车窗的电子控制单元，形成一个以部件控制为目标的且相对独立的CAN总线控制系统；

功率驱动电路(6)的输入端与微控制器(4)连接，用于接收控制信号；功率驱动电路(6)输出端与车窗电机相连接，通过控制加在车窗电机线圈上的电压方向控制车窗电机的正转和反转，实现车窗玻璃升降；

升降开关接口电路(7)，采用独立式升降开关与微控制器(4)相连，用于接收指令，完成对各个车窗的控制。

信号处理电路(8)，用于减少车窗升降开关动作时所带来的高频干扰。

2.根据权利要求1所述的汽车CAN总线电动车窗控制系统，其特征在于：

电源电路(1)包含蓄电池和稳压/隔离电源，稳压/隔离电源的输入正、负端与蓄电池的正、负极相连接，稳压电源的输出端与微控制器(4)、光电耦合器(3)、CAN总线收发器(2)、功率驱动电路(6)、信号处理电路(8)连接。

3.根据权利要求1所述的汽车CAN总线电动车窗控制系统，其特征在于：微控制器(4)包含PIC单片机和CAN总线控制器，PIC单片机与光电耦合器(3)、信号处理电路(8)和功率驱动电路(6)相连接。

4.根据权利要求1所述的汽车CAN总线电动车窗控制系统，其特征在于：功率驱动电路(6)包含电流采样电路(5)，电流采样电路(5)由功率驱动电路(6)中的Cur R端与微控制器(4)的RAO端口相连接构成。

5.根据权利要求1所述的汽汽车CAN总线电动车窗控制系统，其特征在于：用于各器件连接的CAN总线为两根导线。

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