技术领域
[0001] 本实用新型属于自动控制领域，具体涉及一种具有防夹功能的天窗控制系统。
背景技术
[0002] 现如今，带天窗的
汽车越来越受消费者的青睐，不具备防夹功能的天窗系统极易在天窗关闭时夹伤乘客，成为安全隐患。而现有的天窗防夹系统主要包括：微
控制器、
电机驱动
电路、LIN驱动电路、
信号采样电路、电源电路、
位置传感电路、按键电路、状态指示电路、调试
接口电路和数据储存电路等模
块，线路十分复杂，造价昂贵不利于天窗防夹系统的推广。实用新型内容
[0003] 为了解决上述问题，本实用新型提供一种具有防夹功能的、线路简单的、造价较低的天窗控制系统。
[0004] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0005] 一种具有防夹功能的天窗控制系统，包括电源转换电路、
开关信号电路、
微控制器、电机驱动电路、双霍尔
传感器电路；
[0006] 所述电源转换电路输入端与外部车载电源电性连接，用于接收外部
电压并转换为系统工作电压；
[0007] 所述开关信号电路输入端与所述微控制器电性连接，用于接收所述微控制器输出的
开关电源控制信号；所述开关信号电路有两个皆与所述微控制器电性连接的输出端，其一输出端用于提供初始化信号给所述微控制器；另一输出端用于输出开窗/关窗控制信号至所述微控制器；
[0008] 所述微控制器用于实现对系统中的数据和信号进行接收、处理、传输；
[0009] 所述电机驱动电路有两个皆与所述微控制器电性连接的输入端，用于接收所述微控制器的驱动控制信号，并转换为相应的驱动信号；所述电机驱动电路有三个输出端，第一输出端、第二输出端皆与外部直流电机电性连接，用于将所述驱动
信号传输至所述外部直流电机，第三输出端与所述微控制器相连接，用于输出驱动电路反馈信号至所述微控制器；
[0010] 所述双霍尔传感器电路用于采集直流电机的电机运行状态信号；所述双霍尔传感器电路输入端与所述微控制器电性连接，用于接收所述微控制器传输的使能信号；所述双霍尔传感器电路有两个皆与所述微控制器电性连接的输出端，用于传输所述电机运行状态信号至所述微控制器。
[0011] 进一步，所述电源转换电路包括第一
二极管、三端稳压器、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容；所述第一电容与所述第三电容并联后，正极与所述第一二极管负极相连接，负极与地线相连接；所述第一二极管正极与外部车载电源相连接；所述第二电容与所述第三电容并联后，正极与所述微控制器相连接，负极与地线相连接；所述三端稳压器输入端与所述第一二极管负极相连接，输出端与所述微控制器相连接，地端与地线相连接。
[0012] 进一步，所述开关信号电路包括滑动变阻器、第一
三极管、第一开关；所述微控制器与所述滑动变阻器第一端之间连接有第一
电阻；所述微控制器与地线之间连接有第二电阻；所述滑动变阻器第二端与地线相连接，所述滑动变阻器第三端与所述第一三极管集
电极之间连接有第三电阻；所述第一三极管基极与所述第一三极管发射极连接有第四电阻，所述第一三极管发射极与电源转换电路相连接，所述第一三极管基极与所述微控制器之间连接有第五电阻；所述微控制器与所述电源转换电路之间连接有串行连接的第六电阻、第七电阻、第八电阻；所述第六电阻和所述第七电阻的连接处与地线之间连接有第一开关；所述第七电阻和所述第八电阻的连接处与地线之间连接有第九电阻。
[0013] 进一步，系统还包括有IGN接口电路；所述IGN接口电路包括第十电阻、第十一电阻、第十二电阻；所述IGN接口电路输入端与所述微控制器之间连接有串行连接的第十电阻、第十二电阻；所述第十电阻和第十二电阻的连接处与地线之间连接有第十一电阻；所述IGN接口电路用于传输点火信号至所述微控制器。
[0014] 进一步，所述电机驱动电路包括第二三极管、第三三极管、共阴二极管、第一继电器、第二继电器；所述第二三极管基极与所述微控制器之间连接有第十三电阻，集电极与所述第一继电器第一控制端和所述共阴二极管第一正极端相连接，基极与地线相连接；所述第三三极管基极与所述微控制器之间连接有第十四电阻，集电极与所述第二继电器第二控制端和所述共阴二极管第二正极端相连接，基极与地线相连接；所述第一继电器第二控制端、所述第二继电器第一控制端、所述共阴二极管共
阴极、所述第一继电器常开输入端、所述第二继电器常开输入端皆与所述电源转换电路相连接；所述第一继电器常闭输入端和所述第二继电器常闭输入端皆与地线相连接；所述第一继电器输出端与所述第二继电器输出端之间连接有串行连接的第十五电阻和第十六电阻；所述第十五电阻和所述第十六电阻连接处与所述微控制器之间连接有十七电阻。
[0015] 更进一步，所述电机驱动电路还包括压敏电阻、第五电容、第十九电阻；所述第十九电阻和所述第五电容串行连接后与所述压敏电阻
串联并联，用于防止电火花；所述压敏电阻连接在所述第一继电器输出端与所述第二继电器输出端之间，用于过压保护。
[0016] 进一步，所述双霍尔传感器电路包括第四三极管、第一霍尔传感器、第二霍尔传感器、第六电容；所述第四三极管基极与所述微控制器之间连接有第十九电阻，基极与集电极之间连接有第二十电阻，集电极与所述电源转换电路(100)相连接，发射极与所述第一霍尔传感器的输入端、所述第二霍尔传感器的输入端相连接，集电极与地线之间连接有所述第六电容；所述第一霍尔传感器接地端、所述第二霍尔传感器接地端皆与地线相连接；所述第一霍尔传感器输出端与所述微控制器之间连接有串行连接的第二十一电阻和第二十二电阻；所述第二十一电阻和第二十二电阻连接处与所述电源转换电路相连接；所述第二霍尔传感器输出端与所述微控制器之间连接有串行连接的第二十三电阻和第二十四电阻；所述第二十三电阻和第二十四电阻连接处与所述电源转换电路相连接；所述第一霍尔传感器和所述第二霍尔传感器均用于采集所述电机运行状态信号。
[0017] 进一步，所述电机运行状态信号为所述外部直流电机多级磁环
磁场变化产生的脉冲信号。
[0018] 进一步，所述微控制器中设置有特殊位置点；所述特殊位置点与不同的天窗位置和开窗/关窗控制信号相对应。
[0019] 更进一步，所述特殊位置点包括有起翘机械零点、起翘开点、关窗点、半开窗点、开窗点、开窗机械零点。
[0020] 本实用新型的有益效果：
[0021] 本实用新型通过微控制器通过两个异位安置的霍尔传感器对电机转动时电机
转子上安装的多级磁环磁场变化所产生的脉冲信号进行采集，可以更好的判断电机的运行状态，从而使
微处理器更好的对采集的信号进行分析，使防夹效果更好。
[0022] 同时，通过对系统各部分行功能合理设置，使本实用新型系统更加简洁，从而可以达到降低成本的效果。
[0023] 此外，本实用新型还具有防止误操作、过压保护、防止电火花等功能，可以更好地提高用户体验。
附图说明
[0024] 下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步的说明：
[0025] 图1是本实用新型
实施例的系统原理
框图；
[0026] 图2是本实用新型实施例的微控制器外部接线图；
[0027] 图3是本实用新型实施例的电源转换电路原理图；
[0028] 图4是本实用新型实施例的开关信号电路原理图；
[0029] 图5是本实用新型实施例的IGN接口电路原理图；
[0030] 图6是本实用新型实施例的电机驱动电路原理图；
[0031] 图7是本实用新型实施例的双霍尔传感器电路原理图；
[0032] 图8是本实用新型实施例的天窗特殊位置点示意图。
具体实施方式
[0033] 以下将结合
说明书附图对本实用新型进一步详细说明。
[0034] 一种具有防夹功能的天窗控制系统，如图1所示，包括电源转换电路100、开关信号电路200、微控制器300、电机驱动电路400、双霍尔传感器电路500；
[0035] 所述电源转换电路100输入端与外部车载电源电性连接，用于接收外部电压并转换为系统工作电压，所述电源转换电路100
输出信号有两个，分别为：VCC、VDD；
[0036] 所述开关信号电路200输入端与所述微控制器300电性连接，用于接收所述微控制器300输出的开关电源控制信号PP0；所述开关信号电路200有两个皆与所述微控制器300电性连接的输出端，其一输出端用于提供初始化信号(Init_key)给所述微控制器300；另一输出端用于输出开窗/关窗控制信号(KEY_AD)至所述微控制器300；
[0037] 所述电机驱动电路400有两个皆与所述微控制器300电性连接的输入端，用于接收所述微控制器300的驱动控制信号(DOWN_OUT、UP_OUT)，并转换为相应的驱动信号(DMD、DMU)；所述电机驱动电路400有三个输出端，第一输出端、第二输出端皆与外部直流电机电性连接，用于将所述驱动信号传输至所述外部直流电机，第三输出端与所述微控制器300相连接，用于输出驱动电路反馈信号(OUT_CHECK)至所述微控制器300；
[0038] 所述双霍尔传感器电路500用于采集直流电机的电机运行状态信号；所述双霍尔传感器电路500输入端与所述微控制器300电性连接，用于接收所述微控制器300传输的使能信号(HALL_POWER)；所述双霍尔传感器电路500有两个皆与所述微控制器300电性连接的输出端，用于传输所述电机运行状态信号(HALL1、HALL2)至所述微控制器300。
[0039] 如图3所示，所述电源转换电路100包括第一二极管、三端稳压器U1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4；所述第一电容C1与所述第三电容C3并联后，其正极与所述第一二极管D1负极相连接，其负极与地线相连接；所述第一二极管D1正极与外部车载电源相连接；所述第二电容C2与所述第三电容C4并联后，其正极与所述微控制器300相连接，其负极与地线相连接；所述三端稳压器U1输入端与所述第一二极管D1负极相连接，输出端与所述微控制器300相连接，地端与地线相连接。
[0040] 如图4所示，所述开关信号电路200包括滑动变阻器R1、第一三极管Q1、第一开关S1；所述微控制器300与所述滑动变阻器R1第一端之间连接有第一电阻R2；所述微控制器300与地线之间连接有第二电阻R3；所述滑动变阻器R1第二端与地线相连接，所述滑动变阻器R1第三端与所述第一三极管Q1集电极之间连接有第三电阻R4；所述第一三极管Q1基极与所述第一三极管Q1发射极连接有第四电阻R5，所述第一三极管Q1发射极与电源转换电路
100相连接，所述第一三极管Q1基极与所述微控制器300之间连接有第五电阻R6；所述微控制器300与所述电源转换电路100之间连接有串行连接的第六电阻R7、第七电阻R8、第八电阻R9；所述第六电阻R7和所述第七电阻R8的连接处与地线之间连接有第一开关S1；所述第七电阻R8和所述第八电阻R9的连接处与地线之间连接有第九电阻R10。
[0041] 如图4所示，所述开关信号电路200采用滑动变阻器R1实现对开窗/关窗信号的连续调节，开窗/关窗信号需要第一三极管Q1导通才能实现不同电平的输出，第一三极管Q1导通受微处理器300控制。
[0042] 如图4所示，第一开关S1作为初始化按钮，用于输入初始化信号(Init_key)至所述微控制器300；
[0043] 本实施例中，第一开关S1还具有防误操作的功能，通过让第一开关S1保持一定时长闭合状态实现的；在第一开关S1按下以后，微控制器300的对应输入脚会输入一个低电平信号，在微控制器300对低电平信号的保持时间进行检测后，才会触发初始化程序；
[0044] 此外，具体实现防误操作的方式有很多，可以采用多次连续按键、双按键等等方式来实现，甚至可以在适当增加成本的前提下采用指纹识别的开关；
[0045] 按钮的本身的形式也不需要唯一，普通的按钮开关、电容式开关、滑动变阻器等等都可以实现此功能。
[0046] 如图4所示，本实施例中，增加了电容C5、电容C6、电容C7，可以更好的保证输入至
单片机的信号的
波形。
[0047] 如图5所示，系统还包括有IGN接口电路600；所述IGN接口电路600包括第十电阻R11、第十一电阻R12、第十二电阻R13；所述IGN接口电路600输入端与所述微控制器300之间连接有串行连接的第十电阻R11、第十二电阻R13；所述第十电阻R11和第十二电阻R13的连接处与地线之间连接有第十一电阻R12；所述IGN接口电路600用于传输点火信号至所述微控制器300。
[0048] 本实施例中，通过增加ING接口电路可以进一步提高天窗开启的安全性，例如在汽车未点火的情况下调整车窗，可以输出警示指令，进一步保证车窗开启的安全。
[0049] 如图5所示，本实施例中，增加了电容C8，可以更好的保证输入至单片机的信号的波形。
[0050] 如图6所示，所述电机驱动电路400包括第二三极管Q2、第三三极管Q3、共阴二极管D2、第一继电器K1、第二继电器K2；所述第二三极管基极Q2与所述微控制器300之间连接有第十三电阻R14，集电极与所述第一继电器K1第一控制端和所述共阴二极管D2第一正极端相连接，基极与地线相连接；所述第三三极管基极Q3与所述微控制器300之间连接有第十四电阻R15，集电极与所述第二继电器K2第二控制端和所述共阴二极管D2D第二正极端相连接，基极与地线相连接；所述第一继电器K1第二控制端、所述第二继电器K2第一控制端、所述共阴二极管D2共阴极、所述第一继电器K1常开输入端、所述第二继电器K2常开输入端皆与所述电源转换电路100相连接；所述第一继电器K1常闭输入端和所述第二继电器K2常闭输入端皆与地线相连接；所述第一继电器K1输出端与所述第二继电器K2输出端之间连接有串行连接的第十五电阻R18和第十六电阻R19；所述第十五电阻R18和所述第十六电阻R19连接处与所述微控制器300之间连接有十七电阻R20。
[0051] 如图6所示，本实施例中，电机驱动电路400去除与驱动电路反馈信号(OUT_CHECK)相关的电路部分也可以保证系统功能的实现，增加驱动电路反馈信号(OUT_CHECK)之后可以有效的对系统运行状态有一个准确的
定位，尤其在发生故障，可以便于定位具体故障发生是在电机驱动电路400之前还是在电机驱动电路400之后。
[0052] 如图6所示，所述电机驱动电路400还包括压敏电阻R16、第五电容C9、第十九电阻R17；所述第十九电阻R17和所述第五电容C9串行连接后与所述压敏电阻串联R16并联，用于防止电火花；所述压敏电阻R16连接在所述第一继电器K1输出端与所述第二继电器K2输出端之间，用于过压保护。
[0053] 如图7所示，所述双霍尔传感器电路500包括第四三极管Q4、第一霍尔传感器H1、第二霍尔传感器H2、第六电容C10；所述第四三极管Q4基极与所述微控制器300之间连接有第十九电阻R21，基极与集电极之间连接有第二十电阻R22，集电极与所述电源转换电路(100)相连接，发射极与所述第一霍尔传感器H1的输入端、所述第二霍尔传感器H2的输入端相连接，集电极与地线之间连接有所述第六电容C10；所述第一霍尔传感器H1接地端、所述第二霍尔传感器H2接地端皆与地线相连接；所述第一霍尔传感器H1输出端与所述微控制器300之间连接有串行连接的第二十一电阻R23和第二十二电阻R24；所述第二十一电阻R23和第二十二电阻R24连接处与所述电源转换电路100相连接；所述第二霍尔传感器H2输出端与所述微控制器300之间连接有串行连接的第二十三电阻R25和第二十四电阻R26；所述第二十三电阻R23和第二十四电阻R24连接处与所述电源转换电路100相连接；所述第一霍尔传感器H1和所述第二霍尔传感器H2均用于采集所述电机运行状态信号。
[0054] 所述电机运行状态信号为所述外部直流电机多级磁环磁场变化产生的脉冲信号(HALL1、HALL2)。
[0055] 本实施例中，通过单片机撷取异位双霍尔对电机转动时电机转子上安装的多级磁环磁场变化产生的脉冲信号(HALL1、HALL2)，计算电机转向、位置、速度和速度变化率，依次为
基础实现防夹操作。
[0056] 所述微控制器300用于实现对系统中的数据和信号进行接收、处理、传输。
[0057] 如图2所示，本实施例中，微控制器300采用单片机，单片机具体采用STM8S105单片机；微控制器300还可以采用其他单片机，对不同的单片具体的内部程序需要进行适当的
修改，但程序
流程图基本保持不变，微控制器300除了采用单片机外，也可以采用DSP、ARM等来实现类似功能。
[0058] 所述微控制器300中设置有特殊位置点；所述特殊位置点与不同的天窗位置和开窗/关窗控制信号相对应。
[0059] 如图8所示，所述特殊位置点包括有起翘机械零点、起翘开点、关窗点、半开窗点、开窗点、开窗机械零点；具体释义如表1所示。
[0060] 表1
[0061]名称 注释
起翘机械零点 天窗起翘机械堵死点
起翘开点 天窗初始化后起翘软停止点
关窗点 天窗全关闭点
半开窗点 天窗半打开点
开窗点 天窗平移打开软停止点
开窗机械零点 天窗平移机械堵死点
[0062] 本实施例中，特殊位置点主要是为了实现对车窗的位置和速度进行更好的确认，根据实际情况的不同特殊位置点的数量和对应车窗的具体位置也会有不同的变化；
[0063] 本实施例中，微处理器300预先设定多个不同的开窗/关窗控制信号对应一个霍尔数，即不同的电平对应不同的天窗位置；例如，起翘机械零点、起翘开点、关窗点、半开窗点、开窗点、开窗机械零点等，都对应不同的开窗/关窗控制信号，即通过滑动变阻器调节出的不同的电平信号。
[0064] 下面结合附图对本实施例工作原理进行介绍：
[0065] 首先介绍一下系统初始化的过程，参见图2至图8，当系统上电后，长按第一开关S1，微处理器300会检测到初始化信号(Init_key)，此时，微控制器持续保持对初始化信号(Init_key)的检测，当保持一定时长之后，微控制器300进入初始化状态；微控制器300会输出使能信号(HALL_POWER)至双霍尔传感器电路500，使双霍尔传感器电路500激活，并开始采集直流电机的脉冲信号(HALL1、HALL2)；微控制器300此时会通过电机驱动电路400开始控制直流电机正转，此时，两个异位霍尔传感器仍然持续采集脉冲信号(HALL1、HALL2)，并且微控制器300对脉冲信号(HALL1、HALL2)进行计数；由于控制电机正转的驱动控制信号DOWN_OUT不断发出，电机将持续正转至天窗起翘机械零点，此时电机会发生堵转，堵转后电机脉冲信号(HALL1、HALL2)脉宽发生变化，微控制器300检测到之后，将第一霍尔传感器H1脉冲信号HALL1计数清零；然后微控制器300会通过电机驱动电路400开始控制直流电机反转，此时，两个异位霍尔传感器仍然持续采集直流电机的脉冲信号(HALL1、HALL2)，并且微控制器300对两个异位霍尔传感器采集的脉冲信号(HALL1、HALL2)进行分析，根据采集的脉冲信号(HALL1、HALL2)，检测电机转动方向是否反转，并对第一霍尔传感器H1的脉冲信号HALL1进行计数，使天窗运转至关窗点，完成初始化程序；
[0066] 此时微控制器300初始化程序结束，直流电机停止转动，两个异位霍尔你传感器继续采集脉冲信号(HALL1、HALL2)，因直流电机停止转动，此时无脉冲输出；
[0067] 当需要开窗时，通过调整开关信号电路200输出开窗/关窗控制信号KEY_AD至微控制器300后，微控制器300输出相应的驱动控制信号UP_OUT至电机驱动电路400，电机驱动电路400开始控制直流电机正转，此时，两个异位霍尔传感器仍然持续采集脉冲信号(HALL1、HALL2)，并且微控制器300对第一霍尔传感器H1的脉冲信号HALL1进行计数；由于开窗/关窗控制信号KEY_AD不断，电机将持续正转，微控制器300持续对脉冲信号(HALL1、HALL2)进行计数，将此计数值与开窗/关窗控制信号KEY_AD调节的电平值进行对比，当两者数值相等时，此时电机会停止运转，并保持所记录的脉冲信号(HALL1、HALL2)；
[0068] 当需要关窗时，当通过调整开关信号电路200输出开窗/关窗控制信号KEY_AD至微控制器300后，微控制器300输出相应的驱动控制信号DOWN_OUT至电机驱动电路400，电机驱动电路400开始控制直流电机反转，此时，两个异位霍尔传感器仍然持续采集脉冲信号(HALL1、HALL2)，并对第一霍尔传感器H1的脉冲信号HALL1进行计数；由于开窗/关窗控制信号KEY_AD不断，电机将持续反转，微控制器300持续对脉冲信号(HALL1、HALL2)进行计数，将此计数值与开窗/关窗控制信号KEY_AD调节的电平值进行对比，当两者数值相等时，此时电机会停止运转，并保持所记录的脉冲信号(HALL1、HALL2)；
[0069] 当系统遇到障碍物，需要启动防夹功能时，先对第一霍尔传感器H1脉冲信号HALL1脉宽进行判定，遇到障碍物后，第一霍尔传感器H1脉冲信号HALL1的脉宽必定会增宽，通过对多个第一霍尔传感器H1脉冲信号HALL1的脉宽计算其速度和
加速度值，并与微处理器300中相应预设值进行比较，可以判定是否遇到障碍物，同时，微处理器300根据采集的脉冲信号(HALL1、HALL2)，确定电机转向，如果判定结果是遇到障碍物，那么根据所计算的天窗位置和运转方向反向运转一定脉冲信号计数值即可；
[0070] 此外，通过对第一霍尔传感器H1脉冲信号HALL1处于上升沿时刻时，第二霍尔传感器H2脉冲信号HALL2为高电平或低电平的状态可以确定电机转向。
[0071] 本实施例中，第二霍尔传感器H2脉冲信号HALL2除用于辅助判定电机正反转外，还可以用于对第一霍尔传感器H1的运行状态提供一个对比，用以判定传感器本身是否存在故障，同时，当第一霍尔传感器H1脉冲信号计数值清零时，第二霍尔传感器H2也跟随清零。
[0072] 本实施例中，电机运行状态信号也可以采用其他信号，例如：可以采集直流电机的运行
电流信号，当直流电机遇到障碍物阻挡时电流会增大，通过对电流的判定也可以实现防夹的功能，另外，遇到障碍物后，因为电机转速基本恒定，所以只需要反转一定时间即可退出障碍物，达到最终保护的效果。
[0073] 以上所述仅为本实用新型的优先实施方式，本实用新型并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本实用新型目的的技术方案都属于本实用新型的保护范围之内。
