车辆工程毕业设计(论文)-基于威驰轿车的自动关窗器设计【全套图纸】 .doc
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1、 1 第 1 章 绪 论 1.1 自动关窗器的现状分析 自动关窗器产生于欧洲。在上世纪 80 年代仅仅应用于一些进口豪华车 上。在 90 年代末期才在我国进行生产的车上看见自动关窗器的身影。直到 2005 年才得到广泛应用经过近 30 年的发展这一技术已经相当成熟。现在我 国市场上的大部分高中档车都已经安装了这一系统。但是由于各种原因使得 有些车并没有安装这一方便实用的系统。 全全套套图图纸纸,加加 1 15 53 38 89 93 37 70 06 6 目前,随着车辆的普及以及轿车家庭化的发展趋势,人们对于汽车不仅仅是动 力性,安全性,舒适性的要求,对于汽车的一些辅助系统也是有着极高的要求。
2、 一些高端车已经安装了许都自动化装置。例如座椅角度调节器;GPS 导航仪; 城市车速测试提醒仪等一系列的辅助系统 同时随着电子技术的不断发展越来越多的与汽车相关的电子厂品不断问世。 汽车电子已经是现代汽车发展的一个重要方向。在不断完善汽车动力的同时, 汽车的内饰汽车的辅助功能也是不断发展。对于在高端汽车上已经完善并且应 用了的自动关窗系统一般乘用车辆还是没有安装,当驾驶员锁车后出现忘记关 闭车窗的现象,容易导致随车物品的丢失,给车主带来损失。设计出一套具有 自动关窗功能的装置,并且方便车上安装,对于充分发挥学生的创新思维,培 养创新思维及科学分析方法十分有益。 这种智能关窗系统的工作原理是主要
3、通过电子模块加认组合,利用主机 上的芯片里面设定的程序完成检测功能,使关窗步骤顺利完成。 可以设定时 2 间,当车窗关闭时,它使电源中断,保护电动窗马达免受破坏,也使得蓄电 池不会因此轻易耗尽智能关窗器,只有在车钥匙熄火后,才会生效的,关窗 也只生效一次。,它的设计原理是根据汽车电动窗在正常工作和关闭时读入的 模拟信号转换成数字信号 ,储存于一块记忆体内 ROM,再通过一块专 CPU 芯 片关窗时,比对平时使用的正常工作信号 , 以程序方式来控制和处理电机的 转动。由于是依次动作 ,保证了电瓶在无充电状态下 ,正常放电,使电瓶和 电动机都能正常、安全的工作。 如今越来越多的轿车上安装了电动车窗
4、,同时也随着电子技术在汽车中的广 泛应用 ,出现了自动关闭功能的智能型电动车窗。这些装备不仅方便了驾乘人 员,减轻了他们的疲劳强度 ,更有利于行车安全 电动车窗主要由车窗玻璃升降器、电动机、继电器、开关等装置组成。电 动车窗除了要实现车窗的开启与关闭外 ,更为重要的是要保证车窗在不同的环 境下均能正常工作。如在北方的冬季 ,车窗的移动轨道出现冰雪时,车窗在移动 时遇到的阻力很大 ,如何保证车窗的正常开启和关闭,这就是电动车窗要解决的 主要问题。 汽车是现代生活中不可缺少的交通工具,随着人们生活水平的提高,中央门 锁和电动车窗给驾驶员和乘客带来了很大的方便。驾驶员通过它可以方便的对 所有车门的开
5、闭进行控制。电动车窗使得驾驶员也可通过设在驾驶员旁边的控 制开关对各车窗实现集中控制。但是在有些时候也会出现一些其他的麻烦。比 如:当汽车停车熄火 ,锁好门后 ,有时会忘记将车窗玻璃升到位 ,及时发现的, 要重新打开车门,按动开关将其升到位;而一旦疏忽 ,不但会造成重要文件物品 丢失,甚至会导致车辆失窃、雨天驾驶室进水等给用户带来不必要的经济损失和 精神负担。鉴于以上情况 ,设计了在中央门锁和电动车窗的基础上加装的汽车 自动关窗控制器。其工作情况是:当汽车熄火后 ,锁上门锁时,汽车自动关窗控 制器会自动关好开着的所有车窗玻璃。如果汽车附有遥控装置 ,下车后只需轻 轻一按遥控器就可以放心地离开了
6、,再不用担心物品丢失、车辆失窃、雨天驾驶 室进水等问题了。 1.2 选题的目的和意义 目的:(1)防止由于车窗未关好,造成汽车室内物品被盗窃;(2)防止在 雨 天因忘记关窗而造成车内进水(3)防止车在冬天下雪化成冰时,车窗上升遇到 冰块时,电机超负荷工作而损坏。 3 意义:本次设计的自动关窗器弥补原有玻璃升降系统的不足,当您的汽车 熄火时,智能窗会感应到门窗关闭程序,自动为您关好开着的所有玻璃窗。当您 汽车再次起动时,会恢复原有车辆升降系统工作程序。还拥有防负荷过载的功能, 本自动关窗器安装方便、使用更安全。 1.3 设计的基本内容、拟解决的主要问题 1.本设计的主要内容: (1)结合汽车电路
7、特点设计出自动关窗器电路,主要解决正负极控制; (2)设计出具有车窗自动升降控制功能的装置,主要解决车辆落锁时车窗 自动关闭; (3)设计出针对威驰轿车的控制电路; 2、拟解决的主要问题: (1)了解自动关窗器的结构,进行初步设计。 (2)选择合理控制方式(正负极控制) 。 (3)搭建合适的电路,确定控制算法。 (4)确定安装定位方式。 1.4 技术路线(研究方法) 收集相关资料 撰写开题报告 了解基本电路绘制基本电路图 搭建控制电路编写关窗程序 自动关窗器 4 第 2 章 威驰轿车电动车窗的结构 2.1 车窗的开关及控制 电动车窗系统都装有两套控制开关。一套安装在驾驶员边门车窗或仪表板 上,
8、由驾驶员控制每个车窗的升降,是总开关。另一套分别装在每个车窗中不, 由乘客进行操纵,为分开关。每个车窗的电动机都要通过总开关搭铁,所以电 流不但通过每个车窗上的开关,还要通过总开关上的相应开关1。 威驰汽车的自身车窗电路是一个简单的并联电路 一 总开关的控制 (1)当调节器主开关总成的每个车窗开关按上时车窗玻璃应向上运动:当 调节器主开关总成中每个车窗开关按下时,车窗玻璃应向下运动。这是车窗控 制总开关的调节 (2)当车窗门锁所上时,除驾驶员侧门玻璃外其他的门玻璃均不能移动。 二 检查自动操作功能(只有驾驶员侧玻璃)接通点火开关(on) 。 (1)检查自动上升功能,调节器主开关总成中的每个开关
9、(up)下时,所 5 有玻璃充分关闭。 (2)检查自动下降功能;调节器主开关总成中的每个开关(down)下时, 左右玻璃充分打开。 (3)当开关由自动下降切换到向上时,窗玻璃应先停止运动。 2.2 车窗关闭与打开的工作方式 早期的汽车车窗普遍采用首要曲柄控制其上下移动,但随着汽车工业的不 断发展,电动车窗已被广泛应用。电动车窗系统是通过电动机驱动车窗升降器 使车窗上下移动,有些汽车上的自动车窗由电机直接作用域升降器,而有些则 是通过驱动机构作用于升降器,从而把电动机的转动转换成车窗的上下移动, 威驰轿车采用的是通过驱动机构作用于升降器。 电动车窗系统采用永磁式电机来操作每个车窗。电机的工作可以
10、有单位的 主开关控制,也可以有单个车窗开关组成的组合开关来控制。车窗的升高和降 低取决于供给车窗电动机的电流方向。 车窗的运动方式是用举升器的升降来完成的。汽车的车窗的举升器都采用 非常灵活的连杆来举升车窗玻璃,同时保持器处于水平状态。将小型电动机连 接单一个涡轮和几个其他直齿圆柱之论,以产生较大的齿轮减速比。从而提供 足以升起车窗的扭矩。电动车窗的一个重要功能是电动车窗不能强制打开 传动结果中的涡轮直齿这一功能。由于蜗杆和齿轮之间存在接触角度,因此很 多涡轮都具有自锁功能。蜗杆可旋转齿轮,但齿轮不能旋转蜗杆,齿之间的摩 擦致使齿轮结合。 连杆带有一个长臂,此长臂与支撑车窗底部的杆相连。臂的末
11、端在车窗升 高时可以划入干的凹槽中。在干的另一端是一个大盘,盘上刻有轮齿,电机可 转动与这些齿接合的齿轮。而维持轿车采用的是交臂是车窗玻璃升降器。主要 有扇形赤坂,玻璃导轨及调节器等组成。它的工作原理(如图 2.1 所示)扇形 齿板利用驱动电机的棘轮进行转动,从而带动 X 臂运动,而使车窗玻璃作上下 移动威驰轿车的电动机是一个永磁的,两级直流电动机,电动机内部都装有减 速装置。车窗电动机内部一般都装有抑制无线电干扰装置。车窗电动机一般设 计成正反旋转,具有较高输出转矩低噪声,小体积,扁平外形和短时间工作制, 并对尘埃及洗涤剂具有密封保护性能。为了与不同升降机构相匹配,电动机输 出部分的结构也有
12、所不同。对于交臂式结构,电动机的输出部分也是一个小齿 轮,通过与软轴上的齿相啮合,驱动软轴卷绕,带动玻璃沿导轨作上下反复运 动2。 6 图 2.1 关窗系统举升结构 2.3 威驰轿车车窗电路的特点 威驰轿车电动车窗仅仅需要按钮操作,即可由电动机驱动车窗上下移动, 使车窗开启或关闭十分方便。在威驰电动车窗电路中,设有驾驶员操作的主控 开关和每一个车窗的独立操作开关。每个车窗的操作开关可由乘客自己操作, 驾驶员可以控制四个车窗。有些汽车的主控开关还备有只能由驾驶员一人控制 的锁止开关,已切断其他各个车窗的电源,威驰轿车也有此功能。此时,只能 由驾驶员控制车窗的操作,每个车窗的独立操作开关不再起作用
13、 同时但由于有些人的汽车停车熄火关好门后,有时会忘记将玻璃窗升到位,如 果想启动的话要重新启动电源,还要按玻璃窗开关将其升到位,操作比较麻烦。 威驰轿车的的升窗系统是通过四个车门各有一个电机,通过电机的正反转 来控制车窗的升降。 电动机正常工作时,电动机是一段搭铁,当电动机停止工作是时,电动机 是两端搭铁。具体电路如图 2.2 所示 7 123456 A B C D 654321 D C B A FUSE 主主主 主主主主 FUSE 主主主主 主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主 主主主 主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主 主主主主主主主 主主主主主主主主主主主主主
14、主主主主主 F? FUSE 图 2.2 威驰轿车原车关窗电路图 2.4 本章小结 本章主要介绍了丰田威驰轿车的关窗系统,其中包括其控制方式,控制步 骤,及其主控与分控。还介绍了该轿车的关窗系统的运行方式。其机械原理为 交臂式的举升结构,扇形齿板及玻璃导轨等组成来控制玻璃的上升与下降。为 自动关窗器的设计打下理论基础。 第 3 章 基于威驰轿车的自动关窗器的设计及控制程 序的设计 3.1 基于单片机控制威驰车自动关窗的基本设计 首先本设计的基本思路是用单片机对关窗系统进行控制并完成最后的关窗 8 任务,其工作原理为汽车熄火后,单片机预先编写好的程序开始工作。由该程 序来控制车窗自动关闭。 根据任
15、务要求我们要解决的主要有两个问题,首先是保证轿车在关火后所 有车窗在没有闭合情况下自动上升至闭合位置,其次要解决有时关窗过程有异 物阻挡住车窗上升,从而使车窗电动机损坏的问题。 解决第一个问题我们就需要了解威驰轿车关窗的时间为多少,在正常情况 下车窗由最低位置到完全闭合需要 4 秒时间,但是由于受天气,温度,等一系 类外界环境影响,威驰轿车关窗的时间为 4 到 6 秒。我们设定的时间按照最大 值来进行设定,其设定其自动关闭的时间为 6 秒。六秒钟之后程序自动结束, 另外还有第二个设计还要求;如果在北方的冬天有冰雪或异物阻挡玻璃上升这 样会使发动机发生损坏,这样就要求我们还要在威驰汽车原有的电路
16、中加入电 路保护装置,这样就不会损坏关窗系统和电动机的原件以及当玻璃夹到手指或 者其他身体部位能够及时停下来。 3.2 整体设计方案及方案的选择 3.2.1 方案的设计 本次设计共有两个方案: 方案一:要想实现自动关窗就应该让单片机在轿车熄火之后进行工作,我 们首先确定如何控制单片机,首先我们在点火开关处连接一个继电器,这个继 电器连接在点火开关熄火的位置,这样在威驰轿车熄火后,该继电器便与蓄电 池接通使继电器闭合,我们将单片机的电源连接在继电器的常开引脚上,这样 在威驰轿车熄火后单片机就开始工作。 单片机需要相应的程序程序才能进行工作,我们分析整个电路在威驰轿车 的原车关窗电路中负极是一直搭
17、铁的,我们通过控制开关使电路与正极相连这 样电动机开始工作。而本设计只要求单片机熄火后对电路进行控制,我们应将 升窗一侧的回路断开这样就避免了短路现象的发生。我们一共要控制四个车窗, 所以用到单片机的 8 个端口进行输出 P2.0 到 P2.3 分别连接一个常闭的继电器 来控制熄火后的回路断开,P0.0 到 P0.3 分别连接一个常开的继电器来控制四 个车窗电动机使车窗上升。那么单片机的程序就如下(当威驰轿车熄火后便开 始至此那个程序并且该程序只执行一次)单片机引脚 P2.0、P2.1、P2.2、P2.3 输出高电平,使用于控制关窗系统回路的继电器闭合开关断开,以免自动关窗 系统在工作时发生短
18、路而损坏电路中的元器件。该命令在延迟 20ms 以后,同 时 P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 也同时输出高电平 6 秒。6 秒后所有程序结束。整 9 个关窗工作完成。当遇到异物或者玻璃窗没有开到最大程度就进行自动关窗时。 为了避免电流过大造成单片机或者电动机及其他元件,我们在电路中加入了断 电器对电路加以保护。这样一旦电流过大电路断路器就会断开回路从而保护电 路的安全。 方案二:方案二也是采取单片机控制,且原理与方案一大体相同,不同的 是此方案只用单片机的一个端口作为输出端,整个工作过程就是威驰轿车熄火 后单片机 P2.0 口输出高电平 6s 之后结束任务。本方案主要是通过 P2.0
19、口输出 的高电平驱动三极管来控制总继电器,总继电器在通过控制八个分继电器来完 成整个工作过程。八个继电器其中四个用来断开回路以免造成短路,四个用来 连接电动机使其运转工作。当 P2.0 口输出高电平 6 秒钟结束后,关窗程序也完 成。电路保护同方案一。 3.2.2 方案的选择 以上我们一共提出两个基本设计方案, 方案一采用的是利用单片机八个端口进行输出分别控制回路的断开和关窗 程序的进行。其优点是程序的执行时间准确;控制误差小。其缺点是程序编写 相对复杂;各元器件连接较复杂;相比之下难度较大。 方案二采用的是单片机的一个端口输出进行控制,通过继电器之间的配合 来完成整个关窗过程,该方案的优点是
20、,控制过程简单:程序设定上较为容易; 元器件连接比较简单。其缺点是,控制过程较容易出现短暂的短路过程;整个 控制过程不精确。 通过对两个方案的对比我们选择方案一近行设计,因为方案一更符合任务 的要求。 3.3 单片机的型号选择及控制特点 本次设计确定的方案是通过单片机控制整个关窗系统来完成的,所以单片 机的选择非常重要的。经过对单片机种类型号的对比与分析本次设计确定采用 89c51 单片机,因为其低功率耗。高性能,有更丰富的硬件资源,特别是其内 部增加的闪速可电改写的存储器 Flash Rom 给单片机的开发及应用带来了很大 的方便。 3.3.1 89c51 的特点 1.一个 8 位的 80C
21、51 微处理器(CPU) 2.片内 256 字节数据存储器 RAM/SFR,用以存放可以读写的数据,如运算的 中间结果,最终结果以及欲显示的数据等。 10 3.片内 4KB 程序储存器 Flash/ROM ,可以存放程序,一些原始数据和表 格。 4. 4 个 8 位并行 I/O 端口 P0P3,每个端口既可以用作输入,也可以用作输 出。 5.两个 16 位的定时器/计数器,每个定时器/计数器都可以设置成技术方式, 用以对外部事件进行计数,也可以设置成定时方式,并可以根据计数或定时的 结果实现计算机控制。 6.具有 5 个终端源、两个中断优先级的中断控制系统。 7.一个全双工 UART 的串行
22、I/O 口,用于实现单片机之间或单片机与 PC 机 之间的串行通信。 8.片内振荡器和时钟产生电路,但石英晶体的微调电容需要外接,最高润 徐振荡频率为 24MHz. 3。 3.3.2 单片机具体型号的选择 经过比较我们选择比较常用的市面上比较常见的美国 ATMEL 公司生产的 AT89C51 单片机,该单片机价格低廉性能较高,能够满足设计中的要求。 3.3.3 AT89C51 的基本性能特点及各管脚功能 AT89C51 是一种带 4K 字节 FLAS 存储器的低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器,俗称 单片机。AT89C2051 是一种带 2K 字节闪存可编程 并且 可擦除,只读储存器 的
23、单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 1000 次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造,与工业 标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8 位 CPU 和闪烁 存储器组合在单个芯片中, ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器, AT89C2051 是它的一种精简版本 。AT89C 单片机为很多 嵌入式控制系统 提 供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图3.1 所示 11 图 3.1 AT89C51 的引脚排列 其特点如下: 与 MCS-51 兼容 4K 字节可编程 FLASH 存储器 寿命:1000 写/擦循环 数据保留时间:
24、 10 年 全静态工作: 0Hz-24MHz 三级程序存储器锁定 1288 位内部 RAM 32 可编程 I/O 线 两个 16 位定时器/计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 各个管脚的作用 : VCC:供电电压。 GND:接地。 12 P0 口:P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口,每脚可吸收 8TTL 门电 流。当 P0 口的管脚第一次写 1 时,被定义为 高阻输入。P0 能够用于外部 程序数据存储器,它可以被定义为数据 /地址的第八位。在 FIASH 编程时, P0 口作为原码输入口,当 FIASH 进行校验时, P0 输出原码,
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