基于PSoC的智能車窗控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要： 基于PSoC及Cyfi無線通信技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種智能車窗控制系統(tǒng)方案，具有無線控制車窗升降、車窗防夾手等功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方案具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單靈活、操作方便、功耗低、抗干擾等特點(diǎn)，可作為一種無線智能控制方案應(yīng)用于汽車電子領(lǐng)域。
關(guān)鍵詞： PSoC；CyFi；智能車窗控制系統(tǒng)

在汽車日益普及的今天，人們對(duì)汽車的安全性要求越來越高，防夾手電動(dòng)車窗應(yīng)運(yùn)而生。目前防夾手電動(dòng)車窗的設(shè)計(jì)方案較多，但大多都存在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、開發(fā)周期長(zhǎng)、成本較高等問題，而且這些方案都需要借助汽車內(nèi)部各種控制線路傳遞信息，增加了汽車內(nèi)部總線布局的復(fù)雜性。
針對(duì)上述問題，本文設(shè)計(jì)了一種基于PSoC和CyFi無線通信技術(shù)的智能車窗控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)在電動(dòng)車窗關(guān)閉時(shí)支持智能防夾手功能，同時(shí)電動(dòng)車窗的升降控制采用CyFi無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，取代了傳統(tǒng)的有線線路控制方式。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理
1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
本文設(shè)計(jì)的智能車窗控制系統(tǒng)主要由無線控制器、通信轉(zhuǎn)發(fā)器以及車窗控制器組成。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)中的無線控制器用于發(fā)送電動(dòng)車窗的升降控制指令，通信轉(zhuǎn)發(fā)器負(fù)責(zé)CyFi無線網(wǎng)絡(luò)的通信數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，車窗控制器負(fù)責(zé)接收遙控指令并根據(jù)指令控制車窗升降，同時(shí)在關(guān)閉車窗時(shí)支持防夾手功能。
1.2 系統(tǒng)工作原理
無線控制車窗升降的原理是：無線控制器根據(jù)設(shè)定的自身ID號(hào)以及用戶指定的遙控操作，組裝遙控指令，并通過CyFi無線網(wǎng)絡(luò)將指令發(fā)送給通信轉(zhuǎn)發(fā)器。當(dāng)通信轉(zhuǎn)發(fā)器收到遙控指令后，檢查指令的來源和目標(biāo)的合法性。如果指令合法，則將指令轉(zhuǎn)發(fā)給車窗控制器，車窗控制器收到轉(zhuǎn)發(fā)的遙控指令后，執(zhí)行該指令直至完成操作。
電動(dòng)車窗中的玻璃升降器是一種直流電動(dòng)機(jī)，用于帶動(dòng)車窗玻璃升降。車窗玻璃在上升期間遇到障礙物時(shí)，通過玻璃升降器的電流會(huì)陡然增大，通過采樣玻璃升降器的電流，就能夠監(jiān)測(cè)車窗玻璃升降過程中所遇到的阻力情況[1]。本系統(tǒng)的智能防夾手功能就是依據(jù)此原理而設(shè)計(jì)的。系統(tǒng)中的車窗控制器內(nèi)部設(shè)計(jì)了一個(gè)障礙物探測(cè)模塊，在車窗玻璃上升期間，該模塊通過霍爾元件對(duì)玻璃升降器電機(jī)的電流進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。當(dāng)車窗玻璃在上升期間遇到障礙物時(shí)，障礙物探測(cè)模塊檢測(cè)到電流的突變情況，由此可判斷出當(dāng)前車窗玻璃是否遇到障礙物，并將探測(cè)結(jié)果信號(hào)傳遞給車窗控制器核心控制板，核心控制板依據(jù)判斷結(jié)果執(zhí)行相應(yīng)的保護(hù)措施。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 硬件平臺(tái)
整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)所采用的硬件平臺(tái)包括Cypress公司推出的CY3271入門開發(fā)套件和CY3215-DK開發(fā)板。
CY3271是Cypress公司針對(duì)入門開發(fā)者推出的一款帶CyFi的低成本USB接口套件，包括PSoC集成開發(fā)環(huán)境PSoC Designer、用于數(shù)據(jù)采集的感應(yīng)控制軟件SCD、帶RF功能的PC橋FTPC、多功能板FTMF、支持長(zhǎng)距離無線應(yīng)用并帶功率放大器的RF擴(kuò)展板FTRF以及2個(gè)電池板[2]。
在本系統(tǒng)中，使用PC橋FTPC作為CyFi無線網(wǎng)絡(luò)的通信轉(zhuǎn)發(fā)器；以RF擴(kuò)展板FTRF作為CyFi網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)收發(fā)節(jié)點(diǎn)設(shè)備；多功能板FTMF中帶有CapSense觸摸傳感器，可作為無線控制器的控制鍵盤使用。
CY3215-DK開發(fā)板是一款用于PSoC開發(fā)的通用開發(fā)板，可自由選擇PSoC芯片以及外圍元件。
2.2 車窗控制器硬件結(jié)構(gòu)
車窗控制器以CY8C29466芯片為核心處理器，外接一個(gè)FTRF作為CyFi無線通信模塊，總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。障礙物探測(cè)模塊負(fù)責(zé)車窗玻璃在上升過程中判定車窗玻璃是否遇到障礙物。車窗控制電路用于轉(zhuǎn)換車窗控制信號(hào)。

2.3 障礙物探測(cè)模塊設(shè)計(jì)
障礙物探測(cè)模塊是通過檢測(cè)車窗升降器電機(jī)電流的方式來判斷車窗關(guān)閉過程中是否遇到障礙物。利用PSoC檢測(cè)電機(jī)電流，只需要一個(gè)PSoC芯片CY8C27443，外加一個(gè)霍爾元件、一個(gè)感應(yīng)磁環(huán)即可。其原理框圖如圖3所示。

CY8C27443芯片的外部引腳連接圖如圖4所示，圖中，U1為砷化鎵霍爾元件TSH119，U2為SPI輸出模塊，提供系統(tǒng)在電流檢測(cè)時(shí)的數(shù)據(jù)顯示功能，J1、J2與上拉電阻R2、R3構(gòu)成I2C數(shù)據(jù)通信接口，向外輸出探測(cè)結(jié)果信號(hào)。
3 軟件設(shè)計(jì)
3.1 無線控制器