基于PSoC的智能车窗控制系统设计

摘  要： 基于PSoC及Cyfi无线通信技术，设计了一种智能车窗控制系统方案，具有无线控制车窗升降、车窗防夹手等功能。实验结果表明，该方案具有设计简单灵活、操作方便、功耗低、抗干扰等特点，可作为一种无线智能控制方案应用于汽车电子领域。
关键词： PSoC；CyFi；智能车窗控制系统
       在汽车日益普及的今天，人们对汽车的安全性要求越来越高，防夹手电动车窗应运而生。目前防夹手电动车窗的设计方案较多，但大多都存在设计结构复杂、开发周期长、成本较高等问题，而且这些方案都需要借助汽车内部各种控制线路传递信息，增加了汽车内部总线布局的复杂性。
     针对上述问题，本文设计了一种基于PSoC和CyFi无线通信技术的智能车窗控制系统。该系统在电动车窗关闭时支持智能防夹手功能，同时电动车窗的升降控制采用CyFi无线网络进行通信，取代了传统的有线线路控制方式。
1 系统结构及工作原理
1.1 系统总体结构
     本文设计的智能车窗控制系统主要由无线控制器、通信转发器以及车窗控制器组成。系统总体结构如图1所示。
   
       系统中的无线控制器用于发送电动车窗的升降控制指令，通信转发器负责CyFi无线网络的通信数据转发，车窗控制器负责接收遥控指令并根据指令控制车窗升降，同时在关闭车窗时支持防夹手功能。
1.2 系统工作原理
     无线控制车窗升降的原理是：无线控制器根据设定的自身ID号以及用户指定的遥控操作，组装遥控指令，并通过CyFi无线网络将指令发送给通信转发器。当通信转发器收到遥控指令后，检查指令的来源和目标的合法性。如果指令合法，则将指令转发给车窗控制器，车窗控制器收到转发的遥控指令后，执行该指令直至完成操作。
     电动车窗中的玻璃升降器是一种直流电动机，用于带动车窗玻璃升降。车窗玻璃在上升期间遇到障碍物时，通过玻璃升降器的电流会陡然增大，通过采样玻璃升降器的电流，就能够监测车窗玻璃升降过程中所遇到的阻力情况[1]。本系统的智能防夹手功能就是依据此原理而设计的。系统中的车窗控制器内部设计了一个障碍物探测模块，在车窗玻璃上升期间，该模块通过霍尔元件对玻璃升降器电机的电流进行实时测量。当车窗玻璃在上升期间遇到障碍物时，障碍物探测模块检测到电流的突变情况，由此可判断出当前车窗玻璃是否遇到障碍物，并将探测结果信号传递给车窗控制器核心控制板，核心控制板依据判断结果执行相应的保护措施。
2 系统硬件设计
2.1 硬件平台
     整个系统设计所采用的硬件平台包括Cypress公司推出的CY3271入门开发套件和CY3215-DK开发板。
     CY3271是Cypress公司针对入门开发者推出的一款带CyFi的低成本USB接口套件，包括PSoC集成开发环境PSoC Designer、用于数据采集的感应控制软件SCD、带RF功能的PC桥FTPC、多功能板FTMF、支持长距离无线应用并带功率放大器的RF扩展板FTRF以及2个电池板[2]。
     在本系统中，使用PC桥FTPC作为CyFi无线网络的通信转发器；以RF扩展板FTRF作为CyFi网络的数据收发节点设备；多功能板FTMF中带有CapSense触摸传感器，可作为无线控制器的控制键盘使用。
     CY3215-DK开发板是一款用于PSoC开发的通用开发板，可自由选择PSoC芯片以及外围元件。
2.2 车窗控制器硬件结构
     车窗控制器以CY8C29466芯片为核心处理器，外接一个FTRF作为CyFi无线通信模块，总体结构如图2所示。障碍物探测模块负责车窗玻璃在上升过程中判定车窗玻璃是否遇到障碍物。车窗控制电路用于转换车窗控制信号。
   
   2.3 障碍物探测模块设计
     障碍物探测模块是通过检测车窗升降器电机电流的方式来判断车窗关闭过程中是否遇到障碍物。利用PSoC检测电机电流，只需要一个PSoC芯片CY8C27443，外加一个霍尔元件、一个感应磁环即可。其原理框图如图3所示。
   
       CY8C27443芯片的外部引脚连接图如图4所示，图中，U1为砷化镓霍尔元件TSH119，U2为SPI输出模块，提供系统在电流检测时的数据显示功能，J1、J2与上拉电阻R2、R3构成I2C数据通信接口，向外输出探测结果信号。
3 软件设计
3.1 无线控制器