采用AVR Flash微控制器的電動(dòng)車(chē)窗防夾系統

　　汽車(chē)上可自動(dòng)關(guān)閉的電動(dòng)車(chē)窗或車(chē)門(mén)設備潛藏著(zhù)卡死，擠壓以及可能傷人的危險。它們必須能夠反向移動(dòng)以防止馬達所施加的力超出正常限制。這種特性意味著(zhù)必須持續監視速度、電流和玻璃的位置。

　　由于成本和簡(jiǎn)化的原因，本文所描述的系統使用普通的帶有霍爾效應傳感器的刷式馬達?；谒俣群团ぞ貙档臋z測算法已通過(guò)健壯性和容錯性的驗證。該算法可用于所有帶有A/D 轉換器和通過(guò)變化引發(fā)中斷的I/O 口的AtmelAVR Flash 微控制器。本文描述的是基本原理，Atmel網(wǎng)站上的應用筆記有關(guān)于實(shí)現的詳細描述。

　　現代汽車(chē)中的電動(dòng)設備

　　目前，在高端客用汽車(chē)中電子組件和系統在成本中已占20%以上。增加電子設備的數目可以更好的控制傳感器和致動(dòng)器，從而增強汽車(chē)的舒適性和安全性?？梢灶A測，大部分的中等或高級汽車(chē)將會(huì )系統性的裝備電動(dòng)車(chē)窗或車(chē)門(mén)系統。這些設備中的絕大多數是全自動(dòng)的，這意味著(zhù)它們必須附帶安全系統以防止傷人或機械故障。已有法規設立了電動(dòng)系統必須遵守的規則。這一點(diǎn)在車(chē)窗的升起和車(chē)門(mén)的滑動(dòng)上尤其正確的。這篇應用筆記介紹了如何實(shí)現一個(gè)防夾算法，該算法最初是用于電動(dòng)車(chē)窗系統，但可以輕易地移植到其它可移動(dòng)設備中。

　　標準

　　汽車(chē)電動(dòng)車(chē)窗受?chē)H標準的約束，如美國的MVSS118 或歐洲的74/60/EEC。在如何降低對兒童的危險度方面，這些文檔所提出的要求如下：檢測區域：4mm 至200mm;最大夾物力為100N;夾住時(shí)可以反向;確定偏轉角測試：5N/mm 至 20N/mm。

　　關(guān)于硬件

　　對于確定關(guān)鍵夾物區是否有障礙物進(jìn)入的不同檢測策略有:

　　(1)無(wú)機械接觸。在夾物力施加至物體上之前就有反應。因為沒(méi)有外力施加在物體上，這是最優(yōu)的保護方式。它還不依賴(lài)于振動(dòng)、空氣動(dòng)力學(xué)變化或變形。但該方法要求有集成的傳感器(紅外、超聲波，等等)以及相關(guān)的電路模塊和線(xiàn)路，從而導致附加成本。

　　(2)有機械接觸。所測到的壓力傳遞給系統用于指示有物體被夾住。在這方面，設計者還有兩種基本的技術(shù)可用：方向測量(力學(xué)傳感器或接觸器集成進(jìn)車(chē)門(mén)密封中，這些解決方案成本一直都很高并限制了車(chē)窗/車(chē)門(mén)的樣式設計)，或者通過(guò)物理監測的無(wú)方向測量(這是一種整體成本上最優(yōu)的解決方案)。

　　防夾算法詳述

　　夾物檢測算法一開(kāi)始就要符合標準(FMVSS118 & 74/60/EEC)的要求：檢測區域為4 至200 毫米;最在施加力100 牛;夾住物體時(shí)反轉方向;標準的確認性測試。

　　必須要自適合的原因包括：– 提升系統中的機械部分將會(huì )隨著(zhù)時(shí)間而變化(老化、局部變形、磨損，等等);– 電子特性會(huì )有很大的變化;– 環(huán)境對磨擦力的影響(溫度、濕度、結冰等);系統不應對擾動(dòng)和不正確的夾物檢測有反應。對于空氣的磨擦、道路的振動(dòng)、斷電等都必須是健壯的。

　　使用馬達的解決方案的物理參數

　　必須可以通過(guò)馬達的電流算出施加在玻璃上的力。在速度方面可以持續提供移動(dòng)部件的位置信息。這些參數都可以用于確定是否遇到物體以及：該物體是否在檢測區;所施加的力是否超限。

　　本文描述了一種防夾算法，該算法通過(guò)測量電機電流和霍爾效應速度指示器來(lái)工作。只須很少的改動(dòng)，就可以將該算法用于象滑動(dòng)車(chē)門(mén)或蓬頂這樣的系統中。

　　夾物檢測算法

　　一般情況下，夾物檢測算法的運行是通過(guò)間接測量車(chē)窗提升系統的，包括電流(扭矩)和位置(速度)。與算法相關(guān)的應用筆記采用了兩種技術(shù)，它們是基于：

　　存貯在無(wú)沖突內存中的校準扭矩：執行初步學(xué)習順序，將扭矩值存貯在內存中。這種技術(shù)很耗費內存，并要求規定校準順序。

　　速度推導計算：很有意義的一種技術(shù)，因為它對內存要求較少，但需要更多的計算，具有兩種方法的優(yōu)點(diǎn)。

　　在AVR上的實(shí)現

　　前幾段詳細描述的算法已經(jīng)實(shí)現，并在一塊AVR ATmega88 開(kāi)發(fā)板上進(jìn)行了測試。圖2 描述的是用以實(shí)現算法的硬件。它采用了一塊標準的ATmega88 以及模擬鏈來(lái)測量電機電流。硬件帶有兩個(gè)霍爾效應傳感器。馬達的方向是通過(guò)一個(gè)兩極延遲來(lái)控制的，并通過(guò)一個(gè)場(chǎng)效應管來(lái)激活馬達的開(kāi)關(guān)。

　　系統內編程Flash

　　系統內編程允許任何位于端系統內的AVR 微控制器進(jìn)行編程和再編程。通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的三線(xiàn)SPI 接口，系統內編程器與AVR 微控制器進(jìn)行串行通訊，從而重編程芯片上的所有非易失性?xún)却?。系統內編程無(wú)須將芯片從系統中物理上拿出。這樣無(wú)論是在實(shí)驗室的開(kāi)發(fā)階段，還是現場(chǎng)的軟件或參數的升級，均可以節約時(shí)間和資金。在最終產(chǎn)品階段將代碼上傳進(jìn)Flash 存儲器中時(shí)，在多個(gè)應用和自定義版本中使用同一個(gè)標準的AVR Flash 微控制器可以簡(jiǎn)化總量管理。

　　軟件描述

　　所有代碼使用IAR EWAVR 4.1 以C 語(yǔ)言方式實(shí)現?；竟δ?位置管理、初始 化、電流管理、車(chē)窗操作、防夾監測)的實(shí)現需要2KB Flash。增加擴展功能象校準、阻塞點(diǎn)的檢測和存儲，可將代碼大小擴展至4KB。軟件代碼可在A(yíng)tmel的網(wǎng)站中獲得，其結構如下：

　　初始化腳通過(guò)一個(gè)霍爾效應傳感器(對信號沿的升起和下降敏感)改變所要用的中斷。它還初始化用于測量速度和馬達電流的時(shí)鐘和ACD。

　　這個(gè)函數從EEPROM 或以初始值方式加載車(chē)窗提升參數，以初始化車(chē)窗提升器。這些參數包括車(chē)窗的大小、傳感器值、夾物閾值、夾物區域、已知的最后的位置，等等。如果在位置參數上是一個(gè)缺省值，它能夠請求一個(gè)下降的命令在底端限制值上初始化車(chē)窗提升器。

　　這個(gè)函數是將車(chē)窗提升參數存進(jìn)EEPROM。

　　這個(gè)函數包含了車(chē)窗提升狀態(tài)機。它通過(guò)已有的事件參數控制車(chē)窗的操作。監視車(chē)窗的位置、上升和下降端的限制以及防夾系統的狀態(tài)。返回車(chē)窗提升器的狀態(tài)(與get_window_state 函數的值相同)。

　　這個(gè)中斷子例和在霍爾傳感器沿執行。它計算滾動(dòng)方向、位置、推導速度和馬達電流參考值。通過(guò)計算連續的方向變化，它還能夠檢測出霍爾效應傳感器的缺省值(傳感器沒(méi)有連接至一個(gè)中斷腳上)。

　　這個(gè)函數強制車(chē)窗在一個(gè)定義好的步驟后停下來(lái)。該函數返回車(chē)窗提升狀態(tài)機的狀態(tài)(這個(gè)返回值用于window_ctrl 函數中)。

　　建立車(chē)窗提升狀態(tài)：用于強制性操作中(如停止請求…)

　　計算最后8 個(gè)采樣點(diǎn)的均值。用于過(guò)濾馬達電流。

　　這個(gè)函數監視啟動(dòng)按鈕，產(chǎn)生操作命令事件并傳遞給window_ctrl 函數。

　　關(guān)于A(yíng)VR 微控制器在汽車(chē)方面應用的更多的信息可在以下址中找到：www.atmel.com/products/avr/auto