CN110821315B - 基于手势控制的汽车电动背门开闭驱动系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于手势控制的汽车电动背门开闭驱动系统及控制方法，包括背门控制单元，背门控制单元的MCU分别与左右两侧的电机驱动电路、门锁上锁、解锁电机驱动电路、电源管理电路、A/D检测电路、开关信号检测电路、通信电路、霍尔驱动电路连接，设置手势识别单元，手势识别单元通过导线与MCU连接，手势识别单元包括手势识别芯片、两个电源芯片，手势识别芯片分别与两个电源芯片电连接，MCU接收到手势识别芯片的手势指令信号后，结合汽车状态信息和背门当前的状态，通过逻辑判断输出控制信号给左右侧的电机驱动电路、门锁上锁和解锁电机驱动电路，控制左右侧的电动撑杆电机、背门上锁和解锁电机运行，实现电动背门的自动开启、关闭和停止功能。
Description
技术领域
本发明涉及汽车电动背门的控制技术领域，特别涉及一种基于手势控制的汽车电动背门开闭驱动系统及控制方法。
背景技术
随着汽车电子驱动技术的进步，以及人们对操作舒适性、便捷性的要求提高，越来越多的汽车背门开始采用电动背门。目前，现有的电动背门系统中，通常有以下几种操作模式，一种是通过操作遥控开关向汽车背门控制单元输入信号，另一种是通过手动的电动背门操作开关向汽车背门控制单元输入信号，还有一种是通过脚踢传感器向汽车背门控制单元输入信号，汽车背门控制单元接收到信号后控制电机工作，使汽车背门打开或关闭。但是，无论是遥控开关还是背门操作开关都需要手动进行操作，有一些手动开关的位置较为隐蔽，难以触摸到，操作十分不方便，而且，脚踢传感器通常是基于电容模式的，在使用时，人们需要站在汽车背门后部合适的位置范围内实施脚踢动作才能够被脚踢传感器识别到，能识别的范围较小，脚踢方式的灵敏度不高，且用户在实施脚踢动作时非常容易踢到保险杠，造成车身受损或人员受伤。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于手势控制的汽车电动背门开闭驱动系统及控制方法，其通过识别用户的手势指令，能实现电动背门的自动开启、关闭或停止，使电动背门的操作变得更加方便简单、提升用户的使用体验。
本发明的技术方案是：一种基于手势控制的汽车电动背门开闭驱动系统，包括背门控制单元，所述背门控制单元的MCU分别与背门的左侧电机驱动电路、右侧电机驱动电路、门锁上锁电机驱动电路、门锁解锁电机驱动电路、电源管理电路、A/D检测电路、开关信号检测电路、通信电路、霍尔驱动电路连接，所述左侧电机驱动电路用于驱动背门左侧电动撑杆的电机，所述右侧电机驱动电路用于驱动背门右侧电动撑杆的电机，所述门锁上锁电机驱动电路用于驱动背门上锁电机，所述门锁解锁电机驱动电路用于驱动背门解锁电机，所述开关信号检测电路用于采集背门门锁开关信号和背门用户开关信号，所述A/D检测电路用于采集背门防夹传感器信号，所述霍尔驱动电路用于采集背门霍尔信号，获取背门的位置状态，所述电源管理电路用于连接车身蓄电池为系统供电，设置一手势识别单元，所述手势识别单元通过导线与背门控制单元的MCU连接，所述手势识别单元包括一手势识别芯片、两个电源芯片，所述手势识别芯片分别与两个电源芯片电连接，其中第一电源芯片的电源输出端连接手势识别芯片的VLED引脚，第二电源芯片的电源输出端连接手势识别芯片的VDD引脚，所述手势识别芯片通过通讯线与背门控制单元的MCU连接进行信号传输。
所述手势识别芯片采用I2C通信、或SPI通信、或LIN通信、或CAN通信与背门控制单元的MCU连接进行信号传输。
所述手势识别单元安装在背门倒车影像旁，或安装在尾灯旁，或安装在驾驶席背门操作开关旁。
所述左侧电机驱动电路结构与右侧电机驱动电路相同。
所述左侧电机驱动电路包括四个场效应管，其中第一场效应管和第二场效应管的漏接用于连接电源，第三场效应管和第四场效应管的源极用于接地，所述第一场效应管的源极和第三场效应管的漏极用于连接电动撑杆电机的一端，所述第二场效应管的源极和第四场效应管的漏极用于连接电动撑杆电机的另一端，所述四个场效应管的栅极分别与MCU的控制端连接。
一种基于手势控制的汽车电动背门开闭驱动系统的控制方法，包括以下步骤：
1）、在手势识别单元中预先储存各种指令手势；
2）、用户向手势识别单元发出一种手势指令，手势识别单元识别该手势指令并向MCU发送；
3）、MCU收到手势识别单元识别的这种手势指令信号后，检测背门当前处于全闭停止、全开停止、中间停止、电动开门、电动关门中的哪一个状态；
4）、MCU根据步骤3）检测到的背门当前的状态，判断是否执行手势指令；
4-1）、若背门处于全闭停止状态，手势识别单元识别到开门手势，MCU控制背门实现电动开门，识别到其它手势，MCU不响应；
4-2）、若背门处于全开停止状态，手势识别单元识别到关门手势，MCU控制背门实现电动关门，识别到其它手势，MCU不响应；
4-3）、若背门处于中间停止状态，手势识别单元识别到开门手势或关门手势，MCU控制背门实现电动开门或电动关门，识别到其它手势，MCU不响应；
4-4）、若背门处于电动开门状态，手势识别单元识别到关门手势或停止手势，MCU控制背门停止开门动作，识别到加速开门手势，MCU控制背门实现加速开门，识别到其它手势，MCU不响应；
4-5）、若背门处于电动关门状态，手势识别单元识别到开门手势或停止手势，MCU控制背门停止关门动作，识别到加速关门手势，MCU控制背门实现加速关门，识别到其它手势，MCU不响应。
所述MCU通过采集背门门锁开关信号、背门的位置状态，以及左侧电机驱动电路、右侧电机驱动电路的控制状态，判断背门当前的状态。
所述手势识别单元通过标定实现手势的录入、清除，以及重新定义手势的控制功能。
采用上述技术方案：手势识别单元包括一手势识别芯片、两个电源芯片，所述手势识别芯片通过通讯线与背门控制单元的MCU连接进行信号传输。在手势识别单元的手势识别芯片中预设各种指令的手势，用户向手势识别单元发出一种手势指令后，手势识别单元识别该手势指令后，通过通讯线发送给MCU，然后MCU根据背门当前的状态判断是否需要执行用户发出的手势指令，如果需要执行手势指令，则MCU控制左侧电机驱动电路、右侧电机驱动电路分别驱动左侧电动撑杆的电机、右侧电动撑杆的电机执行相应动作，使电动背门实现自动开启、关闭、停止或加速等功能。本发明使电动背门的操作更加简单方便，用户只需作出简单的手势即可操作电动背门，操作灵活快速、符合日常习惯，能极大地提升用户体验感。
所述手势识别芯片采用I2C通信、或SPI通信、或LIN通信、或CAN通信与背门控制单元的MCU连接进行信号传输，手势识别芯片可以通过多种通信方式实现与MCU的信号传输，适用性广泛。
所述手势识别单元安装在背门倒车影像旁，或安装在尾灯旁，或安装在驾驶席背门操作开关旁，将手势识别单元安装在这些位置，符合用户日常的手势操作习惯，更有利于手势识别单元识别手势指令。
所述MCU通过采集背门门锁开关信号、背门的位置状态，以及左侧电机驱动电路、右侧电机驱动电路的控制状态，判断背门当前的状态，MCU通过开关信号检测电路采集背门门锁开关信号，检测背门是否处于全锁状态，霍尔驱动电路采集霍尔信号读取背门的位置，以及检测两侧电机驱动电路是否对电动撑杆通电，从而判断背门当前的状态。
所述手势识别单元通过标定实现手势的录入、清除，以及重新定义手势的控制功能，在产品开发过程中，可以按照客户的需求定义手势与控制命令的对应关系。
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明的控制系统的系统框图；
图2为本发明的控制方法的流程图；
图3为本发明中手势识别芯片与MCU的电路连接图；
图4为本发明中手势识别单元的电路原理图；
图5为本发明中左右两侧的电机驱动电路的电路图。
具体实施方式
参见图1至图5，一种基于手势控制的汽车电动背门开闭驱动系统，包括背门控制单元。所述背门控制单元的MCU分别与背门的左侧电机驱动电路3、右侧电机驱动电路5、门锁上锁电机驱动电路7、门锁解锁电机驱动电路9、电源管理电路2、A/D检测电路6、开关信号检测电路4、通信电路8、霍尔驱动电路14连接。所述左侧电机驱动电路3用于驱动背门左侧电动撑杆的电机，所述右侧电机驱动电路5用于驱动背门右侧电动撑杆的电机，所述门锁上锁电机驱动电路7用于驱动背门上锁电机12，所述门锁解锁电机驱动电路9用于驱动背门解锁电机13。所述开关信号检测电路4用于采集背门门锁开关信号和背门用户开关信号，并将采集的门锁开关信号和用户开关信号传递给MCU。所述A/D检测电路6用于采集背门防夹传感器信号，并将采集的防夹传感器信号传递给MCU。所述霍尔驱动电路14用于采集背门霍尔信号并传递给MCU，使MCU读取和记录背门的位置状态。所述电源管理电路用于连接车身蓄电池为系统供电。所述背门控制单元中还可以设置警示驱动电路与MCU连接，所述警示驱动电路通过导线连接一外置蜂鸣器，当背门运行出现异常时，警示驱动电路控制蜂鸣器发出提示音，提醒用户注意安全。设置一手势识别单元1，所述手势识别单元1通过导线与背门控制单元的MCU连接。所述手势识别单元1包括一手势识别芯片、两个电源芯片，本实施例采用PAJ7620U2手势识别芯片，PAJ7620U2芯片中已经存储九种常用手势：由下向上、由上向下、由右向左、由左向右、向前靠近、向后远离、顺时针、逆时针、挥动，还可以根据客户需求在芯片中增加其他的手势。也可以采用其它图像识别传感器实现手势指令的识别。所述手势识别芯片分别与两个电源芯片电连接，通过这两个电源芯片为手势识别芯片提供工作电源。其中第一电源芯片的电源输出端连接手势识别芯片的VLED引脚，为手势识别芯片识别手势指令时的补光功能提供电源，第二电源芯片的电源输出端连接手势识别芯片的VDD引脚，为手势识别芯片提供合适的驱动电压。所述手势识别芯片通过通讯线与背门控制单元的MCU连接进行信号传输，可以采用的通讯方式有I2C通信、或SPI通信，还可以增加LIN通信驱动芯片或CAN通信驱动芯片，使手势识别芯片通过LIN通信或CAN通信与MCU进行信号传输，适用范围广泛，本实施例中的手势识别芯片采用I2C通信与MCU连接进行号传输。背门控制单元的MCU接收到手势识别芯片的手势指令信号后，结合汽车状态信息和背门当前的状态进行逻辑判断，通过逻辑判断输出控制信号给左侧电机驱动电路3、右侧电机驱动电路5、门锁上锁电机驱动电路7和门锁解锁电机驱动电路9，从而控制左侧电动撑杆电机10、右侧电动撑杆电机11、背门上锁电机12和背门解锁电机13运行，实现电动背门的自动开启、关闭和停止功能。
所述手势识别单元1安装在背门倒车影像旁，或安装在尾灯旁，或安装在驾驶席背门操作开关旁，将手势识别单元1安装在这些位置，用户只需稍抬手就能对背门做出手势指令，符合用户日常的手势操作习惯，更有利于手势识别单元1识别手势指令。而且，也可以将手势识别单元1镶嵌在尾灯中或是镶嵌在驾驶员席背门操作开关中，还可以将手势识别单元1安装在车辆侧面D柱三角窗附近。
所述左侧电机驱动电路3结构与右侧电机驱动电路5相同，所述左侧电机驱动电路3包括四个场效应管，其中第一场效应管MOSFET1和第二场效应管MOSFET2的漏接用于连接电源，第三场效应管MOSFET3和第四场效应管MOSFET4的源极用于接地，所述第一场效应管MOSFET1的源极和第三场效应管MOSFET3的漏极用于连接电动撑杆电机的一端，所述第二场效应管MOSFET2的源极和第四场效应管MOSFET4的漏极用于连接电动撑杆电机的另一端，所述四个场效应管的栅极分别与MCU的控制端连接，通过MCU输出PWM控制信号控制场效应管的导通或关断，实现电动撑杆电机的正转、反转和停机功能，还可以根据需要，调整PWM控制信号的占空比大小，从而调节电动撑杆电机的转速。
一种基于手势控制的汽车电动背门开闭驱动系统的控制方法，包括以下步骤：
1）、在手势识别单元1中预先储存各种指令手势，本实施例定义手势与控制命令的对应关系如表1所示，所述手势识别单元1通过标定实现手势的录入、清除，以及重新定义手势的控制功能，在产品开发过程中，可以按照客户的需求定义手势与控制命令的对应关系。
表1
| 手势 | 控制命令 |
| 由下向上 | 开门 |
| 由上向下 | 关门 |
| 顺时针旋转 | 加速开门 |
| 逆时针旋转 | 加速关门 |
| 向前靠近 | 停止 |
2）、用户向手势识别单元1发出一种手势指令，手势识别单元1识别该手势指令并向MCU发送。
3）、MCU收到手势识别单元1识别的这种手势指令信号后，通过采集背门门锁开关信号、背门的位置状态，以及左侧电机驱动电路3、右侧电机驱动电路5的控制状态，判断背门当前的状态；
3-1）、当检测到背门门锁为全锁状态、背门处于全闭位置，且左侧电机驱动电路3和右侧电机驱动电路5停止为左侧电动撑杆电机10、右侧电动撑杆电机11通电时，背门处于全闭停止状态；
3-2）、当检测到背门门锁为释放状态、背门处于全开位置，且左侧电机驱动电路3和右侧电机驱动电路5停止为左侧电动撑杆电机10、右侧电动撑杆电机11通电时，背门处于全开停止状态；
3-3）、当检测到背门门锁为释放状态、背门处于半开位置，且左侧电机驱动电路3和右侧电机驱动电路5停止为左侧电动撑杆电机10、右侧电动撑杆电机11通电时，背门处于中间停止状态；
3-4）、当检测到背门门锁为释放状态、左侧电机驱动电路3和右侧电机驱动电路5正在正在以开门方向为左侧电动撑杆电机10、右侧电动撑杆电机11通电时，背门处于电动开门状态；
3-5）、当检测到背门门锁为释放状态、左侧电机驱动电路3和右侧电机驱动电路5正在正在以关门方向为左侧电动撑杆电机10、右侧电动撑杆电机11通电时，背门处于电动关门状态。
4）、MCU根据步骤3）检测到的背门当前的状态，判断是否执行手势指令；
4-1）、当背门处于全闭停止状态时，若MCU接收到手势识别单元1发送的开门手势信号，即由下往上的手势信号，背门控制单元的MCU向门锁解锁电机驱动电路9发送控制信号，驱动背门解锁电机13运行，使背门门锁实现电动解锁，再通过采集门锁开关信号判断是否解锁完成，然后MCU分别向左右两侧的电机驱动电路发送控制信号，分别使左右两侧的电动撑杆电机运行，从而驱动左右两侧的电动撑杆实现背门电动开启；若MCU接收到其它手势信号，则不响应；
4-2）、当背门处于全开停止状态时，若MCU接收到手势识别单元1发送的关门手势信号，即由上往下的手势信号，则MCU分别向左右两侧的电机驱动电路发送控制信号，分别使左右两侧的电动撑杆电机运行，从而驱动左右两侧的电动撑杆实现背门电动关闭；若MCU接收到其它手势信号，则不响应；
4-3）、当背门处于中间停止状态时，若MCU接收到手势识别单元1发送的开门手势信号，即由下往上的手势信号，则MCU分别向左右两侧的电机驱动电路发送控制信号，分别使左右两侧的电动撑杆电机运行，从而驱动左右两侧的电动撑杆实现背门电动开启；若MCU没有接收到开门手势信号，则判断接收到的是否是关门手势信号，如果MCU接收到的是关门手势信号，则MCU分别向左右两侧的电机驱动电路发送控制信号，分别使左右两侧的电动撑杆电机运行，从而驱动左右两侧的电动撑杆实现背门电动关闭；若MCU接收到的其它手势信号，则不响应；
4-4）、当背门处于电动开门状态时，若MCU接收到手势识别单元1发送的关门手势信号或停止手势信号，即由上往下手势信号或向前靠近手势信号，则MCU分别向左右两侧的电机驱动电路发送控制信号，分别驱动左右两侧的电动撑杆电机停止运行，从而使背门的关门动作停止；若MCU没有识别到关门手势信号或停止手势信号，则判断接收到的是否是加速开门手势信号，如果MCU接收到的是加速开门手势信号，即顺时针旋转手势信号，则MCU分别向左右两侧的电机驱动电路发送控制信号，提高左右两侧的电动撑杆电机的转速，从而使加快背门开门速度；若MCU接收到的其它手势信号，则不相应；
4-5）、当背门处于电动关门状态时，若MCU接收到手势识别单元1发送的开门手势信号或停止手势信号，即由下往上手势信号或向前靠近手势信号，则MCU分别向左右两侧的电机驱动电路发送控制信号，分别驱动左右两侧的电动撑杆电机停止运行，从而使背门的关门动作停止；若MCU没有识别到开门手势信号或停止手势信号，则判断接收到的是否是加速关门手势信号，如果MCU接收到的是加速关门手势信号，即逆时针旋转手势信号，则MCU分别向左右两侧的电机驱动电路发送控制信号，提高左右两侧的电动撑杆电机的转速，从而使加快背门关门速度；若MCU接收到的其它手势信号，则不相应。
本发明的电动背门开闭驱动系统使电动背门的操作更加简单方便，用户只需作出简单的手势即可操作电动背门，操作灵活快速、而且通过手势操作电动背门的开闭，用户只需稍抬手就能做出操作动作，符合日常习惯，能极大地提升用户体验感。而且，本发明相比于设置脚踢式传感器的电动背门，识别范围更大、灵敏度更高，且避免了脚踢式的用户受伤和车身受损的情况。
Claims (7)
1.一种基于手势控制的汽车电动背门开闭驱动系统，包括背门控制单元，所述背门控制单元的MCU分别与背门的左侧电机驱动电路、右侧电机驱动电路、门锁上锁电机驱动电路、门锁解锁电机驱动电路、电源管理电路、A/D检测电路、开关信号检测电路、通信电路、霍尔驱动电路连接，所述左侧电机驱动电路用于驱动背门左侧电动撑杆的电机，所述右侧电机驱动电路用于驱动背门右侧电动撑杆的电机，所述门锁上锁电机驱动电路用于驱动背门上锁电机，所述门锁解锁电机驱动电路用于驱动背门解锁电机，所述开关信号检测电路用于采集背门门锁开关信号和背门用户开关信号，所述A/D检测电路用于采集背门防夹传感器信号，所述霍尔驱动电路用于采集背门霍尔信号，获取背门的位置状态，所述电源管理电路用于连接车身蓄电池为系统供电，其特征在于：设置一手势识别单元，在手势识别单元中预先储存各种指令手势与控制命令对应，控制命令包括开门、关门、加速开门、加速关门、停止，该手势识别单元安装在背门倒车影像旁，或安装在尾灯旁，或安装在驾驶席背门操作开关旁，所述手势识别单元通过导线与背门控制单元的MCU连接，所述手势识别单元包括一手势识别芯片、两个电源芯片，所述手势识别芯片分别与两个电源芯片电连接，其中第一电源芯片的电源输出端连接手势识别芯片的VLED引脚，第二电源芯片的电源输出端连接手势识别芯片的VDD引脚，所述手势识别芯片通过通讯线与背门控制单元的MCU连接进行信号传输。
2.根据权利要求1所述的基于手势控制的汽车电动背门开闭驱动系统，其特征在于：所述手势识别芯片采用I2C通信、或SPI通信、或LIN通信、或CAN通信与背门控制单元的MCU连接进行信号传输。
3.根据权利要求1所述的基于手势控制的汽车电动背门开闭驱动系统，其特征在于：所述左侧电机驱动电路结构与右侧电机驱动电路相同。
4.根据权利要求1或3所述的基于手势控制的汽车电动背门开闭驱动系统，其特征在于：所述左侧电机驱动电路包括四个场效应管，其中第一场效应管和第二场效应管的漏接用于连接电源，第三场效应管和第四场效应管的源极用于接地，所述第一场效应管的源极和第三场效应管的漏极用于连接电动撑杆电机的一端，所述第二场效应管的源极和第四场效应管的漏极用于连接电动撑杆电机的另一端，所述四个场效应管的栅极分别与MCU的控制端连接。
5.一种基于手势控制的汽车电动背门开闭驱动系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：
1）、在手势识别单元中预先储存各种指令手势；
2）、用户向手势识别单元发出一种手势指令，手势识别单元识别该手势指令并向MCU发送；
3）、MCU收到手势识别单元识别的这种手势指令信号后，检测背门当前处于全闭停止、全开停止、中间停止、电动开门、电动关门中的哪一个状态；
4）、MCU根据步骤3）检测到的背门当前的状态，判断是否执行手势指令；
4-1）、若背门处于全闭停止状态，手势识别单元识别到开门手势，MCU控制背门实现电动开门，识别到其它手势，MCU不响应；
4-2）、若背门处于全开停止状态，手势识别单元识别到关门手势，MCU控制背门实现电动关门，识别到其它手势，MCU不响应；
4-3）、若背门处于中间停止状态，手势识别单元识别到开门手势或关门手势，MCU控制背门实现电动开门或电动关门，识别到其它手势，MCU不响应；
4-4）、若背门处于电动开门状态，手势识别单元识别到关门手势或停止手势，MCU控制背门停止开门动作，识别到加速开门手势，MCU控制背门实现加速开门，识别到其它手势，MCU不响应；
4-5）、若背门处于电动关门状态，手势识别单元识别到开门手势或停止手势，MCU控制背门停止关门动作，识别到加速关门手势，MCU控制背门实现加速关门，识别到其它手势，MCU不响应。
6.根据权利要求5所述的基于手势控制的汽车电动背门开闭驱动系统的控制方法，其特征在于：所述MCU通过采集背门门锁开关信号、背门的位置状态，以及左侧电机驱动电路、右侧电机驱动电路的控制状态，判断背门当前的状态。
7.根据权利要求5所述的基于手势控制的汽车电动背门开闭驱动系统的控制方法，其特征在于：所述手势识别单元通过标定实现手势的录入、清除，以及重新定义手势的控制功能。
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