基于CAN总线技术的轿车车窗智能控制系统的方案设计

张军

摘 要：在对关于CAN总线在车辆电子控制系统中的实践运用和电动自动升降车窗防夹功能的研究基础上，探索出一种基于CAN总线控制技术的汽车车窗智能控制系统的设计方案，实现车窗在工作正常状态下的防夹控制功能和泊车后车窗关闭状态自检并自动关闭未关车窗。

关键词：CAN总线;防夹;智能控制;优化方案

伴随着微型计算机控制器的汽车电子技术在车辆控制系统中应用，汽车控制技术正不断的从过去的电机控制系统转变为分布网络为基础的智能化系统。汽车的智能化、数字网络化、节能化成了汽车发展的大方向。汽车总线是实现数字网络化的基础，常用的汽车四大总线：CAN、LIN、Flexray、MOST总线;其中CAN总线是一种支持分布式和实时控制的串行通信网络，以其高性能和高可靠性在自动控制领域广泛应用。

1 控制系统分析

1.1 功能及技术指标要求

基于CAN总线的轿车车窗智能控制的基本要求：设计一个主模块、一个分模块的硬件和软件，系统整体由1个主控模块3个分模块组成，利用CAN总线的技术实行模块之间的网络通信传输，主控模块设在驾驶座，当司机泊车后主模块通过CAN协议检测到车窗的状态，主模块再将关闭车窗的信号发送到各个节点的分模块，实现泊车后车窗关闭状态自检并自动关闭未关车窗。

车窗玻璃升降电机驱动限流设计的基本要求：设计一个驱动直流电动机正反转的电路，给单片机编译程序来控制电机过流反转，实现车窗防夹功能。

1.2 设计内容

按设计技术指标进行车窗防夹、泊车后车窗关闭状态自检并自动关闭未关车窗的设计的思路。

1.3 设计思路及关键技术

主模块：基于CAN总线技术的轿车车窗智能控制系统通过CAN协议将车窗控制的4个模块作为4个节点挂在CAN总线上形成一个网络，通过这个网络确保模块之间顺利的沟通，该设计的硬件有CAN 控制器SJA10001块、CAN总线的收发器CM1050T1快、單片机STC12C5A16AD1快、12M晶振1快、16M晶振1块、30pf电容2个，22pf电容2个、1k电阻若干等组成。该设计实现的功能关键在于软件，对单片机进行软件编译，对CAN技术进行节点子程序编译。

2 基于CAN总线技术的轿车车窗智能控制系统设计的思路

（1）汽车泊车后车窗状态自检：用按键S1和S2模拟点火钥匙开关和车窗落锁开关，单片机STC12C5A16AD监控这两个开关的状态，实现点火钥匙和车门状态的信号采集，最后完成泊车后车窗状态的自检。

（2）汽车泊车后车窗自动关闭：在检测到泊车后，系统通过CAN总线的技术发送所有模块关闭车窗的信号。

（3）按键触发车窗升降：按键触发信号，单片机STC12C5A16AD1与 CAN 控制器SJA1000通信，CAN收发器CM1050T通过CAN协议向分模块发出车窗升降的信号。

分模块：一个完整的车窗玻璃升降电机驱动限流器通过晶体管导通路线的改变来驱动电机的正反转，该设计的硬件有4个大功率NPN三极管、4个小功率三极管、2个下拉电阻、4个保护电阻、1个减流电阻、电源、直流电机等组成。该设计实现功能关键在于软件，对单片机进行软件编译，单片机是集成的IC芯片，只需根据实际设计要求选型。其他部分都需要根据应用要求和性能指标自行设计。

3 基于车窗玻璃升降电机驱动限流器设计时的设计思路

（1）车窗的正常升降：用两个按键s2和s3来控制三极管的工作路线实现直流电动机的正转和反转。

（2）车窗遇到障碍物下降：用两个按键s2和s3来控制三极管的工作路线实现直流电动机的正转和反转，当车窗上升的过程中遇到障碍物，电机的电流值会上升，上升到我预先设定的门槛值时，电机马上反转车窗下降。

（3）车窗停止运动：用P3.4的高低电平控制电机工作和停止。

4 方案的确立

汽车上大多部分控制器都是由电子装置控制的，在电动汽车内为了将整个各系统统一管理，实现数据共享和相互之间协同工作，利用CAN总线进行数据传递是一个必然的趋势;CAN总线传递信息的方式，用一串高低电平表示的字符编码，表达某个特定含义，采用串行数据传输，可以1Mb/s的速率在40m的双绞线上运行，也可以使用光缆连接，而且在这种总线上总线协议支持多主控制器。目前网络连接在汽车上的主要方式采用的是高速CAN和低速CAN两条，高速CAN速率可达到500kb/s，主要用于驱动系统的;低速CAN速率一般为为100kb/s，主要用于车身系统;随着车电气电子设备的使用越来越多，无论是在发动机的控制系统到底盘传动控制系统，还是在制动、转向等系统的控制，以及车辆安全舒适系统，都在运用CAN-BUS系统，使汽车电子系统形成一个复杂的大系统，并且都集中在驾驶室控制。

车身系统CAN（CAN-Low，也称舒适总线）主要连接和控制中控与防盗系统、车辆仪表与室内外照明辅助系统、车身电动装置、车身信号装置和故障报警系统以及其它辅助电器等;车辆经常因线束长容易产生故障，总线控制系统减少线束的长度，车身布线集约化，进一步节省成本，减少车辆故障率。由于采用总线技术，K线和L线信号线数据作为共享基线，模块之间的信号传递都是通过这两条线进行传递。此外，在某些车型上还采用了辅助CAN总线作为第3条信息线，即信息娱乐总线，该总线适用于卫星导航及智能通讯传输系统中的信息传输;舒适和信息娱乐总线都设有位于系统内各个控制单元中不同阻值的终端电阻，因此可实现单线传输。其整车管理系统的总体结构示意图如图1。

智能车窗系统主要应用CAN总线技术对轿车的四个车窗模块进行网络控制，四个车窗模块相当于四个节点分挂在CAN总线上，左前车窗作为主控模块检测泊车信号和按钮信号，并且将信号挂在网络上，向其他模块发送数据，实现主控的功能。其他三个模块都作为分模块接收主模块发来的数据，实现动作，除此之外分模块也具有开关自我控制升降的功能。在整个系统工作的过程中贯穿车窗防夹的功能。

设计步骤

（1）查阅手动车窗、电动车窗以及如今智能车窗的发展过程，收集CANBUS技术在汽车中应用的相关材料。在了解设计背景的前提下展开毕业设计。

（2）硬件的设计。硬件电路的设计。绘制智能车窗系统的硬件电路图，计算电路图中相关硬件的参数并且选用。硬件电路板的焊接。参照硬件电路将元器件焊接在焊板上，并且合理的布线，最终形成硬件实物。

（3）软件的设计。CAN通讯主程序的设计、CAN节点子程序的设计、车窗防夹程序的设计。