CN111927233A - 一种基于红外检测的非接触式车窗防夹系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于红外检测的非接触式车窗防夹系统，本系统包含按键查询部分、红外对射传感器部分、MC9S12XS单片机、霍尔元件计数部分和控制电机部分，系统步骤如下：步骤一、将单片机初始化然后进行按键查询判断车窗是执行上升操作还是执行下降操作；步骤二、给红外对射传感器装置进行供电并识别所在区域有无障碍物；步骤三、通过霍尔技术装置判断车窗位置是否到达防夹区域；步骤四、判断到防夹区域内是否存在障碍物，若存在障碍物则执行延时程序同时发出报警信号；若不存在障碍物则车窗正常上升至顶，本系统可在车窗并未接触到障碍物之前便识别到障碍物然后将信号反馈给控制单元从而控制电机正转反转，有效的保证了驾驶员以及乘客的安全性和舒适性。

Description

一种基于红外检测的非接触式车窗防夹系统
技术领域
本发明属于电动汽车技术领域，具体涉及一种基于红外检测的非接触式车窗防夹系统。
背景技术
随着中国经济的迅速发展, 人们的生活水平和质量日益提高, 汽车已经成为人们日常生活中不可缺失的一部分, 电动车窗的使用更是给广大司机和乘客带来了便利,但随之而来的一些弊端也逐渐显露。例如, 车窗上升关闭的速度较快, 容易造成车上人员的夹伤。由于日常生活中被车窗夹伤的事件频频发生, 因此引起了人们的重视, 电动车窗防夹系统很大程度上解决了这个问题。近年来，车窗防夹系统设计主要有基于霍尔传感器的防夹技术、电流采样方式以及纹波检测方式。
基于霍尔传感器的防夹技术将磁环内置在车窗直流电机的输出轴上。当车窗电机转动时，布置在电子模块中的霍尔传感器便产生霍尔信号。系统通过分析获得的霍尔信号，利用霍尔信号的脉冲宽度进行判断车窗是否遇到障碍物，从而实现电动车窗防夹。但是霍尔传感器所感应的霍尔信号受温度影响的输出是非线性的，不能保证车窗防夹的灵敏性以及实时性。
电流检测方式是对车窗电机的中枢电流进行监测。在车窗玻璃上升时, 如果遇到了障碍物, 电机轴负载转矩就会增加, 但是电机轴负载转矩测量较为困难, 因此可以采用间接的方法, 将测量负载转矩转化为测量电枢电流。当车窗夹到异物时，导致车窗直流机的电流呈骤增趋势。从而即可判断车窗夹到物体，从而实现车窗防夹技术。这是目前电动车窗常用的检测防夹方式，其具有成本低结构简单等优点，但是当车窗电机启动的瞬间电流是平常的6倍而且当车窗到顶的时候也会形成堵转导致电流变大。从而影响车窗防夹系统的稳定性。同时还需要设计防夹预紧力，从而保证乘客不被夹伤，预紧力的大小会影响乘客的舒适性以及安全性。
纹波检测方式是当电机运行时，若车窗受力达到一定数值时，纹波电流将会迅速下降，当车窗上没有阻力后，波纹电流将趋于平稳。纹波防夹通过提取电机的一般特性，电机旋转一周，产生一组纹波信号，纹波的个数与电机的转速与换向次数成正比。其车窗电路系统简单成本较低，但是在实际应用中，检测纹波难度较高并且纹波防夹软件的标定较为复杂，防夹系统的可靠性较低，因此需要设计一种基于红外检测的非接触式车窗防夹系统。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足提供一种基于红外检测的非接触式车窗防夹系统，以解决电动车窗在上升的过程中尤其是后排车窗，当驾驶侧一键升降的时候容易发生车窗夹伤乘客的现象，所以需要设计车窗防夹系统。
本发明的技术解决方案是：本发明涉及一种基于红外检测的非接触式车窗防夹系统，本系统包含按键查询部分、红外对射传感器部分、MC9S12XS单片机、霍尔元件计数部分和控制电机部分，系统具体操作步骤如下：步骤一、将单片机初始化然后进行按键查询判断车窗是执行上升操作还是执行下降操作；步骤二、给红外对射传感器装置进行供电并识别所在区域有无障碍物；步骤三、通过霍尔技术装置判断车窗位置是否到达防夹区域；步骤四、判断到防夹区域内是否存在障碍物，若存在障碍物则单片机控制电机反转到安全位置并且执行延时程序同时发出报警信号；若不存在障碍物则车窗正常上升至顶。
本发明的进一步改进在于：步骤一中，若在防夹区域则开启防夹功能，单片机控制电机反转并下降到安全位置；若不在车窗继续上升，然后继续判断是否存在障碍物，直到车窗到达顶部停止电机。
本发明的进一步改进在于：步骤二中，红外对射传感器原理是接通电源状态时，发射端的红外发光二极管发射红外射线，接收端的光敏晶体管接收到红外射线，电源通过光敏晶体管导通三极管，中断引脚EINT4为低电平状态；当有物体遮挡住红外发光二极管发射的红外射线时，光敏晶体管没有接收到红外线时电流无法通过，所以三极管呈阻塞状态，中断引脚EINT4为高电平状态。
本发明的进一步改进在于：步骤三中的霍尔元件技术部分的原理为P1为接口，其中电容C1起到抑制干扰的作用，电阻R1为限流电阻，霍尔元件发出的脉冲接在单片机MC9S12XS的TIM定时器的外部引脚上。
本发明的进一步改进在于：TIM的核心是一个16位的自由定时器（TCNT），TIM的两个主要的功能是输出比较和输入捕捉功能，有8个完整的16位的捕捉/比较（IC/OC）通道，模块运行时，16位的自由定时器按照设定的时钟频率在$0000~$FFFF之间循环计时，输入捕捉（IC）：当某个被测信号的设定边沿到来时，输入捕捉逻辑立即将自由定时器（TCNT）的内容捕捉到16位的IC/OC寄存器中，幵设置中断请求标志，随后软件可以响应中断或者根据标志做出处理，输出比较（OC）：若某个通道设定为OC功能，输出比较逻辑自动将IC/OC寄存器的内容与自由定时器的内容比较，一旦相符立即操作对应的引脚，同时设置相应的中断标志，脉冲累加（PAI）：而脉冲计数器则只对输入脉冲的个数或者边沿迚行计数，脉冲累加器（PAI）用于统计外部事件出现的次数，或者统计引脚处于高电平的时间，脉冲累加器接收霍尔元件发出的脉冲信号进行计数，从而判断车窗位置。
本发明的进一步改进在于：步骤四中，当车窗下降时，通过霍尔技术部分查询车窗是否到达底部，然后停止电机转动；当车窗上升时，通过红外对射传感器判断车窗上升区域是否存在障碍物，然后判断是否在防夹区域。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本设计根据现有技术的不足提出了以霍尔元件和红外对射传感器相结合的车窗防夹系统设计。通过霍尔元件对车窗位置进行确定，并且通过红外对射传感器来检测在车窗上升过程中是否存在障碍物。此方案在车窗并未接触到障碍物之前便识别到障碍物然后将信号反馈给控制单元从而控制电机正转反转，有效的保证了驾驶员以及乘客的安全性和舒适性。
附图说明
图1为硬件结构框图；
图2为霍尔技术部分原理图；
图3为红外对射传感器原理图；
图4为单片机软件控制流程图。
具体实施方式
以下将配合实施例来详细说明本申请的实施方式，借此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
下面结合图1到图4，对本发明做进一步详细叙述，本实施例的技术解决方案是：本实施例提供的本发明涉及一种基于红外检测的非接触式车窗防夹系统，本系统包含按键查询部分、红外对射传感器部分、MC9S12XS单片机、霍尔元件计数部分和控制电机部分，系统具体操作步骤如下：步骤一、将单片机初始化然后进行按键查询判断车窗是执行上升操作还是执行下降操作；步骤二、给红外对射传感器装置进行供电并识别所在区域有无障碍物；步骤三、通过霍尔技术装置判断车窗位置是否到达防夹区域；步骤四、判断到防夹区域内是否存在障碍物，若存在障碍物则单片机控制电机反转到安全位置并且执行延时程序同时发出报警信号；若不存在障碍物则车窗正常上升至顶。
步骤一中，若在防夹区域则开启防夹功能，单片机控制电机反转并下降到安全位置；若不在车窗继续上升，然后继续判断是否存在障碍物，直到车窗到达顶部停止电机。
步骤二中红外对射传感器原理是接通电源状态时，发射端的红外发光二极管发射红外射线，接收端的光敏晶体管接收到红外射线，电源通过光敏晶体管导通三极管，中断引脚EINT4为低电平状态；当有物体遮挡住红外发光二极管发射的红外射线时，光敏晶体管没有接收到红外线时电流无法通过，所以三极管呈阻塞状态，中断引脚EINT4为高电平状态。
步骤三中的霍尔元件技术部分的原理为P1为接口，其中电容C1起到抑制干扰的作用，电阻R1为限流电阻，霍尔元件发出的脉冲接在单片机MC9S12XS的TIM定时器的外部引脚上，TIM的核心是一个16位的自由定时器（TCNT），TIM的两个主要的功能是输出比较和输入捕捉功能，有8个完整的16位的捕捉/比较（IC/OC）通道，模块运行时，16位的自由定时器按照设定的时钟频率在$0000~$FFFF之间循环计时，输入捕捉（IC）：当某个被测信号的设定边沿到来时，输入捕捉逻辑立即将自由定时器（TCNT）的内容捕捉到16位的IC/OC寄存器中，幵设置中断请求标志，随后软件可以响应中断或者根据标志做出处理，输出比较（OC）：若某个通道设定为OC功能，输出比较逻辑自动将IC/OC寄存器的内容与自由定时器的内容比较，一旦相符立即操作对应的引脚，同时设置相应的中断标志，脉冲累加（PAI）：而脉冲计数器则只对输入脉冲的个数或者边沿迚行计数，脉冲累加器（PAI）用于统计外部事件出现的次数，或者统计引脚处于高电平的时间，脉冲累加器接收霍尔元件发出的脉冲信号进行计数，从而判断车窗位置。
步骤四中，当车窗下降时，通过霍尔技术部分查询车窗是否到达底部，然后停止电机转动；当车窗上升时，通过红外对射传感器判断车窗上升区域是否存在障碍物，然后判断是否在防夹区域。
工作原理：
本发明所要解决的技术问题是提供一种非接触式的防夹系统，利用主动式红外对射传感器识别车窗在上升过程中是否遇到障碍物。该装置包括霍尔计数装置、红外对射传感器装置和单片机控制部分。
霍尔技术装置主要依靠车窗的移动位置是和电机转的圈数的正比关系，通过电机的转子转一圈使得霍尔传感器发出一个脉冲信号送入单片机对信号计数，通过多次将车窗从底部上升到顶部单片机所记的数据取平均值，进一步确定在距离上的防夹区域所对应的霍尔传感器的脉冲数的范围放入寄存器出起来以便比较判断，当有升降按键被按下，先判断出被按下的是否是上升的按键，如果是上升，则查询计数器中记录的脉冲数，取出寄存器中防夹区的脉冲数进行比较，这样就确定出了车窗的位置。
红外对射传感器装置包扩发射端、接收端、光束强度指示灯、光学透镜等。通电后，发射端的红外发光二极管发射红外光束，经光学系统作用变成平行光发射出去。接收端包括光学系统、放大器、光学传感器和信号处理器等等，负责接收发射端的红外线，并且经过光电传感器将光信号转变为电信号发送到带有A/D转换功能的单片机进行处理。红外对射传感器在发射端和接收端之间形成了一条红外警戒线。在正常情况下，发射端发射红外线接收端便可以接受稳定的光信号。而一旦在红外对射传感器的范围内有障碍物时，由发射端发射出的红外线光束被遮挡，接收端接受不到稳定的光信号。单片机便识别在车窗上升的过程中存在障碍物然后发送命令控制电机反转到安全位置之后延迟一段时间再执行车窗上升操作同时发出报警信号通知驾驶员。
本发明的有益效果是：
本设计根据现有技术的不足提出了以霍尔元件和红外对射传感器相结合的车窗防夹系统设计。通过霍尔元件对车窗位置进行确定，并且通过红外对射传感器来检测在车窗上升过程中是否存在障碍物。此方案在车窗并未接触到障碍物之前便识别到障碍物然后将信号反馈给控制单元从而控制电机正转反转，有效的保证了驾驶员以及乘客的安全性和舒适性，具体如下：
（1）本发明通过红外对射传感器感知在车窗上升的过程中是否存在障碍物，从而实现非接触式的车窗防夹功能。在不接触障碍物的前提下实现车窗防夹，有效的保证驾驶员和乘客的安全，提高驾驶员和乘客的舒适度。
（2）本发明通过飞思卡尔的MC9S12XS单片机控制红外对射传感器的开关。在车窗上升的过程中用霍尔计数装置实时监控车窗位置从而准确判断防夹区域，然后用红外对射传感器装置检测有无障碍物进行防夹。有效的体现了车窗防夹功能的实时性和智能化，减少红外对射传感器的使用，提高了经济性。而且有效避免了车窗上升过程中的误操作。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于红外检测的非接触式车窗防夹系统，其特征在于：本系统包含按键查询部分、红外对射传感器部分、MC9S12XS单片机、霍尔元件计数部分和控制电机部分，系统具体操作步骤如下：
步骤一、将单片机初始化然后进行按键查询判断车窗是执行上升操作还是执行下降操作；
步骤二、给红外对射传感器装置进行供电并识别所在区域有无障碍物；
步骤三、通过霍尔技术装置判断车窗位置是否到达防夹区域；
步骤四、判断到防夹区域内是否存在障碍物，若存在障碍物则单片机控制电机反转到安全位置并且执行延时程序同时发出报警信号；若不存在障碍物则车窗正常上升至顶。
2.根据权利要求1所述的一种基于红外检测的非接触式车窗防夹系统，其特征在于：步骤一中，若在防夹区域则开启防夹功能，单片机控制电机反转并下降到安全位置；若不在车窗继续上升，然后继续判断是否存在障碍物，直到车窗到达顶部停止电机。
3.根据权利要求1所述的一种基于红外检测的非接触式车窗防夹系统，其特征在于：步骤二中，红外对射传感器原理是接通电源状态时，发射端的红外发光二极管发射红外射线，接收端的光敏晶体管接收到红外射线，电源通过光敏晶体管导通三极管，中断引脚EINT4为低电平状态；当有物体遮挡住红外发光二极管发射的红外射线时，光敏晶体管没有接收到红外线时电流无法通过，所以三极管呈阻塞状态，中断引脚EINT4为高电平状态。
4.根据权利要求1所述的一种基于红外检测的非接触式车窗防夹系统，其特征在于：步骤三中的霍尔元件技术部分的原理为P1为接口，其中电容C1起到抑制干扰的作用，电阻R1为限流电阻，霍尔元件发出的脉冲接在单片机MC9S12XS的TIM定时器的外部引脚上。
5.根据权利要求4所述的一种基于红外检测的非接触式车窗防夹系统，其特征在于：TIM的核心是一个16位的自由定时器（TCNT），TIM的两个主要的功能是输出比较和输入捕捉功能，有8个完整的16位的捕捉/比较（IC/OC）通道，模块运行时，16位的自由定时器按照设定的时钟频率在$0000~$FFFF之间循环计时，输入捕捉（IC）：当某个被测信号的设定边沿到来时，输入捕捉逻辑立即将自由定时器（TCNT）的内容捕捉到16位的IC/OC寄存器中，幵设置中断请求标志，随后软件可以响应中断或者根据标志做出处理，输出比较（OC）：若某个通道设定为OC功能，输出比较逻辑自动将IC/OC寄存器的内容与自由定时器的内容比较，一旦相符立即操作对应的引脚，同时设置相应的中断标志，脉冲累加（PAI）：而脉冲计数器则只对输入脉冲的个数或者边沿迚行计数，脉冲累加器（PAI）用于统计外部事件出现的次数，或者统计引脚处于高电平的时间，脉冲累加器接收霍尔元件发出的脉冲信号进行计数，从而判断车窗位置。
6.根据权利要求1所述的一种基于红外检测的非接触式车窗防夹系统，其特征在于：步骤四中，当车窗下降时，通过霍尔技术部分查询车窗是否到达底部，然后停止电机转动；当车窗上升时，通过红外对射传感器判断车窗上升区域是否存在障碍物，然后判断是否在防夹区域。
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