丰田威驰汽车自动关窗器的设计【含CAD高清图纸和说明书】
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SY-025-BY-5毕业设计(论文)中期检查表填表日期2011年4月 12 日迄今已进行 8 周剩余 8 周学生姓名孔俊洁院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆07-6指导教师姓名鲍宇职称高级实验师从事专业汽车运用是否外聘是否题目名称基于威驰轿车的自动关窗器设计学生填写毕业设计(论文)工作进度已完成主要内容待完成主要内容已完成,相关资料的查阅,电路的基本设计,控制方法的选择。以及相关元器件的选择,以及草图的绘制。程序的编制与调试,说明书的撰写工作,相应的零件图与电路图的绘制。存在问题及努力方向进一步改进设计方案,使其更具有实用性。学生签字: 指导教师意 见 指导教师签字: 年 月 日教研室意 见教研室主任签字: 年 月 日SY-025-BY-2毕业设计(论文)任务书学生姓名孔俊洁系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程B06-7班指导教师姓名鲍 宇职称高级实验师从事专业汽车运用是否外聘是否题目名称威驰自动关窗器的设计一、设计(论文)目的、意义目前,随着车辆的普及以及轿车家庭化的发展趋势,对于一般乘用车辆,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。1)目的(1)防止由于车窗未关好,造成汽车室内物品被盗窃;(2)防止车窗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。2)意义本次设计的自动关窗器原有玻璃升降系统的不足,当您的汽车熄火后,锁下门锁时, 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。二、设计(论文)内容、技术要求(研究方法)设计内容:(1)结合汽车电路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; 研究方法: 通过对收集到得各种有关分时分动器的参考资料的查阅,首先要掌握分动器的功用、主要结构形式和工作原理等。然后根据所给参数设计分动器的结构和主要参数并根据实际情况对其进行检测。三、设计(论文)完成后应提交的成果:1、设计说明部分: (1)毕业设计计算说明书(15000字)2、设计图纸:CAD图纸折合零号三张 若图纸不够,用实物代替四、设计(论文)进度安排:(1) 第1周( 2月28日3月6日):查阅参考资料,收集相关技术资料,了解自动升窗器的结构原理及控制功能。(2) 第2周( 3月7日3月13日):结合任务书制定设计方案,撰写开题报告。 (3) 第3周(3月14日3月20日):查找相关设计资料或手册,确定设计方案,选择合理的控制方式(正负极控制),进行初步设计。 (4) 第4周( 3月22日3月28日):查找不同电子元件型号规格,搭建控制电路,学习单片机知识。了解威驰轿车电动车窗控制电路。(5) 第5周(3月29日4月4日):去实验室熟悉威驰车结构,设计电路,确定装置安装定位方式。学习单片机知识(6) 第6周(4月5日4月11日):学习单片机知识绘制部分零件图,部件图。再次确定设计方案。(7) 第7周(4月12日4月18日):编制控制程序,简单调试。绘制电路图(车身电路)(8) 第8周(4月19日4月25日):接受中期检查。继续完善设计,撰写设计说明书。(9) 第9周(4月26日5月2日):对中期检查的不足之处进行修改。继续完善设计,撰写设计说明书。(10)第10周(5月3日5月9日):绘制设计图纸(装配图)绘制电路图(单片机控制)部分零件图(定位件、原件)(11)第11周(5月10日5月16日):完善设计说明书及图纸,程序编制。(12)第12周( 5月17日5月23日):完成设计图纸及说明书初稿。(13)第13周( 5月24日5月30日):说明书及图纸送审,根据审阅老师意见进行修改。(14)第14周( 5月31日6月6日):预答辩。(15)第15周( 6月7日6月13日):修改预答辩中发现的问题准备答辩。(16)第16周( 6月14日6月20日):修改预答辩中发现的问题准备答辩。(17)第17周( 6月21日6月27日):答辩。五、主要参考资料1 自己查找(含外文文献)六、备注指导教师签字:年 月 日教研室主任签字: 年 月 日优秀毕业设计(论文)推荐表题 目基于威驰轿车的自动关窗器设计类别S学生姓名孔俊洁院(系)、专业、班级汽车与交通工程学院 车辆工程B07-6指导教师鲍宇职 称高级实验师设计成果明细:答辩委员会评语:答辩委员会主任签字(盖章): 院、系公章: 年 月 日备 注: 注:“类别”栏填写毕业论文、毕业设计、其它毕业设计(论文)过程管理材料题 目基于威驰轿车的自动关窗器设计学生姓名孔俊洁系部名称车辆工程专业班级B07-6指导教师鲍宇职 称高级实验师教研室车辆工程起止时间2011年2月28日-2011年6月24日教 务 处 制SY-025-BY-3毕业设计开题报告学生姓名孔俊洁系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程B07-6班指导教师姓名鲍 宇职称高级实验师从事专业汽车运用是否外聘是否题目名称威驰轿车自动关窗器的设计一、课题研究现状、选题目的和意义1、课题研究现状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。电脑程式型关窗器 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。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,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,再不用担心物品丢失、车辆失窃、雨天驾驶室进水等问题了。2、选题的目的和意义(1)目的:(1)防止由于车窗未关好,造成汽车室内物品被盗窃;(2)防止车窗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。(2)意义:本次设计的自动关窗器原有玻璃升降系统的不足,当您的汽车熄火后,锁下门锁时, 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。二、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;(4)具体制作出模具并安装进行调试。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。(5)了解威驰汽车电路并进行初步连接。(6)安装并进行调试。三、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 完善四、进度安排(1) 第1周( 2月28日3月6日):查阅参考资料,收集相关技术资料,了解自动升窗器的结构原理及控制功能。(2) 第2周( 3月7日3月13日):结合任务书制定设计方案,撰写开题报告。 (3) 第3周(3月14日3月20日):查找相关设计资料或手册,确定设计方案,选择合理的控制方式(正负极控制),进行初步设计。 (4) 第4周( 3月21日3月27日):查找不同电子元件型号规格,搭建控制电路,确定控制算法,学习单片机知识。了解威驰轿车电动车窗控制电路。(5) 第5周(3月28日4月3日):去实验室熟悉威驰车结构,设计电路,确定装置安装定位方式。学习单片机知识(6) 第6周(4月4日4月10日):学习单片机知识绘制部分零件图,部件图。再次确定设计方案。(7) 第7周(4月11日4月17日):编制控制程序,简单调试。绘制电路图(车身电路)(8) 第8周(4月18日4月24日):接受中期检查。继续完善设计,撰写设计说明书。(9) 第9周(4月25日5月1日):对中期检查的不足之处进行修改。继续完善设计,撰写设计说明书。(10)第10周(5月2日5月8日):绘制设计图纸(装配图)绘制电路图(单片机控制)部分零件图(定位件、原件)(11)第11周(5月9日5月15日):完善设计说明书及图纸,程序编制。(12)第12周( 5月16日5月22日):完成设计图纸及说明书初稿。(13)第13周( 5月23日5月29日):说明书及图纸送审,根据审阅老师意见进行修改。(14)第14周( 5月30日6月5日):预答辩。(15)第15周( 6月6日6月12日):修改预答辩中发现的问题准备答辩。(16)第16周( 6月13日6月19日):修改预答辩中发现的问题准备答辩。(17)第17周( 6月20日6月26日):答辩。五、参考文献1李朝青单片机原理及接口技术M 20052 陈强.机械系统的微机控制M.清华大学出版社,19993孙仁云 付百学.汽车电器与电子技术M.机械工业出版社,20064王天曦.电子技术工艺基础M.清华大学出版社,20015王遂双.汽车电子控制系统的原理与检修M.北京理工大学出版社,19976戴冠军丰田轿车电控系统维修手册M机械工业出版社,20027李涵武,赵雨旸。汽车电器与电子技术M。哈尔滨工业大学出版社20038秦增煌。电工学电工技术。高等教育出版社M 20039秦增煌。电工学电子技术。高等教育出版社M 2003 10 刘志国. 单片机在汽车上的应用J. 世界汽车 , 1999, (12) 11周泳敏等主编. 汽车电路图识读指南M . 北京:机械工业出版社,2004 12 李春明主编. 汽车电器与电路M . 北京:高等教育出版社,2003.13 边焕鹤主编. 汽车电气与电子设备M . 北京:人民交通出版社,14 孙志春, 李言, 周志立. 电子控制自动变速器现状及发展研究J. 新技术新工艺 , 2005, (12) 15卞清, 宋勇, 李忠富. 嵌入式汽车车窗控制器设计J. 自动化技术与应用 , 2009, (12) 16机械设计手册委员会编.机械设计手册第3卷.北京:机械工业出版社,2004 17机械设计手册委员会编. 机械设计手册第2卷.北京:机械工业出版社,200418Philips Semiconductors.P89LPC920/921/922 UserManualDB/OL.,2004. 六、备注指导教师意见:签字: 年 月 日毕业设计指导教师评分表学生姓名孔俊洁院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程07-6指导教师姓名鲍宇职称高级实验师从事专业汽车运用是否外聘是否题目名称威驰轿车的自动关窗器设计序号评 价 项 目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度,综合训练情况;题目难易度102题目工作量;题目与工程实践、社会实际、科研与实验室建设等的结合程度103综合运用知识能力(设计涉及学科范围,内容深广度及问题难易度);应用文献资料能力154设计(实验)能力;计算能力(数据运算与处理能力);外文应用能力205计算机应用能力;对实验结果的分析能力(或综合分析能力、技术经济分析能力)106插图(图纸)质量;设计说明书撰写水平;设计的实用性与科学性;创新性207设计规范化程度(设计栏目齐全合理、SI制的使用等)58科学素养、学习态度、纪律表现;毕业论文进度10得 分 X= 评 语:(参照上述评价项目给出评语,注意反映该论文的特点)工作态度: 好 较好 一般 较差 很差研究能力或设计能力:强 较强 一般 较弱 很弱工作量: 大 较大 适中 较少 很少说明书规范性: 好 较好 一般 较差 很差图纸规范性: 好 较好 一般 较差 很差成果质量(设计方案、设计方法、正确性)好 较好 一般 较差 很差其他: 指导教师签字: 年 月 日毕业设计(论文)成绩评定表学生姓名孔俊洁性别男院系汽车与交通工程学院专业车辆工程班级07-6设计(论文)题目威驰轿车的自动关窗器设计平时成绩评分(开题、中检、出勤)指导教师姓名鲍宇职称高级实验师指导教师评分(X)评阅教师姓名职称评阅教师评分(Y)答辩组组长职称答辩组评分(Z)毕业设计(论文)成绩百分制五级分制答辩委员会评语:答辩委员会主任签字(盖章): 院系公章: 年 月 日注:1、平时成绩(开题、中检、出勤)评分按十分制填写,指导教师、评阅教师、答辩组评分按百分制填写,毕业设计(论文)成绩百分制=W+0.2X+0.2Y+0.5Z 2、评语中应当包括学生毕业设计(论文)选题质量、能力水平、设计(论文)水平、设计(论文)撰写质量、学生在毕业设计(论文)实施或写作过程中的学习态度及学生答辩情况等内容的评价。毕业设计答辩评分表学生姓名孔俊洁专业班级车辆工程07-6指导教师鲍宇职 称高级实验师题目威驰轿车的自动关窗器设计答辩时间月 日 时答辩组成员姓名出席人数序号评 审 指 标满分得分1选题与专业培养目标的符合程度,综合训练情况,题目难易度、工作量、与实际的结合程度102设计(实验)能力、对实验结果的分析能力、计算能力、综合运用知识能力103应用文献资料、计算机、外文的能力104设计说明书撰写水平、图纸质量,设计的规范化程度(设计栏目齐全合理、SI制的使用等)、实用性、科学性和创新性155毕业设计答辩准备情况56毕业设计自述情况207毕业设计答辩回答问题情况30总 分 Z= 答辩过程记录、评语:自述思路与表达能力:好 较好 一般 较差 很差回答问题: 正确 基本正确 基本不正确 不能回答所提问题研究能力或设计能力:强 较强 一般 较弱 很弱工作量: 大 较大 适中 较少 很少说明书规范性: 好 较好 一般 较差 很差图纸规范性: 好 较好 一般 较差 很差成果质量(设计方案、设计方法、正确性)好 较好 一般 较差 很差其他: 答辩组长签字: 年 月 日 毕业设计评阅人评分表学生姓名孔俊洁专业班级汽车与交通工程学院指导教师姓名鲍宇职称高级实验师题目威驰轿车的自动关窗器设计评阅组或预答辩组成员姓名出席人数序号评 价 项 目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度,综合训练情况;题目难易度102题目工作量;题目与工程实践、社会实际、科研与实验室建设等的结合程度103综合运用知识能力(设计涉及学科范围,内容深广度及问题难易度);应用文献资料能力154设计(实验)能力;计算能力(数据运算与处理能力);外文应用能力255计算机应用能力;对实验结果的分析能力(或综合分析能力、技术经济分析能力)156插图(图纸)质量;设计说明书撰写水平;设计的实用性与科学性;创新性207设计规范化程度(设计栏目齐全合理、SI制的使用等)5得 分 Y= 评 语:(参照上述评价项目给出评语,注意反映该论文的特点)回答问题: 正确 基本正确 基本不正确 不能回答所提问题研究能力或设计能力:强 较强 一般 较弱 很弱工作量: 大 较大 适中 较少 很少说明书规范性: 好 较好 一般 较差 很差图纸规范性: 好 较好 一般 较差 很差成果质量(设计方案、设计方法、正确性)好 较好 一般 较差 很差其他: 评阅人或预答辩组长签字: 年 月 日注:毕业设计(论文)评阅可以采用2名评阅教师评阅或集体评阅或预答辩等形式。本科学生毕业设计基于威驰轿车自动关窗器的设计 院系名称: 汽车与交通工程学院 专业班级: 车辆工程 B07-6班 学生姓名: 孔俊洁 指导教师: 鲍宇 职 称: 高级实验师 黑 龙 江 工 程 学 院二一一年六月 The Graduation Design for Bachelors DegreeThe automatic doors and Windows vios editor Candidate:Kong Jun Jie Specialty:Vehicle EngineeringClass:B07-6Supervisor: BaoYu Heilongjiang Institute of Technology 2011-06Harbin黑龙江工程学院本科生毕业设计摘 要自动关窗器是针对现代轿车中没有安装自动关窗系统的车而设计的。本设计是为了预防车主在熄火停车后忘记关窗,造车车内物品丢失,或者因为雨天或者其他天气原因而造车车内进水或进入其它异物而造车不必要的损失。本次设计主要是针对威驰轿车的电路进行设计。一开始阐述了威驰轿车自动关窗器的设计目的及意义、及应用。接着分析了设计的基本内容及要解决的相关的问题。本方案通过对威驰轿车的原有电路进行分析,在原电路基础上进行设计通过添加一些相应的电子元件。进行对威驰轿车的熄火停车后的关窗系统进行控制控制。还对怎样选择合适的三极管,继电器以及电路保护装置做了简单的介绍。本设计基于AT89c51单片机进行程序设计。对于单片机的原理,各个引脚的作用以及控制方式等做出了简单的介绍。最后搭建具体电路来验证该设计方案的可行性。关键词:单片机;继电器;威驰轿车;自动关窗器;电动车窗ABSTRACTThe automatic window controller is designed for the modern car which didnt intall the system for self-closing the window. This design is for a preventive against missing items in the car or other reasons like raining into the car cause unnecessary losses as the owner forget to close the window afer parking.The design is based on the circuit of vios. At first elaborate the significance purpose and application for the automatic window controller. Next analysis the substance of this design and associated problems need to solve. This scheme analysis of the circuit of vios and add other electronic components to original circuit aim at controlling the system for self-closing the window after parking the car. It also make a simple introduction for how to choose a proper transistor relay and protecting device of circuit. This design based on the AT89c51 SCM(Single Chip Micyoco),make a introduction for the principle of SCM the effect and control about each pin. At last set up a specific circuit to verification the feasibility of the design.Keywords: SCM; Relays; vios; ,the automatic window controller; Electric Windows黑龙江工程学院本科生毕业设计 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 。 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。 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 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 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,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 黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 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,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。 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; 黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 (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 黑龙江工程学院本科生毕业设计 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,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(up)下时,所 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 黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 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。 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 黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 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 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 1 2 3 4 5 6 A B C D 654321 D C B A FUSE 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 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。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 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 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 黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 的原车关窗电路中负极是一直搭铁的,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 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 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,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。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 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 80C51 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。 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 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 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 黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 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 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 : 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 黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 各 个 管 脚 的 作 用 : VCC: 供 电 电 压 。 GND: 接 地 。 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 , 此 时 P0 外 部 必 须 被 拉 高 。 P1 口 : P1 口 是 一 个 内 部 提 供 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I/O 口 , P1 口 缓 冲 器 能 接 收 输 出 4TTL 门 电 流 。 P1 口 管 脚 写 入 1 后 , 被 内 部 上 拉 为 高 , 可 用 作 输 入 , P1 口 被 外 部 下 拉 为 低 电 平 时 , 将 输 出 电 流 , 这 是 由 于 内 部 上 拉 的 缘 故 。 在 FLASH 编 程 和 校 验 时 , P1 口 作 为 第 八 位 地 址 接 收 。 P2 口 : P2 口 为 一 个 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I/O 口 , P2 口 缓 冲 器 可 接 收 , 输 出 4 个 TTL 门 电 流 , 当 P2 口 被 写 “1”时 , 其 管 脚 被 内 部 上 拉 电 阻 拉 高 , 且 作 为 输 入 。 并 因 此 作 为 输 入 时 , P2 口 的 管 脚 被 外 部 拉 低 , 将 输 出 电 流 。 这 是 由 于 内 部 上 拉 的 缘 故 。 P2 口 当 用 于 外 部 程 序 存 储 器 或 16 位 地 址 外 部 数 据 存 储 器 进 行 存 取 时 , P2 口 输 出 地 址 的 高 八 位 。 在 给 出 地 址 “1”时 , 它 利 用 内 部 上 拉 优 势 , 当 对 外 部 八 位 地 址 数 据 存 储 器 进 行 读 写 时 , P2 口 输 出 其 特 殊 功 能 寄 存 器 的 内 容 。 P2 口 在 FLASH 编 程 和 校 验 时 接 收 高 八 位 地 址 信 号 和 控 制 信 号 。 P3 口 : P3 口 管 脚 是 8 个 带 内 部 上 拉 电 阻 的 双 向 I/O 口 , 可 接 收 输 出 4 个 TTL 门 电 流 。 当 P3 口 写 入 “1”后 , 它 们 被 内 部 上 拉 为 高 电 平 , 并 用 作 输 入 。 作 为 输 入 , 由 于 外 部 下 拉 为 低 电 平 , P3 口 将 输 出 电 流 ( ILL) 这 是 由 于 上 拉 的 缘 故 。 P3 口 也 可 作 为 AT89C51 的 一 些 特 殊 功 能 口 , 如 下 表 所 示 : 口 管 脚 备 选 功 能 P3.0 RXD( 串 行 输 入 口 ) P3.1 TXD( 串 行 输 出 口 ) P3.2 /INT0( 外 部 中 断 0) P3.3 /INT1( 外 部 中 断 1) P3.4 T0( 记 时 器 0 外 部 输 入 ) P3.5 T1( 记 时 器 1 外 部 输 入 ) 黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 P3.6 /WR( 外 部 数 据 存 储 器 写 选 通 ) P3.7 /RD( 外 部 数 据 存 储 器 读 选 通 ) P3 口 同 时 为 闪 烁 编 程 和 编 程 校 验 接 收 一 些 控 制 信 号 。 RST: 复 位 输 入 。 当 振 荡 器 复 位 器 件 时 , 要 保 持 RST 脚 两 个 机 器 周 期 的 高 电 平 时 间 。 ALE/PROG: 当 访 问 外 部 存 储 器 时 , 地 址 锁 存 允 许 的 输 出 电 平 用 于 锁 存 地 址 的 地 位 字 节 。 在 FLASH 编 程 期 间 , 此 引 脚 用 于 输 入 编 程 脉 冲 。 在 平 时 , ALE 端 以 不 变 的 频 率 周 期 输 出 正 脉 冲 信 号 , 此 频 率 为 振 荡 器 频 率 的 1/6。 因 此 它 可 用 作 对 外 部 输 出 的 脉 冲 或 用 于 定 时 目 的 。 然 而 要 注 意 的 是 : 每 当 用 作 外 部 数 据 存 储 器 时 , 将 跳 过 一 个 ALE 脉 冲 。 如 想 禁 止 ALE 的 输 出 可 在 SFR8EH 地 址 上 置 0。 此 时 , ALE 只 有 在 执 行 MOVX, MOVC 指 令 是 ALE 才 起 作 用 。 另 外 , 该 引 脚 被 略 微 拉 高 。 如 果 微 处 理 器 在 外 部 执 行 状 态 ALE 禁 止 , 置 位 无 效 。 PSEN: 外 部 程 序 存 储 器 的 选 通 信 号 。 在 由 外 部 程 序 存 储 器 取 指 期 间 , 每 个 机 器 周 期 两 次 /PSEN 有 效 。 但 在 访 问 外 部 数 据 存 储 器 时 , 这 两 次 有 效 的 /PSEN 信 号 将 不 出 现 。 EA/VPP: 当 /EA 保 持 低 电 平 时 , 则 在 此 期 间 为 外 部 程 序 存 储 器 , 不 管 是 否 有 内 部 程 序 存 储 器 。 注 意 加 密 方 式 1 时 , /EA 将 内 部 锁 定 为 RESET; 当 /EA 端 保 持 高 电 平 时 , 此 间 内 部 程 序 存 储 器 。 在 FLASH 编 程 期 间 , 此 引 脚 也 用 于 施 加 12V 编 程 电 源 ( VPP) 。 XTAL1: 反 向 振 荡 放 大 器 的 输 入 及 内 部 时 钟 工 作 电 路 的 输 入 。 XTAL2: 来 自 反 向 振 荡 器 的 输 出 3。 3.3.4 振 荡 器 特 性 : XTAL1 和 XTAL2 分 别 为 反 向 放 大 器 的 输 入 和 输 出 。 该 反 向 放 大 器 可 以 配 置 为 片 内 振 荡 器 。 石 英 振 荡 和 陶 瓷 振 荡 均 可 采 用 。 如 采 用 外 部 时 钟 源 驱 动 器 件 , XTAL2 应 不 接 。 有 余 输 入 至 内 时 钟 信 号 要 通 过 一 个 二 分 频 触 发 器 , 因 此 对 外 部 时 钟 信 号 的 脉 宽 无 任 何 要 求 , 但 必 须 保 证 脉 冲 的 高 低 电 平 要 求 的 宽 度 。 3.4 单片机控制程序的的设定 首先根据设计要求,在单片机通电时开始工作,执行编写好的程序,并且 每次通电只执行一次。 编写程序要求:当单片机与电源接通时,单片机开始工作,首先 P2.0 黑龙江工程学院本科生毕业设计 13 P2.1 P2.2 P2.3 四个端口首先输出 20ms 的高电平,使原电路的回路断开这样 就可以避免发生短路现象。在 20ms 之后 P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 PO.0 P0.1 P0.2 P0.3 共同输出高电平 6S,这时车窗上升,6S 之后车窗上升完毕,程序结 束。程序编写见附录,流程图如图 3.2 所示 开始 驾驶员熄火后,主继电器闭合 单片机电源接通,P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 先输出高电 平 20ms,控制继电器将回路断开,以免形成短路。 20ms 后 P2.0 到 P2.3 P0.0 到 P0.3 共同输出高电平 6S 程序结束 图 3.2 程序流程图 3.5 protel 的应用 PROTEL 是 PORTEL 公司在 80 年代末推出的 EDA 软件,在电子行业的 CAD 软件中,它当之无愧地排在众多 EDA 软件的前面,是电子设计者的首选 软件。 在 设 计 数 据 库 内 组 织 按 分 层 结 构 文 件 夹 建 立 的 文 件 显 示 在 右 边 的 个 人 安 全 系 统 设 计 数 据 库 有 一 文 件 夹 叫 设 计 文 件 , 这 个 文 件 夹 中 是 主 设 计 文 件 (原 理 图 和 PCB), 还 有 许 多 的 子 文 件 夹 , 包 括 了 PCB 装 配 文 件 、 报 告 和 仿 真 分 析 。 这 里 对 在 设 计 数 据 库 中 创 建 文 件 夹 的 分 层 深 度 没 有 限 制 。 设 计 数 据 库 对 存 储 Protel 设 计 文 件 没 有 限 制 你 能 输 入 任 何 类 型 的 设 计 文 件 进 入 数 据 库 , 如 在 MS Word 书 写 的 报 告 、 在 MS Excel 准 备 的 费 用 清 单 和 AutoCAD 中 制 的 机 械 图 。 简 单 双 击 设 计 数 据 库 里 的 文 件 图 标 , 在 适 当 的 黑龙江工程学院本科生毕业设计 14 编 辑 器 打 开 文 件 , 被 更 新 的 文 件 自 动 地 保 存 到 设 计 数 据 库 。 MS Word 和 Excel 文 件 可 以 在 设 计 管 理 器 中 直 接 编 辑 。 在本次设计中我们所有的电路绘制也是使用 protel 来完成的。P rotel99 SE 共 分 5 个 模 块 , 分 别 是 原 理 图 设 计 、 PCB 设 计 、 自 动 布 线 器 、 原 理 图 混 合 信 号 仿 真 、 PLD 设 计 。 Protel 还 具 有 如 下 特 色 功 能 : 强 大 的 全 局 编 辑 功 能 ; 在 原 理 图 中 选 择 一 级 器 件 , PCB 中 同 样 的 器 件 也 将 被 选 中 ; 同 时 运 行 原 理 图 和 PCB, 在 打 开 的 原 理 图 和 PCB 图 间 允 许 双 向 交 叉 查 找 元 器 件 、 引 脚 、 网 络 既 可 以 进 行 正 向 注 释 元 器 件 标 号 ( 由 原 理 图 到 PCB) , 也 可 以 进 行 反 向 注 释 ( 由 PCB 到 原 理 图 ) , 以 保 持 电 气 原 理 图 和 PCB 在 设 计 上 的 一 致 性 ; 支 持 用 CUPL 语 言 和 原 理 图 设 计 PLD, 生 成 标 准 的 JED 下 载 文 件 ; * PCB 可 设 计 32 个 信 号 层 , 16 个 电 源 -地 层 和 16 个 机 加 工 层 ; 强 大 的 “规 则 驱 动 ”设 计 环 境 , 符 合 在 线 的 和 批 处 理 的 设 计 规 则 检 查 ; 提 供 大 量 的 工 业 化 标 准 电 路 板 做 为 设 计 模 版 ; 放 置 汉 字 功 能 ; 可 以 输 入 和 输 出 DXF、 DWG 格 式 文 件 , 实 现 和 AutoCAD 等 软 件 的 数 据 交 换 ; 智 能 封 装 导 航 ( 对 于 建 立 复 杂 的 PGA、 BGA 封 装 很 有 用 ) ; 方 便 的 打 印 预 览 功 能 , 不 用 修 改 PCB 文 件 就 可 以 直 接 控 制 打 印 结 果 ; 独 特 的 3D 显 示 可 以 在 制 板 之 前 看 到 装 配 事 物 的 效 果 ; 强 大 的 CAM 处 理 使 您 轻 松 实 现 输 出 光 绘 文 件 、 材 料 清 单 、 钻 孔 文 件 、 贴 片 机 文 件 、 测 试 点 报 告 等 ; 虽 然 protel 具 有 如 此 强 大 的 功 能 但 是 本 次 设 计 中 我 们 只 是 应 用 了 很 小 的 一 部 分 也 就 是 原 理 图 的 设 计 , 对 于 该 软 件 我 还 需 要 进 一 步 学 习 。 3.6 keil 的 基 本 使 用 在 本 次 设 计 中 还 应 用 到 了 编 程 软 件 Keil 该软件是 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统,与汇编相比,C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护 性上有明显的优势,因而易学易用。Keil 提供了包括 C 编译器、宏汇编、连接 器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案,通过一个集 黑龙江工程学院本科生毕业设计 15 成开发环境将这些部分组合在一起。运行 Keil 软件需要 WIN98、NT、WIN2000、WINXP 等操作系统。 通过使用该软件对 C 语言也有了一定的了解。 3.7 本章小结 本章主要是对于自动关窗器进行设计并且提出多种方案,以及最终选定的 设计方案还对相关软件进行简单介绍,对于自动关窗器的程序进行编写。对于 单片机的选择与单片机的结构和基本参数进行叙述。 通过对比以及对单片机的介绍和了解最后选定用 AT89C51 单片机作为控制 单片机 黑龙江工程学院本科生毕业设计 16 第四章 电子元器件的选择与电路的连接 4.1 三极管的选择 本设计中的三极管应用非常广泛,主要是对继电器的驱动作用。以保证继 电器的正常运行。 本设计中所采用的都是 NPN 型晶体管,当基极加正偏压时,发射极引导电 流流至集电极,但晶体管不能导通除非加到基极的电压超出发射极电压大约 0.7V,晶体管导通时,基极和集电极相对于发射极都必须是正的。如果加到基 极的电压与发射极电压相比小于 0.7V,晶体管的作用如同打开的开关:如果大 于 0.7V,作用就像和上的开关如图 4.1 所示 黑龙江工程学院本科生毕业设计 17 图 4.1 三极管的状态 本次设计中主要用的就是开关作用,当开关打开时集电极的电流就会流进 发射极,我们把继电器的线圈引脚一端接在集电极上一端接在蓄电池上这样一 旦三极管导通,就会有电流通过继电器的线圈使继电器闭合电路导通或者断开 4。 本设计选用 9013 型三极管 其参数为: 耗散功率:P=0.625W 集电极最大电流:ICM=0.5A 集电极基极击穿电压:BVCBO 45V 集电极发射极击穿电压:BVCEO 25V 特征频频率 ft 最小 150MHZ 该三极管是常用的小功率三极管,其特点是耗散功率比较低,驱动电流比 较小,适用于一般低压电路主要用于驱动或开关作用,一般经常用于驱动继电 器等小功率元器件。 4.2 二极管的选择与调试 二极管又称晶体二极管,简称二极管;它只往一个方向传送电流的电子零件。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 18 它是一种具有 1 个零件号接合的 2 个端子的器件,具有按照外加电压的方向, 使电流流动或不流动的性质。晶体二极管为一个由 p 型半导体和 n 型半导体形 成的 p-n 结,在其界面处两侧形成空间电荷层,并建有自建电场。当不存在外 加电压时,由于 p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂 移电流相等而处于电平衡状态。 在选择二极管的时候主要注意不要形成反向击穿按机理分为齐纳击穿和雪 崩击穿两种情况。在高掺杂浓度的情况下,因势垒区宽度很小,反向电压较大 时,破坏了势垒区内共价键结构,使价电子脱离共价键束缚,产生电子-空穴对, 致使电流急剧增大,这种击穿称为齐纳击穿。如果掺杂浓度较低,势垒区宽度 较宽,不容易产生齐纳击穿。 另 一 种 击 穿 为 雪 崩 击 穿 。 当 反 向 电 压 增 加 到 较 大 数 值 时 , 外 加 电 场 使 少 子 漂 移 速 度 加 快 , 从 而 与 共 价 键 中 的 价 电 子 相 碰 撞 , 把 价 电 子 撞 出 共 价 键 , 产 生 新 的 电 子 -空 穴 对 。 新 产 生 的 电 子 -空 穴 被 电 场 加 速 后 又 撞 出 其 它 价 电 子 , 载 流 子 雪 崩 式 地 增 加 , 致 使 电 流 急 剧 增 加 , 这 种 击 穿 称 为 雪 崩 击 穿 。 无 论 哪 种 击 穿 , 若 对 其 电 流 不 加 限 制 , 都 可 能 造 成 PN 结 永 久 性 损 坏 。 在本次设计中因为继电器线圈是一个电感性质的线圈,电感有一个特性, 流经电感线圈的电流不能突变,如果突然切断电感线圈的电流,电感本身就会 产生一个很强的电动势,来试图维持电流不变,这个电动势往往非常强,它会 击穿试图阻断电流开关,无论是空气开关,还是半导体开关。如果是空气开关, 就会击穿空气,造成不能断电,如果是半导体开关,就会烧毁这个开关。 二极管就是为这个电动势提供一个泄放的通路,由于电动势的方向与电源 的方向相反,所以叫做反向电动势,二极管也是反向接入的。有了它,电动势 就不会太高了,保护了开关和其他元器件不至于损坏 5。在选择上选择低压电 路中比较常用的 IN4001 即可其连接方式如图 4.2 所示。 选择型号为: IN4001 的二极管 最大反向峰值电压(PRV):50V 最大半波整流电流(Fsm):1A 最大正向峰值电流:30A 最大反向电流(常温下) (IR):5uA 最大正向电压(常温下)(VFm):1V 黑龙江工程学院本科生毕业设计 19 图 4.2 二极管与继电器的连接 调试方法:将电路按照正确方式连接,将继电器直接供予 12v 电压,在继 电器的常开端连接一个负载电动机,连接之后接通电源,继电器应该闭合,负 载电动机应正常工作。反复测试多次证明继电器连接无误。 4.3 电阻的选择与三极管的接法 电阻器是电路中不可缺少的部分,应用非常广泛。它在电路中可以起到电 压调整和负载的作用。 9013 是 NPN 型三极管,当 51 单片机一个 I/O 端口(例如 P2.0)输出是高 电平时,继电器线圈被驱动与三极管之间串有电阻 R,一般该电阻 R 取 5.1K- 10K 都可以。但是一般都要通过计算来获得一个理论上允许的电阻的范围再加 以验证从而得到可行的具体阻值。要从理论上讲,应该查一下继电器线圈的阻 值(继电器线圈的阻值为 400 欧) ,即保证继电器可靠吸合时所需要的电流,该 电流就是三极管作开关作用时的集电极饱和电流 Ics,那 Ics 除以 就是必须的 基极电流 Ib 也就是基极所需要的最小电流,如果 R 的取值如过大,不能满足三 极管的导通要是所需要的电流,继电器就无法正常工作。 选用型号为 9013 的三极管,P2.0 高电平约 5V,则 R 小于(5-0.7) /Ib。0.7V 是三极管的 B-E 导通电压。 继电器的线圈电阻为 400 欧姆设为 Rc:Ics=Ucc/Rc=12/400=30mA 9013 三极管 为 64 到 90 取最小值 60 Ib=Ics/ =30/60=0.5mA 黑龙江工程学院本科生毕业设计 20 P2.0 高电平约 5V,则 R 小于(5-0.7)/Ib。0.7V 是三极管的 B-E 导通电压。 则 R 小于 8.6K。 我们所计算得到的理论值为小于 8.6K.连接方法如图 4.3 所示 图 4.3 三极管与电阻的连接 4.4 断电器的原理及选择 有一种被称为电热调节器的电子元件断电器,也称为固态断路器。这种断 路器的电阻随着温度的升高而增大,它没有机械部件,以聚合体(弹和晶体) 做成。聚合体内有一定密度的碳和晶体。碳是可以导电的,所以当断路电器两 端有电压时,电流就通过碳导通。当断电器中有电流通过时,其中的晶体膨胀, 从而导致聚合体中碳的密度减小,是聚合体的电阻变大。当温度达到一定值, 碳的密度太小,电阻过大,就会形成短路状态。聚合体中没有电流通过时,就 会开始降温,晶体收缩,碳的密度又会增加,电路又会重新导通。这样反复循 环。这种断电器在电动折床和电动门锁电路中都有使用。我们在本次威驰轿车 电路完善中就加入了,此类断电器。以保证汽车关窗系统的安全性,避免电流 过大时烧毁电动机或者升窗过程中,夹道手指或者人体其他部位,而造成伤害。 4.5 继电器的选择和使用 继电器是一种电子控制器件,它具有控制系统(又称输入回路)和被控制 系统(又称输出回路) ,通常应用于自动控制电路中,它实际上是用较小的电流 去控制较大电流的一种“自动开关” 。故在电路中起着自动调节、安全保护、转 黑龙江工程学院本科生毕业设计 21 换电路等作用。 当 输 入 量 (如 电 压 、 电 流 、 温 度 等 )达 到 规 定 值 时 , 使 被 控 制 的 输 出 电 路 导 通 或 断 开 的 电 器 。 可 分 为 电 气 量 (如 电 流 、 电 压 、 频 率 、 功 率 等 )继 电 器 及 非 电 气 量 (如 温 度 、 压 力 、 速 度 等 )继 电 器 两 大 类 。 具 有 动 作 快 、 工 作 稳 定 、 使 用 寿 命 长 、 体 积 小 等 优 点 。 广 泛 应 用 于 电 力 保 护 、 自 动 化 、 运 动 、 遥 控 、 测 量 和 通 信 等 装 置 中 。 继电器的种类非常多有:电磁继电器。热敏干簧继电器、固态继电器、光 电继电器等多种类型。本次设计采用的是电磁继电器。 电磁继电器的工作原理: 电 磁 式 继 电 器 一 般 由 铁 芯 、 线 圈 、 衔 铁 、 触 点 簧 片 等 组 成 的 。 只 要 在 线 圈 两 端 加 上 一 定 的 电 压 , 线 圈 中 就 会 流 过 一 定 的 电 流 , 从 而 产 生 电 磁 效 应 , 衔 铁 就 会 在 电 磁 力 吸 引 的 作 用 下 克 服 返 回 弹 簧 的 拉 力 吸 向 铁 芯 , 从 而 带 动 衔 铁 的 动 触 点 与 静 触 点 ( 常 开 点 ) 吸 合 。 当 线 圈 断 电 后 , 电 磁 的 吸 力 也 随 之 消 失 , 衔 铁 就 会 在 弹 簧 的 反 作 用 力 返 回 原 来 的 位 置 , 使 动 触 点 与 原 来 的 静 触 点 ( 常 闭 触 点 ) 释 放 。 这 样 吸 合 、 释 放 , 从 而 达 到 了 在 电 路 中 的 导 通 、 切 断 的 目 的 。 对 于 继 电 器 的 “常 开 、 常 闭 ”触 点 , 可 以 这 样 来 区 分 : 继 电 器 线 圈 未 通 电 时 处 于 断 开 状 态 的 静 触 点 , 称 为 “常 开 触 点 ”如 图 4.4 所 示 ; 处 于 接 通 状 态 的 静 触 点 称 为 “常 闭 触 点 ”如 图 4.5 所 示 。 继 电 器 一 般 有 两 股 电 路 , 为 低 压 控 制 电 路 和 高 压 工 作 电 路 。 低 压 电 路 为 继 电 器 的 线 圈 电 路 , 高 压 电 路 为 触 点 电 路 。 这 样 就 能 使 较 小 的 电 压 与 电 流 来 控 制 较 大 的 电 压 与 电 流 了 。 图 4.4 常开式继电器示意图 黑龙江工程学院本科生毕业设计 22 图 4.5 常闭式继电器示意图 4.5.1 选 择 合 适 的 继 电 器 先 了 解 必 要 的 条 件 : ( 1) 控 制 电 路 的 电 源 电 压 , 能 提 供 的 最 大 电 流 ; ( 2) 被 控 制 电 路 中 的 电 压 和 电 流 ; ( 3) 被 控 电 路 需 要 几 组 、 什 么 形 式 的 触 点 。 选 用 继 电 器 时 , 一 般 控 制 电 路 的 电 源 电 压 可 作 为 选 用 的 依 据 。 控 制 电 路 应 能 给 继 电 器 提 供 足 够 的 工 作 电 流 , 否 则 继 电 器 吸 合 是 不 稳 定 的 。 查 阅 有 关 资 料 确 定 使 用 条 件 后 , 可 查 找 相 关 资 料 , 找 出 需 要 的 继 电 器 的 型 号 和 规 格 号 。 若 手 头 已 有 继 电 器 , 可 依 据 资 料 核 对 是 否 可 以 利 用 。 最 后 考 虑 尺 寸 是 否 合 适 。 注 意 器 具 的 容 积 。 若 是 用 于 一 般 用 电 器 , 除 考 虑 机 箱 容 积 外 , 小 型 继 电 器 主 要 考 虑 电 路 板 安 装 布 局 。 威驰汽车的车窗控制电动机为 12v 直流电动机,蓄电池电压为 12V ,工作 时通过继电器的电流不大于 7A,根据此我们选用了型号为 HJR3FF_ SHF(TBF-1)/12VDC 的继电器 4.5.2 继电器主要产品技术参数 1.额定工作电压 是指继电器正常工作时线圈所需要的电压。根据继电器的型号不同,可以 是交流电压,也可以是直流电压。 2.直流电阻 是指继电器中线圈的直流电阻,可以通过万能表测量。 3.吸合电流 黑龙江工程学院本科生毕业设计 23 是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在正常使用时,给定的电流必 须略大于吸合电流,这样继电器才能稳定地工作。而对于线圈所加的工作电压, 一般不要超过额定工作电压的 1.5 倍,否则会产生较大的电流而把线圈烧毁。 4.释放电流 是指继电器产生释放动作的最大电流。当继电器吸合状态的电流减小到一 定程度时,继电器就会恢复到未通电的释放状态。这时的电流远远小于吸合电 流。 5.触点切换电压和电流 是指继电器允许加载的电压和电流。它决定了继电器能控制电压和电流的 大小,使用时不能超过此值,否则很容易损坏继电器的触点。下面就是继电器 的基本参数。 继电器线圈的基本参数 额定电压:12v 线圈阻值:400 额定电流:30Ma 最大过载电压:常温时为额定电压的的 170% 继电器触点基本参数: 触点形式:1H/1Z 触点负载:10A 240VAC 最小负载:100mA 5VCD 接触电阻:100m MAX (6V 1A) 机械寿命:1000000 继电器的性能参数: 绝缘阻值:100M (500V) 吸合时间:10ms 释放时间:5ms 4.6 稳压电路的选择及调试 在整个电路中我们所有的输入都是由蓄电池提供的。蓄电池的电压为 12V 而单片机的工作电压为 5v 所以我们需要一个稳压装置,来保证输入单片机的电 压为 5v。而 78/79 系列三端稳压 IC 来组成稳压电源所需的外围元件极少,电 路内部还有过流、过热及调整管的保护电路,使用起来可靠、方便,而且价格 黑龙江工程学院本科生毕业设计 24 便宜。该系列集成稳压 IC 型号中的 78 或 79 后面的数字代表该三端集成稳压电 路的输出电压,如 7806 表示输出电压为正 6V,7909 表示输出电压为负 9V。 因为三端固定集成稳压电路的使用方便,电子制作中经常采用。那么本次设计 中就选取 7805 稳压集成电路来控制电压。电子产品中,三端 IC 是指稳压用的 集成电路,只有三条引脚输出,分别是输入端、接地端和输出端。 在使用过程中应注意在 实 际 应 用 中 , 应 在 三 端 集 成 稳 压 电 路 上 安 装 足 够 大 的 散 热 器 ( 当 然 小 功 率 的 条 件 下 不 用 ) 。 当 稳 压 管 温 度 过 高 时 , 稳 压 性 能 将 变 差 , 甚 至 损 坏 。 7805 具体参数如下所示: 输 出 电 压 25时: 最小值:4.8V 典型值:5.0V 最大值:5.2V 静 态 电 流 25时: 典型值:5.0mA 最大值:8.0mA 峰值电流 25时: 最大值:2.2A 理论上正常工作最高电压可以 30 多 V,大约 33-36V,1.5A 输出电流,真实 使用输入电压不要超过 25V,因为输入电压越高发热程度就越大,如果温度过 高可能引起元件的实效或者损害。7805 还自带 1.5A 负载过热保护。如果制作 中需要一个能输出 1.5A 以上电流的稳压电源,通常采用几块三端稳压电路并联 起来,使其最大输出电流为 N 个 1.5A,但应用时需注意:并联使用的集成稳压 电路应采用同一厂家、同一批号的产品,以保证参数的一致。另外在输出电流 上留有一定的余量,以避免个别集成稳压电路失效时导致其他电路的连锁烧毁。 在设计中已经选用了 7805 三端固定集成稳压电路来进行电压的转换。为了 使 7805 的稳压作用更好更稳定,以及给 7805 一个保护,我们将给 7805 连接一 个标准电路如图 4.6 所示。 调试方法:将电路如上图所示进行连接,正确连接后用万用表测量其输出 端电压,若为 5v 则该局部电路连接方法正确。 测试电压的稳定性:在输出端多次连接不同负载,然后在测量其输出电压 值,该测量值应该在 4.8v 至 5.2v 之间。则证明该稳压电路有效可用。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 25 图 4.6 7805 的标准电路 4.7 单片机控制电路的连接 单片机系统里都有晶振和复位,在单片机系统里晶振的作用,全程叫晶体 振荡器,他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率.他结合单片机内部 电路产生单片机所需的时钟频率,单片机晶振提供的时钟频率越高,那么单片 机运行速度就越快,单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时 钟频率。 4.7.1 晶振的连接 在通常工作条件下,普通的晶振频率绝对精度可达百万
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