基于PSoC的智能車窗控制系統(tǒng)設計

摘 要： 基于PSoC及Cyfi無線通信技術，設計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。實驗結果表明，該方案具有設計簡單靈活、操作方便、功耗低、抗干擾等特點，可作為一種無線智能控制方案應用于汽車電子領域。
關鍵詞： PSoC；CyFi；智能車窗控制系統(tǒng)

在汽車日益普及的今天，人們對汽車的安全性要求越來越高，防夾手電動車窗應運而生。目前防夾手電動車窗的設計方案較多，但大多都存在設計結構復雜、開發(fā)周期長、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)部總線布局的復雜性。
針對上述問題，本文設計了一種基于PSoC和CyFi無線通信技術的智能車窗控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)在電動車窗關閉時支持智能防夾手功能，同時電動車窗的升降控制采用CyFi無線網(wǎng)絡進行通信，取代了傳統(tǒng)的有線線路控制方式。
1 系統(tǒng)結構及工作原理
1.1 系統(tǒng)總體結構
本文設計的智能車窗控制系統(tǒng)主要由無線控制器、通信轉發(fā)器以及車窗控制器組成。系統(tǒng)總體結構如圖1所示。

系統(tǒng)中的無線控制器用于發(fā)送電動車窗的升降控制指令，通信轉發(fā)器負責CyFi無線網(wǎng)絡的通信數(shù)據(jù)轉發(fā)，車窗控制器負責接收遙控指令并根據(jù)指令控制車窗升降，同時在關閉車窗時支持防夾手功能。
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)設定的自身ID號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)絡將指令發(fā)送給通信轉發(fā)器。當通信轉發(fā)器收到遙控指令后，檢查指令的來源和目標的合法性。如果指令合法，則將指令轉發(fā)給車窗控制器，車窗控制器收到轉發(fā)的遙控指令后，執(zhí)行該指令直至完成操作。
電動車窗中的玻璃升降器是一種直流電動機，用于帶動車窗玻璃升降。車窗玻璃在上升期間遇到障礙物時，通過玻璃升降器的電流會陡然增大，通過采樣玻璃升降器的電流，就能夠監(jiān)測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)此原理而設計的。系統(tǒng)中的車窗控制器內(nèi)部設計了一個障礙物探測模塊，在車窗玻璃上升期間，該模塊通過霍爾元件對玻璃升降器電機的電流進行實時測量。當車窗玻璃在上升期間遇到障礙物時，障礙物探測模塊檢測到電流的突變情況，由此可判斷出當前車窗玻璃是否遇到障礙物，并將探測結果信號傳遞給車窗控制器核心控制板，核心控制板依據(jù)判斷結果執(zhí)行相應的保護措施。
2 系統(tǒng)硬件設計
2.1 硬件平臺
整個系統(tǒng)設計所采用的硬件平臺包括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)采集的感應控制軟件SCD、帶RF功能的PC橋FTPC、多功能板FTMF、支持長距離無線應用并帶功率放大器的RF擴展板FTRF以及2個電池板[2]。
在本系統(tǒng)中，使用PC橋FTPC作為CyFi無線網(wǎng)絡的通信轉發(fā)器；以RF擴展板FTRF作為CyFi網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)收發(fā)節(jié)點設備；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 車窗控制器硬件結構
車窗控制器以CY8C29466芯片為核心處理器，外接一個FTRF作為CyFi無線通信模塊，總體結構如圖2所示。障礙物探測模塊負責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換車窗控制信號。

2.3 障礙物探測模塊設計
障礙物探測模塊是通過檢測車窗升降器電機電流的方式來判斷車窗關閉過程中是否遇到障礙物。利用PSoC檢測電機電流，只需要一個PSoC芯片CY8C27443，外加一個霍爾元件、一個感應磁環(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)在電流檢測時的數(shù)據(jù)顯示功能，J1、J2與上拉電阻R2、R3構成I2C數(shù)據(jù)通信接口，向外輸出探測結果信號。
3 軟件設計
3.1 無線控制器