传统的电动车窗作为车身的一个独立系统，采用点对点的控制方式，与其他电气设备缺少信息交流，不利于实现自动化，而且连线繁杂臃肿，安全系数低，维修难度大。针对上述问题，本文提出一种智能电动车窗系统设计，使用嵌入式技术和CAN总线技术，使车窗系统成为车身控制网络的一个智能节点，具有较高的灵活性和安全性。嵌入式技术能提高集成和智能程度；CAN总线技术能简化布线和减少干扰，并实现自动控制的数字化、网络化和信息资源的最大共享。
    作为汽车领域最具潜力的现场总线之一，CAN总线技术应用于电动车窗在国外一些高档车型也得到实现，如奔驰W220、宝马745IL、奥迪A6和大众的速腾，丰田凯美瑞也在中控门锁和电动车窗中采用CAN总线技术。而国内相关应用还不够成熟，应用的高档车中也大部分是由合资外方提供技术支持，因此研究具有实际意义。CAN总线常用的控制器有两类：一类独立于处理器，如英特尔公司的82526，Philips公司的SJA1000等；另一类集成于处理器内，成为一个CAN模块。本文以集成CAN模块的单片机P8xC591为核心设计出一款智能电动车窗系统，通过试验测试，能实现常规操作、防夹防堵和其他附加功能，具有线路结构简单、实时可靠性高等优点。在防夹方面没有采用国内外在电机安装霍尔传感器
    或车窗边缘安装压力传感器的普遍做法，而是提出一种无传感器基于电流特性的判别法，通过对电机电流多角度分析减少误判率。

    1 智能车窗系统功能和方案
    1.1系统实现的功能
    图1展示传统点对点方式布线和采用CAN总线后的布线对比情况。可以看出采用CAN后线束减少一半以上，只要两个接口，凸显CAN总线技术给汽车组网带来的便利。下面是该系统具有的功能。

    1）手动升降功能正常状态下电机不工作；当抬起开关接触up端变为低电平时车窗上升；当按下开关接触down端变为低电平时车窗下降。
    2）防夹功能车窗在上升过程中若遇到异物阻挡就自动停止上升，电机立即反转一段安全距离（设置为120mm），避免夹伤事故。防夹控制算法的实现下文将做详细分析。
    3）电机保护功能设置堵转和高温的电机双重保护。电机堵转超过300ms停止工作；温度超过160℃不再接受控制命令，温度超过180℃停止工作，温度回落至正常范围内立即恢复相应功能。
    4）智能升窗功能为消除车主和乘客离开后忘记升窗的安全隐患，系统加入智能升窗功能。智能升窗管脚收到来自点火开关熄火信号、中控门锁信号或远程遥控信号时自动提升所有车窗直至完全闭合。
    1.2总体方案的确定
    博世公司为汽车网络开发的CAN总线支持分布式控制并形成国际标准。SAE汽车委员会用A、B、C这3种类型划分车载CAN网络。电动车窗系统采用A类CAN总线，是小于10kb／s的低速网，还用于门控、后备厢等处。
    从图2的布置结构看出系统由4个节点和CAN网络组成。以驾驶室为主节点，副驾驶室、左乘客侧、右乘客侧为从节点，节点间通过CAN总线信息共享。

    主节点的开关组具有本地／全局模式，包括控制开关（K1／K2／K3／K4）和模式切换开关（K0），既能控制驾驶室车窗，又能通过CAN总线间接控制其余车窗；从节点开关只有本地模式。本地模式：节点独立控制各自车窗；全局模式：从节点开关不起作用，由驾驶室控制4个车窗。初始化后默认为本地模式，乘客可根据需要调整自己侧车窗。

    2 硬件电路设计
    2.1处理器接口电路
    主节点由Philips公司的P8xC591处理器、半桥式电机驱动芯片BTS7960、光电耦合器6N137和收发器PCA82C250等组成。为统一接口和方便编程，从节点在芯片和结构上也与主节点保持一致。以主节点为例说明节点接口电路设计，处理器P8xC591与CAN接口电路如图3所示。

    P8xC591内部集成CAN模块，无需控制器，一定程度上简化了电路。派生于MCS-51微处理器系列的P8xC591拥有强大的80C51指令集，内部集成SJA1000的PeliCAN功能，是一款能满足设计要求的高性能微处理器。PCA82C250是Philips公司的一款总线收发器，能够提供总线传输所需要的差分信号，与总线标准兼容。PCA82C250与CAN之间加入电阻、电容等能起抗干扰和安全作用的器件，其中5Ω限流电阻保护收发器免受过流冲击，30pF电容防电磁辐射又滤干扰，2个稳压管通过放电保护收发器免遭高压击穿。通用仪器公司的高速光电耦6N137可实现电气隔离，增强抗干扰，但其VCC和VDD端必须完全隔离，否则就没有效果。
    2.2电机驱动芯片应用电路
    电机是系统的执行终端，其驱动电路的设计也是一个重点。查阅资料，发现目前电机驱动电路主要有3种：①4个CMOS管搭建的H桥驱动电路；②MC33886全桥驱动电路，设计的电动车窗采用这种电路，但必须多片并联才能改善发热量大的缺点；③2片BTS7960半桥驱动芯片组成的全桥驱动电路。
    经过比较验证，在发热量上，多片MC33886容易因发热不均而影响寿命，BTS7960内阻相对较小则不会如此；在驱动能力上，4片CMOS管搭建的H桥驱动电路比不上2片BTS7960组成的全桥驱动电路。综上，选择Infineon公司的BTS7960半桥驱动芯片构建电机驱动电路，其电路原理如图4所示。

    BTS7960内部由3个模块组成：顶部芯片组、低压端和高压端基部芯片，高、低压端基部芯片分别由一个P沟道MOSFET和一个N沟道MOSFET构成。MOSFET的开关转换频率即使达25kHz，芯片仍能灵敏稳定且功率损耗低。BTS7960还具有过流、短路、过压、欠压保护功能，输出电阻小，抗干扰能力强，适合电动车窗低压大电流的PWM电机驱动。图4中INH脚为使能端，高电平有效。当INH和IN同为高电平时，高端MOSFET导通、低端MOSFET截止，OUT输出高电平；当INH为高但IN为低电平时，高端MOSFET截止、低端MOSFET导通，OUT输出低电平；当INH为低电平时，OUT不输出电平。通过2个BTS7960的INH和IN端高低电平匹配，就能实现电机正转、反转和停转3种状态的切换。状态切换易造成电源波动，采用总线驱动器74LS244隔离驱动电路和处理器。BTS7960的状态标志IS引脚还可以采样电机电流，为监测电机状态和利用电流特性实现防夹功能提供条件。

    3 系统软件设计
    3.1主控程序
    主控程序控制主节点，去掉模式判断部分即可用于从节点。先对CPU和CAN模块初始化，设置I／O口、中断及全局变量，将堵转判断电流阈值写入ROM。初始化后读取按键信息，判断所处模式：本地模式只需判断K1动作；全局模式要依次判断4个按键动作。在电机的升降过程中还要判断是否堵转并实现防夹控制，主控程序流程如图5所示。

    3.2CAN通信程序
    3.2.1CAN模块初始化
    初始化是CAN通信的基础，P8xC591复位后在配置模式下对CAN接口的中断、工作方式、输入输出引脚、状态寄存器、波特率参数、I／O寄存器以及滤波寄存器等进行设置，保证CAN总线基本通信条件。同时清空缓冲区，为发送／接收做准备。

    3.2.2节点报文发送
    发送的数据信息以帧的形式出现，在上次发送完成后开始，否则等待。报文分为数据帧和远程帧，其中远程帧没有数据场，发送前须判断帧类型再进行相应操作。主控器把数据按规定格式组成一帧报文，写入CAN发送缓冲区并置位“发送请求”标志，启动发送。
    3.2.3节点报文接收
    报文接收在处理数据时涉及对错误报警、总线关闭和接收溢出等其他情况处理，比发送程序复杂一些。接收主要有查询和中断两种方式，系统采用高效并行的中断方式。在排除非正常中断干扰后对中断信号进行响应，先读取帧格式判断是否为数据帧，正确时读取缓冲区数据，否则置错误字。接收完报文后释放缓冲区等待下次中断的产生。

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