基于单片机控制的汽车电动车窗 系统的设计

2.汽车车窗简介

2.1汽车电动车窗的组成与类型
电动车窗就是在汽车上可以使车窗玻璃自动升降的一个设备。电动车窗的最大优点就是在行车过程当中可以方便的开关门窗，减轻了行驶员在操作过程当中的操作难度。过去的电动车窗一般只存在于高档轿车上，但是现阶段电动车窗已经被普遍使用。

图2 一 1 电动门窗
2.2电动车窗的组成
整个电动车窗有几大部分构成，包括控制开关的动机，升降机构以及电器。在实际的操作过程当中通过改变方向，从而来实现对于车窗的控制。
车窗电动机都是双向使用的，分永磁型和双绕组串励式两种不同类型，永磁性是通过改变电流方向，从而使电机进行正反转，另外一种是通过相反方向的磁场绕组来进行相反磁场的产生，进而改变的进行转方向的。
那个车窗上我们都有一个独立的电动机，这种电动机是一种不直接接地停电东西，为了防止使用过程当中电路过载，我们可以在电路上增加多个热敏开关，从而保护电机由于温度过高而出现故障。
在实验过程当中，所有电动车窗都有不同的控制设备，一套是总开关，可以来操作整个车所有车窗的升降，另外一套是分开关，只能够操作身边的车窗升降总开关和分开关相互之间并不干扰，可以同步进行，也可以独立控制。
3.总体结构设计
本文设计了一种汽车的单片机的电控制系统，实现车窗的升降以及动态调整，如图2-1所示，由继电器模块、直流电机模块、升降器模块、单片机组成。

图2.1 系统结构图
2.1 总体技术方案
本车窗控制系统硬件部分主要由车窗玻璃、升降器、直流 电机、单片机，升 / 降按钮和 CAN 控制器构成。相对于传统 的点触式开关控制的汽车电动车窗，本设计在电机正反转控制、 车窗防夹等功能上，有反应灵敏、响应速度快、可操作性强等优点

2.1.1 继电器模块功能
检测模块主要对12节电池的电压温度进行实时检测回报给控制模块，由控制模块对每节电池的状态做出评价并返回相应命令。
2.1.2 直流电机模块功能
均衡电源模块在电池充电过程中可控制检测模块中的均衡放电回路对相关电池模组的多节电池进行均衡放电。达到均衡状态时关闭放电回路。
2.1.3 升降器模块功能
控制模块包括主控芯片及其外围电路，主控芯片分别与检测模块的电压检测回路、均衡充电回路连接。主控芯片主要功能：通过电路对检测模块中均衡充电回路，可以实现对任意指定的一节电池进行均衡充电。主控芯片接收检测模块中电压检测回路检测到的电池模组中各节单体电池的电压值并进行运算比较处理，当电池模组中的某节单体电池处于“过充电状态”时，控制模块中的控制程序驱动均衡电源模块，结合检测模块中的光耦合器件和检测芯片的控制门打开检测模块中的均衡放电回路。

3 硬件电路设计

3.1 电机驱动系统的设计
在一般的汽车电动车窗设计过程当中，我们采用的都是永磁式的直流电机。这种电机与其他经济相比，结构更小，操作更加简单，噪音也比较小电动车窗的升降功能主要是通过改变电流方向来进行的，之前的汽车电动车窗一般采用的是点触式的开关来改变电流方向，但是在本次实验过程当中，我们采用单片机输出高低电平控制继电器断和来改变电流方向，从而改变电机的正反转。

图2 电动车窗的电机控制系统

4 软件部分设计

实验的过程当中，电流信号变为了电压信号，随后经过放大，通过数模转换输入单片机，单片机接着将输入到的信号与最初设定好的值进行比较，从而来判断是否有堵转电路出现。

5车窗控制软硬件的调试
5.1 硬件的检测
在试验过程当中，首先将电路通电，随后用万用表对于每个电元件进行降压读取。接着通过判断发光二极管是否被点亮，来确定电压转换电路是否在正常工作，接着将外界的12V电压转化为5V。
当按键的两脚电压在4.8V时，我们可以确认按键是正常工作的，此时我们就可以接着顺着芯片的引脚来继续进行测试。当芯片的引脚也是大于3V时，我们认为整一条电路上的所有设计都是正常的，可以正常工作的。如果测试到的引脚电压并没有达到3V。那么我们可以得出这条路虽然是接通的，但是输出的电压太低，在使用过程当中处于低电平状态，从而按键就不能正常工作了。出现这种情况的主要原因就是分压太少，这个问题我们可以采用两种方法来解决，一种就是将串联电阻减小，另外一种方式就是将电容变大。如果我们在进行调整之后他仍不能正常使用的话，那么就是出现了断路或是接地的情况，我们需要将整条线路进行重新连接。
接着我们进行芯片的输入引脚测试，如果测试显示为零的话，就证明芯片的焊接没有问题，这时我们需要将芯片安进底座进行下面的测试。
接下来进行软件测试，首先打开MPLAB软件，将我们之前所编好的程序进行编译，如果编译结束之后没有显示错误警告就证明我们的编译成功。在编译成功之后将下载器插入电脑选择下载类型，这时我们还需要根据我们的需要设定一系列的参数，将芯片则类型确定。当类型确定之后，output窗口显示出芯片和下载器的连接情况，这时我们就需要等待芯片的地址被检查出来。如果芯片的地址被检查出来，就证明整个环节已经正常地完成了，我们就可以下芯片下载程序了。
这时我们可以按下按键，看看继电器是否如我们设定的一样进行了闭合。但是在设计过程，当中板子被上电的瞬间继电器就应当立即闭合，这时需要我们使用万用表从头开始，一步一步的寻找电路错误的原因。首先我们发现继电器会闭合，那就说明整个电路是通路的。然而在上电的瞬间继电器就闭合说明我们之前加在继电器两端的电压没有经过我们的控制就自动地形成了通路。所以我们可以通过这些来初步判断影响我们实验的是由于控制继电器的闭合的光电隔离出现了一些问题。
接下来我们按下按键，发现继电器仍然没有叫我们设定好的那样进行闭合，于是我们再一次从头开始用万用表寻找问题。首先我们最初芯片的引脚为4.8V，这说明在整个程序运行过程当中安静的部分是没有问题的，三极管的电压为0.7V，说明三极管也没有出现问题，接着进行光电隔离测试，我们发现光电隔离又出现了问题。我们接下来发现三极管所见过的电压居然有9V之高，从而使得继电器两端的电压不足3V。这时我们就可以合理猜测，虽然继电器电路是通路，但是继电器降线圈上的降压太小，没有办法支撑继电器继续进行工作。也就是说发光二极管之所以发的光不够强，也是由于输入光电隔离电路不够大。通过我们的一系列测试，我们最终确定是由于三极管所接的限流电阻过大，从而使继电器闭合。
5.2 车窗防夹验证与结果
本次的实验我们为了实验效果更好，为实验配置了双霍尔传感器，从而来纪律过程当中真实的感受电机是否受到了阻力的影响。为了完善我们实验的准确度，我们在实验过程当中采用的力传感器进而来测试和调整不同的防夹力。

车窗防夹实验测得的力和电流曲线

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