CN2540307Y - 汽车电动玻璃升降智能控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型汽车电动玻璃升降智能控制器，其特点是，包括单片机、电源子模块、I/O端子模块、时钟信号子模块、电机信号取样子模块、电机驱动子电路子模块和采样电路子模块。由单片机来控制玻璃上升功能、上升防夹功能、上升克服障碍的功能、上升过载保护功能；玻璃下降功能、下降软停止功能和下降过载保护功能；以及玻璃上升到顶从而完成集中关窗的功能。具有玻璃升降在关闭车窗时保证安全、提供及时的过载保护、提高升降器本身的寿命和系统的可靠性、以及功能多的优点。

Description

汽车电动玻璃升降智能控制器

技术领域

本实用新型涉及一种汽车电动玻璃升降智能控制器。

背景技术

目前，较为流行的电动玻璃升降器控制器，一般实现的功能为接收汽车中央控制器的控制信号和升降器的开关控制信号来控制升降器电机实现玻璃升降功能、过载保护、集中关窗、后窗禁止。

如图1所示是目前较为流行的电动玻璃升降器控制器(以下简称现有的升降器控制器)的一种方案。IC为升降器控制器专用集成块，标号2接电源正向输入，标号6接电源地端输入，标号4/8和IC8端口2为自动上升/下降开关信号输入，标号5/7和IC端口1为手动上升/下降开关信号输入，标号1和标号3为升降器电机驱动输出端口。R13为电机运行电流的采样电阻，IC端口4为电流采样的输入口，在升降器运行时，该采样值控制对电机电流过大时的电机电源输出的切断。其工作原理(开关信号高为有效时)为当IC端口8为高电平时，IC端口7保持低电平以闭合继电器，升降器为自动上升，大电流时IC端口7输出高电平12V以断开继电器切断电机电源输出；当IC端口2为高电平时，IC端口6保持低电平以闭合继电器，升降器为自动下降，大电流时IC端口6输出高电平12V以断开继电器切断电机电源输出；当IC端口8和IC端口1同时为高电平时，IC端口7在开关保持时保持低电平以闭合继电器，开关断开时IC端口7输出高电平12V以断开继电器，升降器为手动上升；当IC端口2和IC端口1同时为高电平时，IC端口6在开关保持时保持低电平以闭合继电器，开关断开时IC端口6输出高电平12V以断开继电器，升降器为手动下降。

虽然有驱动玻璃升降的作用，但也存在以下的缺点：

1、玻璃升降功能在关闭车窗时安全性差，例如：当手无意间放在车窗上随玻璃一起上升时。现有的升降器控制器无法对之进行识别，从而可能导致在车窗关闭时将手夹伤甚至夹断。

2、过载保护功能实时性差，特别其在升降器电机大电流工作长达数秒后，才能切断电机供电电源，从而导致升降器电机发热严重，寿命降低。

3、可靠性差，由于现有的升降器控制器在上/下密封条位置切断电机电源不及时，导致升降器在上下止档位置受到严重的机械冲击，从而降低了升降器本身的寿命和系统的可靠性。

4、非智能化。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服现有电动玻璃升降器的缺点而提供的一种汽车电动玻璃升降智能控制器，该控制器能提高电动玻璃升降器系统的安全性及可靠性，并使电动玻璃升降器实现更多的功能。

本实用新型的目的是这样实现的，汽车电动玻璃升降智能控制器，其特点是，包括单片机、电源子模块、I/O端子模块、时钟信号子模块、电机信号取样子模块、电机驱动子电路子模块、采样电路子模块：所述的单片机具有电源输入端口并集成了电压调节器、输入输出端口、晶振端口、输入捕捉端口、运放及A/D转换器端口等端口或功能；所述的电源子模块提供单片机和其他模块工作的电源；所述的I/O端子模块的输出端与单片机的信号输入端口连接；所述的时钟信号子模块所产生的时钟信号与单片机的晶振输入端口连接；所述的电机信号取样子模块的输人端与单片机的输出端口连接；输出端与单片机的输入捕捉端口连接；所述的电机驱动子电路子模块的输入端与单片机的驱动继电器的输出端口连接，其输出端与电动玻璃升降器的驱动电机连接；所述的采样电路子模块的输入端与电流采样电阻连接，其输出端与单片机的运放及A/D转换器输入端口连接。

上述汽车电动玻璃升降智能控制器，其中：所述的单片机为具有电源输入端口、输入输出端口、晶振端口、输入捕捉端口、运放及A/D转换器端口等端口或功能的单片机；所述的电源子模块由电源引入电路、电源输入滤波及反向保护电路、以及单片机输出的5V滤波电路组成；所述的I/O端子模块由上升端信号、上升端信号的上拉和滤波电路、下降端信号、下降端信号的上拉和滤波电路、控制端信号、控制端信号的上拉和滤波电路、诊断端信号、诊断端信号上拉和滤波输入输出电路组成；其中：上升端信号的输出与上升端信号的上拉和滤波电路连接，下降端信号的输出与下降端信号的上拉和滤波电路连接，控制端信号的输出与控制端信号的上拉和滤波电路连接，诊断端信号的输出与诊断端信号上拉和滤波输入输出电路连接，各上拉和滤波电路的输出与单片机的输入端口连接；所述的时钟信号子模块主要为外部晶振电路，与单片机的晶振端口连接；所述的电机信号采样电路子模块由霍尔器件、控制霍尔器件信号的上拉和滤波电路、以及三极管放大电路组成；其中：霍尔器件的输出分别与控制霍尔器件信号的上拉和滤波电路以及三极管放大电路连接，控制霍尔器件信号的上拉和滤波电路的输出与单片机的输入捕捉端口连接连接，单片机的输出端与三极管放大电路连接；所述的电机驱动子电路子模块由继电器和吸收电路组成，其中：继电器的输入端连接单片机的驱动继电器工作的端口，继电器的输出连接吸收电路；所述的采样电路子模块由采样电阻及运放输入电路组成，其中：采样电阻的输入端连接电机驱动子电路子模块的继电器的输出信号，采样电阻的输出连接运放输入电路，运放输入电路的输出与单片机的运放及A/D转换器输入端口连接。

上述汽车电动玻璃升降智能控制器，其中，所述的电源子模块由单片机芯片的10号管脚、19号管脚和9号管脚及其所连接的电路构成。

上述汽车电动玻璃升降智能控制器，其中，所述的I/o端子模块由单片机芯片的11号管脚、12号管脚、13号管脚、14号管脚、15号管脚及其所连接的由电阻、电容组成的电路构成。

上述汽车电动玻璃升降智能控制器，其中，所述的上升端信号的上拉和滤波电路由电阻R3、R27、R28、电容C6构成；所述的下降端信号的上拉和滤波电路由电阻R30、R4、R29、电容C7构成；所述的控制端信号的上拉和滤波电路由而极管D2、电阻R5、R6、电容C8构成；诊断端信号的上拉和滤波电路由电阻R8、R9、R7、电容C9构成。

上述汽车电动玻璃升降智能控制器，其中，所述的时钟信号子模块由单片机芯片的21号管脚、20号管脚、19号管脚、晶振、电阻R2构成。

上述汽车电动玻璃升降智能控制器，其中，所述的电机驱动子电路子模块由单片机芯片的16号管脚、18号管脚及其所连接的继电器、吸收电路构成。

上述汽车电动玻璃升降智能控制器，其中，所述的采样电路子模块由单片机芯片的5号管脚、6号管脚、7号管脚所集成的运算放大器和A/D的输入端口以及所连接的由电阻R21、R22、R23、R24、R25、R26、电容C13、C14、C15组成的电路构成。

由于本实用新型采用了以上的技术方案，采用单片机控制汽车电动玻璃升降，其效果是显著的：

1、玻璃升降在关闭车窗时是安全操作的。例如：当手放在车窗上随玻璃一起上升时。本实用新型升降器控制器可以对之进行识别，从而在夹手时反接电机使升降器下降一段距离从而避免升降器将手夹伤甚至夹断。

2、能提供及时的过载保护。其在升降器电机堵转0.5秒内切断电机供电电源，从而避免升降器电机过热严重。

3、提高了升降器本身的寿命和系统的可靠性。由于在上/下密封条位置切断电机电源是及时的，甚至本实用新型升降器控制器实现的下降软停止功能，使升降器下降时不会造成电机堵转，从而避免了升降器在上下止档位置受到严重机械冲击，使升降器本身的寿命和系统的可靠性提高。

4、具有多的功能，如休眠和唤醒功能(以降低静态电流和功耗)、开关控制功能(如可自动上窗与下窗，开关点动)、集中关窗功能等。

附图说明

本实用新型的具体结构由以下的实施例及其附图进一步给出。

图1是现有技术升降控制器的电子线路图。

图2是本实用新型的电方框图。

图3是本实用新型的电子线路图。

具体实施方式

请参阅图2。

本实用新型汽车电动玻璃升降智能控制器包括：单片机1、电源子模块2、I/o端子模块3、时钟信号子模块4、电机信号取样子模块5、电机驱动子电路子模块6、采样电路子模块7。

单片机1为具有电源输入端口、输入输出端口、晶振端口、输入捕捉端口、运放及A/D转换器端口等端口或功能的单片机；

电源子模块2由电源引入电路(电源+端)、电源输入滤波及反向保护电路、单片机输出的5V滤波电路组成，其保证单片机稳定工作所需的电源输入及其它电路稳定工作所需的5V电源输出。

I/o端子模块3由上升端信号、上升端信号的上拉和滤波电路、下降端信号、下降端信号的上拉和滤波电路、控制端信号、控制端信号的上拉和滤波电路、诊断端信号、诊断端信号上拉和滤波输入输出电路组成；其实现对外部信号的可靠提取并输入单片机和诊断端信号可靠提取并输入和输出的功能。其中：上升端信号的输出与上升端信号的上拉和滤波电路连接，下降端信号的输出与下降端信号的上拉和滤波电路连接，控制端信号的输出与控制端信号的上拉和滤波电路连接，诊断端信号的输出与诊断端信号上拉和滤波输入输出电路连接，各上拉和滤波电路的输出与单片机的输入端口连接。

时钟信号子模块4主要为外部晶振电路，与单片机的晶振端口连接，提供保证单片机稳定工作所需的时钟信号。

电机信号采样电路子模块5由霍尔器件、控制霍尔器件信号的上拉和滤波电路、以及三极管放大电路组成，其提供了软件可靠工作所需的电机转速和位置信号。其中：霍尔器件的输出分别与控制霍尔器件信号的上拉和滤波电路以及三极管放大电路连接，控制霍尔器件信号的上拉和滤波电路的输出与单片机的输入捕捉端口连接连接，单片机的输出端与三极管放大电路连接。

电机驱动子电路子模块6由继电器和吸收电路组成，其中：继电器的输入端连接单片机的驱动继电器工作的端口，继电器的输出连接吸收电路；实现向升降器电机的电源输出。

采样电路子模块7由采样电阻及运放输入电路组成，其中：采样电阻的输入端连接电机驱动子电路子模块的继电器的输出信号，采样电阻的输出连接运放输入电路，运放输入电路的输出与单片机的运放及A/D转换器输入端口连接。其提供了控制器可靠工作所需的电机电流信号。

请见图3。这是本实用新型的电子线路图。本实用新型主要由一单片机芯片1和其连接的外围电路构成。单片机1选用的单片机芯片为Motorola公司的MC68hc805pv8，也可选用具有相似功能的或其他厂商或相同厂商的其他芯片。

电源子模块2由单片机芯片的10号管脚VSUP、19号管脚VSS和9号管脚VDD及其所接的电路构成。二极管D1具有反向保护功能，电阻R1具有电流保护功能，电容C1、C2为电源输入滤波电容，电源B+和地端G的电源输入经芯片的集成电压调节器得到9号管脚VDD的+5V输出，电容C4，C5为5V电压输出滤波电容。

I/o端子模块3由单片机芯片的11号管脚PC0、12号管脚PC1、13号管脚PC2、14号管脚PC3、15号管脚PC4及其所接的电路构成。上升端信号的上拉和滤波电路为电阻R3、R27、R28、电容C6；下降端信号的上拉和滤波电路为电阻R30、R4、R29、电容C7；控制端信号的上拉和滤波电路为二极管D2、电阻R5、R6、电容C8；诊断端信号的上拉和滤波输入输出电路为电阻R8、R9、R7、电容C9。

时钟信号子模块4由单片机芯片的21号管脚OSC1、20号管脚OSC2、19号管脚VSS、晶振CRY、电阻R2构成。

电机信号采样电路子模块5由单片机芯片的27号管脚PB0和25号管脚PB2为电机转速信号输入管脚，26号管脚PB1与三极管T1具有控制霍尔器件信号输入的功能，25号管脚PB2，HS1和HS2为霍尔元件，电阻R7、R18、R31、R32、电容C12、C18构成了本实用新型升降器控制器的上拉和滤波电路。

电机驱动子电路子模块6由单片机芯片的16号管脚PC5、18号管脚PC6可以控制继电器J1的吸合和释放以控制电机的运行和停止；M1MOTOR _INPUT1和M2MOTOR_INPUT2为电机的输入端口；电阻R12、R13、R14、电容C10和24号管脚PB3为电机输入检测电路；电阻R15、R16、电容C11、可变电阻V1为吸收电路。

采样电路子模块7由单片机芯片的5号管脚PA4、6号管脚PA5、7号管脚PA6为芯片所集成的运算放大器和A/D的输入端口；采样电阻SR1实现对电机运行电流的采样；电阻R21、R22、R23、R24、R25、R26、电容C13、C14、C15和24号管脚PB4为运放输入电路。

本实用新型的工作原理是：

当电源子模块B+和地端G的电源输入和时钟信号子模块得到晶振输入端口的4MHZ的正弦波输入后，本实用新型控制器处于工作状态，本实用新型控制器的工作状态有两种即休眠睡眠工作状态和唤醒工作状态。

当本实用新型控制器处于唤醒工作状态且I/O端子模块的串行接口为持续一段时间的高电平则本实用新型控制器处于休眠工作状态；当本实用新型控制器处于休眠工作状态且I/O端子模块的串行接口为持续一段时间的底电平本实用新型控制器处于唤醒工作状态；从而完成本实用新型控制器的休眠和唤醒功能。

当本实用新型控制器处于休眠工作状态时或I/O端子模块的的串行接口SERIAL_IN为高电平时，I/O端子模块的上升端口UP_IN和下降端口DOWN_IN的信号将被屏蔽而无法完成玻璃的上升和下降的功能，从而完成本实用新型控制器的运行禁止功能；

当本实用新型控制器处于唤醒工作状态且I/O端子模块的上升端口UP_IN得到“上升”信号(高完成电平信号跳变到低电平保持一段时间的)后，本实用新型的控制器电机驱动子模块驱动电动玻璃升降器电机使升降器的玻璃上升；采样电路子模块对运行电流进行采样同时单片机对该电流进行监控以保护电流不过载并进行堵转判断；电机信号采样电路子模块对电机运行圈数进行采样同时单片机对电机运行的总圈数进行监控以判断玻璃所在的区域；单片机对电流采样的信号和电机运行圈数的信号进行分析以判断是否为异物夹住或为普通的需克服的障碍从而完成本实用新型控制玻璃上升的功能、上升防夹的功能、上升克服障碍的功能、上升过载保护的功能；

当本实用新型控制器处于唤醒工作状态且I/O端子模块的下降端口DOWN_IN得到“下降”信号(高电平信号跳变到低电平保持一段时间的)后，本实用新型的控制器电机驱动子模块驱动电动玻璃升降器电机使升降器的玻璃下降；采样电路子模块对运行电流进行采样同时单片机对该电流进行监控以保护电流不过载并进行堵转判断；电机信号采样电路子模块对电机运行圈数进行采样同时单片机对电机运行的总圈数进行监控以判断玻璃所在的区域是否为软停止区域从而完成控制器的玻璃下降功能、下降软停止功能和下降过载保护功能；

当本实用新型控制器处于唤醒或睡眠工作状态且I/O端子模块的串行接口SERIAL_IN得到“集控上升”信号(高电平信号后跳变到低电平保持一段时间然后又为高电平)后，本实用新型的控制器电机驱动子模块驱动电动玻璃升降器电机使升降器的玻璃上升到顶从而完成集中关窗的功能。

本实用新型能实现以下的功能：

1、玻璃升降功能：

2、防夹功能：

3、克服障碍的功能：在上升/下降过程中遇到障碍时，能克服障碍，保证玻璃照常上升/下降；

4、过载保护：

5、休眠和唤醒功能：

6、集中关窗：串行接口得到“集控上升”信号后，升降器的玻璃上升到顶；

7、运行禁止：控制器串行接口得到“按钮失效”信号(由零电平变为高电平)后，禁止升降运行。

8、软停止：玻璃升降器在离玻璃下止档一定距离停止，以防升降器向下的冲击。

Claims (8)

1、汽车电动玻璃升降智能控制器，其特征在于，包括单片机、电源子模块、I/O端子模块、时钟信号子模块、电机信号取样子模块、电机驱动子电路子模块、采样电路子模块：

所述的单片机具有电源输入端口并集成了电压调节器、输入输出端口、晶振端口、输入捕捉端口、运放及A/D转换器端口等端口；

所述的电源子模块提供单片机和其他电路工作的电源；

所述的I/O端子模块的输出端与单片机的信号输入端口连接；

所述的时钟信号子模块所产生的时钟信号与单片机的晶振端口连接；

所述的电机信号取样子模块的输人端与单片机的输出端口连接，输出端与单片机的输入捕捉端口连接；

所述的电机驱动子电路子模块的输入端与单片机的驱动继电器的输出端口连接，其输出端与电动玻璃升降器的驱动电机连接；

所述的采样电路子模块的输出端与单片机的运放及A/D转换器输入端口连接。

2、根据权利要求1所述的汽车电动玻璃升降智能控制器，其特征在于：

所述的单片机为具有电源输入端口、输入输出端口、晶振端口、输入捕捉端口、运放及A/D转换器端口等端口或功能的单片机；

所述的电源子模块由电源引入电路、电源输入滤波及反向保护电路、以及单片机输出的5V滤波电路组成；

所述的I/O端子模块由上升端信号、上升端信号的上拉和滤波电路、下降端信号、下降端信号的上拉和滤波电路、控制端信号、控制端信号的上拉和滤波电路、诊断端信号、诊断端信号上拉和滤波输入输出电路组成；其中：上升端信号的输出与上升端信号的上拉和滤波电路连接，下降端信号的输出与下降端信号的上拉和滤波电路连接，控制端信号的输出与控制端信号的上拉和滤波电路连接，诊断端信号的输出与诊断端信号上拉和滤波输入输出电路连接，各上拉和滤波电路的输出与单片机的输入端口连接；

所述的时钟信号子模块主要为外部晶振电路，与单片机的晶振端口连接；

所述的电机信号采样电路子模块由霍尔器件、控制霍尔器件信号的上拉和滤波电路、以及三极管放大电路组成；其中：霍尔器件的输出分别与控制霍尔器件信号的上拉和滤波电路以及三极管放大电路连接，控制霍尔器件信号的上拉和滤波电路的输出与单片机的输入捕捉端口连接连接，单片机的输出端与三极管放大电路连接；

所述的电机驱动子电路子模块由继电器和吸收电路组成，其中：继电器的输入端连接单片机的驱动继电器工作的端口，继电器的输出连接吸收电路；

所述的采样电路子模块由采样电阻及运放输入电路组成，其中：采样电阻的输入端连接电机驱动子电路子模块的继电器的输出信号，采样电阻的输出连接运放输入电路，运放输入电路的输出与单片机的运放及A/D转换器输入端口连接。

3、根据权利要求1或2所述的汽车电动玻璃升降智能控制器，其特征在于，所述的电源子模块由单片机芯片的10号管脚、19号管脚和9号管脚及其所连接的电路构成。

4、根据权利要求1或2所述的汽车电动玻璃升降智能控制器，其特征在于，所述的I/o端子模块由单片机芯片的11号管脚、12号管脚、13号管脚、14号管脚、15号管脚及其所连接的由电阻、电容组成的电路构成。

5、根据权利要求1或2所述的汽车电动玻璃升降智能控制器，其特征在于，所述的上升端信号的上拉和滤波电路由电阻R3、R27、R28、电容C6构成；所述的下降端信号的上拉和滤波电路由电阻R30、R4、R29、电容C7构成；所述的控制端信号的上拉和滤波电路由而极管D2、电阻R5、R6、电容C8构成；诊断端信号的上拉和滤波电路由电阻R8、R9、R7、电容C9构成。

6、根据权利要求1或2所述的汽车电动玻璃升降智能控制器，其特征在于，所述的时钟信号子模块由单片机芯片的21号管脚、20号管脚、19号管脚、晶振、电阻R2构成。

7、根据权利要求1或2所述的汽车电动玻璃升降智能控制器，其特征在于，所述的电机驱动子电路子模块由单片机芯片的16号管脚、18号管脚及其所连接的继电器、吸收电路构成。

8、根据权利要求1或2所述的汽车电动玻璃升降智能控制器，其特征在于，所述的采样电路子模块由单片机芯片的5号管脚、6号管脚、7号管脚所集成的运算放大器和A/D的输入端口以及所连接的由电阻R21、R22、R23、R24、R25、R26、电容C13、C14、C15组成的电路构成。

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