CN103216170A - 一种基于lin总线接口的汽车智能车窗开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于LIN总线接口的汽车智能车窗开关，包括开关外壳、开关按钮、内置电路板，其特征在于：所述内置电路板包括一次连接的电源模块、信号采集模块、微控制器模块、LIN通讯模块。本车窗开关利用LIN技术，只需要将LIN端口接到车身LIN总线上，不仅能极大的节省线束成本，增加车内空间，而且具有在线故障自诊断功能，可以快速检测故障更可以减少控制器数量，使车窗开关由传统的点对点控制成为LIN网络一个节点，把编写好的程序烧写到电路板的控制器中，在保证供电正常的条件下将开关LIN引脚引出挂在LIN总线上，由此实现与车身的通信达到控制车窗升降的目的。

Description

一种基于LIN总线接口的汽车智能车窗开关

技术领域

本发明属于基于LIN总线技术的汽车车身电子网络控制应用领域，涉及汽车开关，尤其是一种基于LIN总线接口的汽车智能车窗开关。

背景技术

汽车车窗玻璃升降，包括驾驶员侧车窗玻璃升降、乘客侧车窗玻璃升降、左后门侧车窗玻璃升降、右后侧车窗玻璃升降.目前，汽车玻璃的升降已经由起初的手动升降发展到现在的电动玻璃升降。手动升降是手摇式，驾驶员或者乘客通过正向摇动让玻璃上升，通过反向摇动手柄让玻璃下降，这是由机械原理实现的。随着汽车电子技术的发展，现在的汽车车窗玻璃升降基本都是电控的，驾驶员侧车窗开关可以控制四个车门车窗玻璃的升降，在控制其他三个车门车窗玻璃升降的时候，驾驶员侧车窗开关较其他开关具有优先权。这类传统电动车窗开关大多由开关外壳、开关按钮、内置电路板（包括电子器件）构成，可以看出作为传统电动开关的内置电路板是核心，虽然驾驶员侧的开关模块的功能较其余3个开关模块多，但是它们均是传统的开关模块，其控制原理基本相似，即电源正极、继电器（或者用电器）、开关模块（传统开关）、电源负极形成电路回路实现对器件的控制。

我们认为，传统的设计存在以下几个劣势：

1、继电器的频繁接通和断开会产生一些电磁兼容的问题，影响其周围的电子元器件的正常工作。

2、传统的车窗开关直接控制车窗玻璃升降电机的电流回路，开关触点控制的通断电流较大，其电流为安培级，故开关触点易烧蚀失效，可靠性差。

3、传统的开关控制一般是一对一的控制，这样每个开关都需要与控制对象之间进行连线，如果开关器件与控制对象距离比较远这样的连线显然带来很多弊端如增加车重和成本，挤占了车内空间，信息传输效率不高，如果发生问题还不便于检修。

4.传统的车窗只是起到信号采集的作用，给电机一个动作信号而已，不具备电机运行状态的监视作用，电机的具体运行状态还需要电机控制器来完成。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种基于LIN总线接口的汽车智能车窗开关，该智能车窗开关集机械、电子、信息于一体，实现汽车控制功能一体化，使用LIN技术不仅改变了传统开关一对一的控制方式，而且实现了将传统车窗控制系统硬件部分的微处理器、霍尔传感器、固态继电器的功能。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种基于LIN总线接口的汽车智能车窗开关，包括开关外壳、开关按钮、内置电路板，其特征在于：所述内置电路板包括一次连接的电源模块、信号采集模块、微控制器模块、LIN通讯模块，所述电源模块采用LM317，所述信号采集模块采用六路施密特触发反向器SN74LS14，所述微控制器模块采用MC9S08MP单片机，该单片机采用8位HCS08中央处理单元，所述LIN通讯模块选用LIN接口芯片Freescale的MC33661。

而且，所述车窗直流电机的控制采用MC9S08MP内部的PWM模块和A/D转换模块，该直流电机驱动电路选用四个三极管D1、D2、D3、D4组成桥式驱动电路来驱动，采用二极管Q1、Q2、Q3、Q4保护三极管，单片机的两个输出口U1、U2分别送出PWM1及PWM2信号，用来实现电机的调速和正反转。

2、本发明的优点和有益效果为：

1、本车窗开关不改变开关外部结构的情况下，对其内置的电路结构、电子元器件进行改进和升级，加入了LIN技术，成为一种带LIN接口的汽车智能车窗开关，它不仅解决了传统开关存在的技术弊端，同时简化了车身线束，对汽车使用过程中的维护与检修提供了便利。

2、本车窗开关利用LIN技术，只需要将LIN端口接到车身LIN总线上，不仅能极大的节省线束成本，增加车内空间，而且具有在线故障自诊断功能，可以快速检测故障，更可以减少控制器数量，使车窗开关由传统的点对点控制成为LIN网络一个节点，把编好的程序烧写到电路板的控制器中，在保证供电正常的条件下将开关LIN引脚引出挂在LIN总线上，由此实现与车身的通信达到车窗玻璃升降控制的目的。

3、本车窗开关取消了继电器通过单片机以及LIN的收发芯片的控制，极大地提高了开关的可靠性和实用性。

4、本车窗开关不仅完全包括传统电控开关的一切功能，而且在开关发生故障的情况下不影响其他开关的正常工作，并可以用故障检测设备通过车身LIN网络快速查找到有故障的开关。

5、本车窗开关还具有防夹手、电机驱动与保护功能，该车窗开关可以直接实现车窗电机驱动即不需要电机控制器。

附图说明

图1为本发明的智能开关模块内部电路连接简易框图；

图2为本发明的电机驱动电路图；

图3为本发明的软件流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种基于LIN总线接口的汽车智能车窗开关，包括开关外壳、开关按钮、内置电路板（包括实现电子元器件），外壳和按钮与传统电动开关一样，内置电路板是主要核心技术，内置电路板包括电源模块、信号采集模块、微控制器模块、LIN通讯模块，其简单框图参见图1，以说明智能开关模块内部电路系统之间的关系。

下面分别介绍各个模块的功能：

1、电源模块：给整个电路提供稳定的电压，采用LM317是应用最为广泛的电源集成电路之一，它不仅具有固定式三端稳压电路的最简单形式，又具备输出电压可调的特点。此外，还具有调压范围宽、稳压性能好、噪声低、纹波抑制比高等优点，输出电压：1.25-37V DC，输出电流：5mA-1.5A，使用环境温度：-10-+85℃。

2、信号采集模块：主要功能是对有开关的动作进行信号采集，采用六路施密特触发反向器SN74LS14，本模块可以不用译码器也可以实现对传统电机的控制，但是使用译码器有以下两点好处：

（1）保证输出不会出现两个或两个以上的引脚出现高电平，并可以避免电机在意外条件下的损坏。

（2）对促进系统的稳定性起到一定的作用，即起到一定的隔离作用，这也是本电路设计的一个优点。

3、微控制器模块：采用MC9S08MP单片机，MC9S08MP单片机是飞思卡尔针对电机控制和数字电源等应用推出的微型控制器产品。

该单片机采用8位HCS08中央处理单元，利用小型封装、低管脚的设计提高器件的灵活性。工作电压2.7V-5.5V，适应–40℃到125℃温度范围，CPU速度高达40MHZ，支持48个中断/重置源,1kb RAM可通过提供用于编程的更多RAM缩短开发时间，16kb闪存读取/编程/删除，并且允许用户在几乎任何环境下充分利用应用中的可编程优势。此外，在节能方面，该芯片具有两个低功率停止模式和功率减低的待机模式，允许功率减低状态下不中断采样，降低了总体系统功耗。

在外设方面该芯片的中断优先级控制器（IPC），可以提供基于硬件的嵌套能力，简化软件的设计。此外，该器件带LIN扩展的SCI模式，并提供UART通信，同时集成了SPI和IIC。

本智能车窗开关主要使用MC9S08MP内部的PWM模块和A/D转换模块对车窗直流电机进行控制，达到对电机的驱动以及保护，其保护功能中也就包括车窗防夹手功能。电机驱动电路如图2所示，选用四个三极管D1、D2、D3、D4组成桥式驱动电路来驱动电机，三极管具有开关速度高，导通电阻小等优点，适合用于驱动电路中；电路中的二极管Q1、Q2、Q3、Q4起到保护三极管的作用。单片机的两个输出口U1、U2分别送出PWM1及PWM2信号，可用来实现电机的调速和正反转。当输出PWM1信号时，而PWM2口输出低电平时，电机正转；相反当PWM1口输出低电平，而PWM2口输出信号，电机则反转，该功能可通过按键控制由软件编程实现。

当出现车窗在上升过程中出现电机堵转（包括夹手），在堵转瞬间会出现大电流，单片机检测到电流变化后，通过软件编程截断PWM信号输出，使控制器失效，从而达到是电机停止转动的目的。

4、LIN通讯模块：这里选择最为简单的LIN接口芯片Freescale的MC33661。选用该芯片可以形成MCU+LIN芯片的组合，不仅降低了成本，并更具通用性。以下两点是本系统选择MC33661的原因：

MC33661是LIN最简单的收发器芯片便于电路设计，能够满足LIN协议；

MC33661不仅具有低功耗，抗干扰能力强，而且可以控制外部稳压器。

需要进一步说明的是：

本发明申请针对传统汽车开关是采用一对一的控制方式，需要通过大量线束连接到不同的控制对象，不仅挤占车内空间而且也增加生产成本，降低系统可靠性，一辆中档轿车线束的长度平均已达1600m，多达300个接头，2000个插针，线束越来越复杂，布线越来越困难，在汽车设计、装配、维护中的负担甚至到了无法承受的程度。由此可见对车窗开关模块进行优化设计是很有必要的，如果在该智能开关模块设计过程中，采用CAN总线技术将不利于成本的降低还会增加技术难度，我们知道在汽车的车身控制设计中，决定设计方案的主要因素是成本、性能和可靠性，而类似车门、车灯、车窗、空调、音响等设备由于其功能简单，传输效率低，且并不涉及安全性问题，故没有必要使用CAN总线，如果这些设备间使用LIN总线连接，恰好可以在不影响性能、可靠性的基础上大大的降低成本。LIN总线作为一种低成本的串行通信网络，用于实现汽车中的分布式电子系统控制，目标是为成本较高的CAN提供辅助功能,在LIN实现的系统中通常将模拟信号量用数字信号所代替，这将使总线性能优化。

汽车车窗开关模块主要包括驾驶员侧车窗开关模块、乘客侧车窗开关模块、左后车车窗开关模块、右后车窗开关模块，我们设计的智能开关在具备传统车窗开关控制功能的（连续下降、点动下降；连续上升、点动上升）同时创新性的将电机控制器的功能（电机保护、防夹手）融入进来，即该智能车窗开关完全可以取代传统的车窗开关和电机控制器，不仅解决传统车窗开关导致的线束等复杂等问题，更有助于实现车身控制功能的集中化。

驾驶员侧开关模块可以控制四个车窗，因此将驾驶员侧车窗开关模块作为主节点，其他三个开关模块作为从节点，在车身网络中，主控节点可以起到以下两点作用：

(1)负责采集各种输入信号量，如：脉冲量、模拟量以及包含各种控制开关的开关量等。主控节点通过开关触点来检测它们。

(2)除了要采集信号量，主控节点还要担负LIN网络的传输功能。它负责发送和接受LIN总线上的消息，同时，通过LIN总线对从节点进行查询将查到的从节点上的相关信号发布到网络上，从节点仅在主节点的控制下在LIN总线上发送数据，一旦数据发布到总线上，任何节点都可以接收该数据。

通过设计使该实用开关模块成为车身LIN网络的一个节点，实际应用证明该实用开关模块具有低成本、易于维护等优点，具有一定的开发和推广价值。

关于本发明申请的软件设计

由于智能开关控制系统主要通过发送LIN信号实现对汽车四个车窗玻璃升降电机的控制，要使LIN节点有效、实时的完成操作，软件设计是重点。程序设计采用模块化的思想，使程序结构清晰具有良好的移植性行和可修改性，图1是软件控制流程图。

通过以上论述，本车窗开关的具体触发到控制过程为：玻璃升降按钮被动作，此时开关模块的开关信号采集系统将其进行转化并传输到最小系统中，最小系统对按钮动作进行识别后将其转化为LIN的报文形式，经LIN通讯系统与车身LIN网络实现信息的互动，以此实现对车窗玻璃升降电机的控制。

Claims (2)

1.一种基于LIN总线接口的汽车智能车窗开关，包括开关外壳、开关按钮、内置电路板，其特征在于：所述内置电路板包括一次连接的电源模块、信号采集模块、微控制器模块、LIN通讯模块，所述电源模块采用LM317，所述信号采集模块采用六路施密特触发反向器SN74LS14，所述微控制器模块采用MC9S08MP单片机，该单片机采用8位HCS08中央处理单元，所述LIN通讯模块选用LIN接口芯片Freescale的MC33661。

2.根据权利要求1所述的基于LIN总线接口的汽车智能车窗开关，其特征在于：所述车窗直流电机的控制采用MC9S08MP内部的PWM模块和A/D转换模块，该直流电机驱动电路选用四个三极管D1、D2、D3、D4组成桥式驱动电路来驱动，采用二极管Q1、Q2、Q3、Q4保护三极管，单片机的两个输出口U1、U2分别送出PWM1及PWM2信号，用来实现电机的调速和正反转。

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