摘 要

汽车已经成为现代社会人们日常生活的必需品，但是因为汽车车窗的使用方法不当而引起的人身伤亡事故却时有发生，在汽车的电动车窗上增加智能防夹功能的需求越来越多。近年来，随着我国综合国力的上升和各行各业自主研发的必要性的的提升，车窗的智能防夹控制系统的研究就有了重要的现实意义。

本文介绍了一种基于STC89C52的汽车电动车窗升降控制系统。通过对电机驱动电流的采样和模数转换，将数字量的与驱动电流关联的电压信号输入单片机，与设计是的预设量向比较，同时通过运行时间的测量，来判断电机是否出现堵转电流，进而控制车窗的上升下降和防夹。

本文对电流采样来实现防夹功能的软硬件方法进行了重点的阐述，为了保证设计的可行性与经济性，对电子元件的选型也有着充分的考虑。最后文章介绍了这次设计中遇到的问题，调试和改进的方法，以及仿真运行的结果。

关键词：STC89C52RC 电流采样 防夹算法 单片机编程语言C51

Abstract

The automobile has become a necessity of people's daily life in modern society, but the casualty accidents caused by the improper use of car windows occur from time to time. In recent years, with the rise of China's comprehensive national strength and the necessity of independent research and development in all field of life, the research of intelligent anti pinch control system for windows has important practical significance.

In this paper, I introduce a kind of control system based on STC89C52. Through the sampling and analog-to-digital conversion of the motor drive current, the voltage signal related to the drive current is input into the single chip microcomputer, and compared with the preset direction of the design. At the same time, through the measurement of the running time, we can judge whether the motor has locked rotor current, and then control the up and down and anti-pinch of the window.

This paper focuses on the hardware and software methods of current sampling to realize the anti-pinch function. In order to ensure the feasibility and economy of the design, the selection of electronic components is also fully considered. Finally, the paper introduces the problems encountered in the design, debugging and improvement methods, as well as simulation results.

Key Words：STC89C52RC current sampling anti-pinch method MCU programming language C51

目录

第1章 绪论 1

1.1 汽车中电子系统的发展概况 1

1.2 设计的背景 2

1.3 国内外研究成果对比分析 2

1.2.1 国外研究现状 2

1.2.1 国内研究现状 4

1.2.2 对比分析 4

1.4 设计的主要内容 4

第2章 控制器元件选型 5

2.1 引言 5

2.2 控制核心—单片机 6

2.2.1 STC89RC52简介 6

2.2.2 硬件组成 6

2.2.3 引脚功能 7

2.2.4 定时/计数器简介 7

2.3 直流电机驱动芯片 8

2.3.1 L298N简介 8

2.3.2 L298N的引脚 9

2.3.3 L298N的功能 9

2.3.4 备选方案—MC33486 10

2.4 模数转换芯片 12

2.4.1 芯片简介 12

2.4.2 引脚和通道选择 12

2.4.3 工作流程 13

第3章 车窗控制系统的电路设计 14

3.1 单片机电路设计 14

3.1.1 单片机最小系统和复位电路 14

3.1.2 时钟电路 14

3.2 单片机周边电路 15

3.2.1 按键电路 15

3.2.2 电机驱动电路 15

3.2.3 电流采样电路 16

3.2.4 模数转换模块 17

3.2.5 时钟信号的获取 17

3.3 硬件中的抗干扰技术 18

第4章 车窗控制系统的软件设计 20

4.1 总体设计方案 20

4.2 跟随按键状态—长按升降 21

4.3 双击上升 21

4.4 防夹检测子程序 22

第5章 防夹算法探究 24

5.1 前言 24

5.2 常见防夹算法 24

5.2.1 电流波纹检测方法 24

5.2.2 基于霍尔传感器的电流检测方法 25

5.2.3 基于霍尔传感器的加速度检测法 25

5.3 本次设计的防夹算法 25

5.3.1 车窗位置的判断 25

5.3.2 阻力大小判断 26

5.3.3 此算法的优缺点 26

第6章 仿真与预设值的设定 27

6.1 仿真 27

6.1.1 Protues简介 27

6.1.2 Protues仿真运行 27

6.2 预设值 31

6.2.1 防夹区域的设定 31

6.2.2 防夹力的设定 31

第7章 结语 32

附件 33

附件1 硬件电路原理图 33

参考文献 34

致谢 35

绪论

汽车中电子系统的发展概况

相关资料显示，全球经济形势呈现下行姿态，全球汽车生产和销售行业也不例外。根据全球汽车数据库（Global Auto Database）的统计，虽然2010年至2017年，全球汽车销售量每年都在增长，但是近两年来，汽车销量陷入了年度负增长。^[1]

表1.1 2011-2019年中国以及全球汽车销量

从表1.1.1中可以看出，我国的汽车销量与全球销量紧密相关，在汽车行业下行的背景下，再加上经过多年的研究开发，汽车的外形和材料的创新更新已经到了一个瓶颈的阶段，有资料显示，近些年来汽车领域70%左右的技术创新开发来源于汽车中电子产品的研究开发。^[2]所以，我国各大主力汽车集团继续进行汽车车窗系统及其防夹算法的相关研究对我国汽车行业的发展，对于增强我国汽车行业在世界的竞争力和振兴汽车市场有着重要的意义。^[3]

表1.2 2019年部分国际集团的销量

设计的背景

人类经济科技社会文明发展进步日新月异，物质和精神上的生活品质水平与年相比较在半个世纪前已经有了很大的大幅提高，我国汽车经济已经由高速经济发展的老阶段逐渐转为一个高质量快速发展的新阶段，再加上国内汽车行业本身对安全、舒适、节能、环保这四大核心理念的不断追求，车内的各种各样的安全控制管理系统也越来越向着更加智能化和更加人性化的两个方向进行发展。在许多传统电动汽车中，比较高级的胎温控制管理系统主要有汽车安全气囊控制装置、TPMS(即汽车胎温和胎压自动监测控制系统)以及电动助力汽车转向或变速制动辅助系统等等，又一些如家用汽车车内空气温度控制管理系统、车内驱动电源回路管理控制系统则更加常见。在完全保证了一辆汽车的使用安全性的根本同时，也可以使得使用者在驾驶汽车过程更加安心舒适。在汽车科技已经高度发达的当下，电动车窗控制系统已经广泛应用与现在市面上的各类小型汽车当中，但是传统电动车窗在给广大驾驶员用户提供舒适的汽车驾驶生活环境的时候同时也给其带来了一些安全的技术隐患。有相关数据分析表明，在美国从1993年到2003年大约有23名6岁儿童因车窗夹伤事故而意外丧命，在当代我国，近年来也时有发生儿童车窗内被夹伤的意外事故而造成前往受伤医院的死亡记录^[4]。因此，电动汽车安全车窗尤其特别是基于防夹车窗算法的创新设计，为电动驾驶员和电动乘客能够提供安全和具有品质保证的电动乘车使用环境，就已经显得尤为重要。

国内外研究成果对比分析

国外研究现状

电动车窗安全控制智能系统最先应用于高档汽车的电动天窗，诞生于上个世纪30年代，率先由美国福特公司开发设计完成制作，随后迅速在欧美、日本的汽车电动车窗制造商中获得广泛应用^[5]，改革开放以后，国内的汽车制造厂商不断吸收欧美等发达国家的研究成果，也逐步开始了自己的新型汽车电动智能车窗控制系统的研究，在手摇机械式车窗的基础上不断进行技术升级和创新开发。目前国外的主要研究成果包括：