【正文】 ......................................... 41 附錄Ⅱ 程序 .................................................. 42 第 1 頁 概述 雨刮器屬汽車附件，是汽車安全行駛的重要部件，用于消除擋風玻璃、后窗玻璃及大燈玻璃上的雨雪和灰塵等，以保證玻璃透明清晰。 在汽車智能雨刮系統(tǒng)中由于兩個雨刮電機的轉(zhuǎn)速不可能完全一樣，就存在兩個雨刮擺動不同步的問題。本文在分析了模糊控制理論及雨刮同步擺動規(guī)則的基礎上，提出了一種基于模糊控制的汽車 智能雨刮系統(tǒng)。 該系統(tǒng)將轉(zhuǎn)速偏差和轉(zhuǎn)速偏差變化量模糊化為模糊控制器的輸入語言變量，根據(jù)所制定的一套模糊控制規(guī)則來選擇控制 PWM的輸出語言變量，并以此通過脈寬調(diào)制技術來驅(qū)動直流電機， 使兩個雨刮同步擺動。 汽車工業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一，現(xiàn)代汽車正從一種單純的交通工具朝著滿足人們需求、安全、節(jié)能和環(huán)保的方向發(fā)展。為了滿足人們對汽車日益提高的要求，汽車研發(fā)及生產(chǎn)機構(gòu)必然要將越來越多的電子產(chǎn)品引入到汽車上，智能控制系統(tǒng)也成為汽車革新的主要內(nèi)容。 研究背景 隨著當今社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，對汽車性能的追求則在 不斷的提升，隨著汽車制造業(yè)不斷的創(chuàng)新，汽車中安裝了越來越多自動控制系統(tǒng)，增加了汽車的安全性與舒適性，據(jù)統(tǒng)計，在雨天行車，世界上因為駕駛員對雨刷的操作不當而帶來的交通事故占 6%之多。所有自動雨刷系統(tǒng)的安裝對于汽車來說是十分重要的。自動雨刷控制系統(tǒng)免去了駕駛員手動調(diào)節(jié)雨刷的麻煩，有效的提高了在雨天駕駛的安全性與可靠性；同時，也避免了因為路邊積水濺在擋風玻璃上，駕駛員來不及操作而恐慌造成的交通事故。 雨刮器屬汽車附件，是汽車安全行駛的重要部件，用于消除擋風玻璃、后窗玻璃及大燈玻璃上的雨雪、灰塵和水泥等，以保證玻璃 透明清晰。 第一個發(fā)明電動刮水器的是德國博世公司，博世將它作為“博世最年幼的產(chǎn)品”加入到博世的產(chǎn)品家族。自那以后，這個嬰兒逐漸成長，從單純的刮片發(fā)展到二十一世紀初的風窗玻璃之星 —— 無支架的刮水器。在汽車的駕駛史上， 第 2 頁 對風窗玻璃的清潔問題解決開始得比較晚。汽車從只有平添駕駛發(fā)展到成為全天候的駕駛。技術變化最大是在二戰(zhàn)以后，伴隨著大規(guī)模機械的出現(xiàn)。風窗玻璃洗滌器、間歇開關、后窗刮水器和可加熱噴水器保證了駕駛時的視野清晰與行車安全。伴隨著其他一些技術革新，比如雨滴傳感器、可變位刮水臂、刮水器的出現(xiàn)，就更擴大了刮拭 的范圍，刮水器成為了一個復雜的系統(tǒng)。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國內(nèi)外許多汽車廠商以雨水傳感器為基礎的自動雨刷控制系統(tǒng)，不是格昂貴就是系統(tǒng)不完善，反映不靈敏?，F(xiàn)今，則主要是把用雨水傳感器檢測出來的雨量大小的信號轉(zhuǎn)變成電信號，然后傳遞給單片機，通過軟件的控制來控制電機驅(qū)動芯片從而帶動電機的旋轉(zhuǎn)。目前市場上的雨量傳感器大都分為以下兩種：利用電阻壓變，光強變化的傳感器與各種信號控制器連接，來控雨刷電機的轉(zhuǎn)動。前一種是把傳感器直接裝在汽車擋風玻璃的外側(cè)，雨滴直接落在傳感器上來感應雨量的大??；后一種則是安裝在擋風玻璃內(nèi) 側(cè)，由光照引起的折射強度的變化來檢測雨量的大小。 因為汽車雨刷主要功能是刮除擋風玻璃上的水漬及污垢，給駕駛者提供一個清晰的視野，所以自動雨刷系統(tǒng)屬于必須的安全設備。主動性安全系統(tǒng)是每個汽車系統(tǒng)工程師努力目標之一，雨刷系統(tǒng)是每輛車上為保證擋風玻璃清晰的唯一選擇。而此次設計的自動雨刷，乃目前各車廠投注心力的開發(fā)方向。 雨刮器總成含有電動機、減速機、四連桿機構(gòu)、刮水臂心軸、掛水片總成等。 當司機按下雨刮器的開關時，電動機啟動，電動機的轉(zhuǎn)速經(jīng)過蝸輪蝸桿的減速增扭作用驅(qū)動擺臂，擺臂帶動四連桿機構(gòu) 、 四連桿機構(gòu)帶動安裝在前 圍板上的轉(zhuǎn)軸左右擺動，最后由轉(zhuǎn)軸帶動雨刮片刮掃擋風玻璃。 雨刮器的種類很多 , 按安裝位置分 , 有頂置、底置、側(cè)置、前后置和內(nèi)外置等 。按雨刮范圍分 , 有局部雨刮、整體雨刮、單面雨刮和雙面雨刮 。按運動方式分 , 有四桿機構(gòu)左右擺動式、導軌式直線和弧線運動式 。按制作材料分 ,有普通黑膠體雨刮器、透明塑料體雨刮器和磁性體雨刮器。目前 ,車輛上廣泛使用的是曲柄連桿機構(gòu)黑膠體雨刮器。 國外對汽車電動雨刮器的性能要求： 耐久性能 第 3 頁 美國標準 1975 年 SAEJ903b 推薦 （ 1） 總成耐久試驗 （ 2） 刮片耐久試驗 （ 3） 橡膠 片耐久試驗 日本標準 1976 年 JISD5710 推薦 （ 1） 橡膠片耐久試驗 （ 2） 總成耐久試驗 試驗后搖臂的壓力變化和試驗前相比應在 15%以內(nèi) , 搖臂和刮片的各部分不應有明顯的松弛、松動（配合、間隙等）或其他有害缺陷的產(chǎn)生。 強度性能 美國標準 1975 年 SAEJ903b 推薦 在刮動過 程中阻擋搖臂 15秒 ，試驗后應仍能正常工作。 刮刷性能 美國標準 1975 年 SAEJ903b 推薦 耐久試驗 試驗后刷凈性能仍應達到 75%。 刮動頻率 （ 1） 美國文獻介紹 刮動周期 120 秒 （ 2） 法國文 獻介紹 刮動頻率 1240 次 /分 （ 3） 美國文獻介紹 間隔 3 秒較普遍 （ 4） 英國文獻介紹 適應極細雨時用 , 頻率和間歇均能獨立控制。 （ 5） 美國文獻介紹 傾盆大雨時的刮刷頻率可高達 80 次 /分 ,高于上述頻率則雨刮將在風窗玻璃水而上浮掠而過 , 破壞刮水性能。 研究 意義 據(jù)統(tǒng)計全世界雨天行車有 7%的事故是由于駕駛員手動操作雨刷引起的，現(xiàn)在的汽車中已經(jīng)安裝了越來越多的傳感器以增加主動性和被動安全性。采用雨滴感應式自動雨刷控制系統(tǒng)可以使駕駛員免除手動操作雨刷的麻煩，有效地提高了雨天行車的安 全性。 如果汽車有雨滴傳感器，駕駛者就無需調(diào)節(jié)雨刮器設置來迅速停止刮片的運動或者得到更好的視角。當在濕路上駕駛時，駕駛者就無需動手來打開雨刮器，所以駕駛者就可以集中精力開車。 第 4 頁 現(xiàn)在開發(fā)的雨滴檢測雨刮器，將雨滴傳感器檢出的雨量變成電信號，根據(jù)電信號的大小，控制刮雨器動作。在這個系統(tǒng)中雨滴傳感器的作用最重要。 自動雨刷控制系統(tǒng)設計思路 設計的總體思路是：運用雨滴傳感器感應雨量的大小，把感應信號輸給單片機系統(tǒng)，然后通過軟件控制雨刷電機根據(jù)相應的環(huán)境做出不同的轉(zhuǎn)動。例如，當檢測為小雨量的時候 ，電機工作在小雨模式（電機旋轉(zhuǎn)一個來回要停留 10秒再繼續(xù)進行旋轉(zhuǎn)）；當檢測為中大雨的時候則，啟動中大雨運轉(zhuǎn)模式（電機旋轉(zhuǎn)一個來回停止 5 秒后再繼續(xù)工作）；當檢測為大雨的時候，則啟動大雨運轉(zhuǎn)模式（電機連續(xù)進行來回旋轉(zhuǎn)）。設計中運用 AT89S52 單片機，步進電機采用 ULN2021AN 驅(qū)動芯片進行驅(qū)動。 設計原理 本次設計由檢測部分，控制部分，驅(qū)動部分組成，其框圖如圖 21所示。 第 5 頁 電 源 模 塊雨滴傳感器單片機電機驅(qū)動模塊步進電機 圖 21 設計原理框圖 系統(tǒng)組成 系統(tǒng)主要是由單片機最小控制系統(tǒng)（ 包括晶振電路，復位電路，供電電源），雨滴感應模塊，電機驅(qū)動模塊組成。 單片機的比較與選擇 單片機作為系統(tǒng)的核心部件它的選擇對整個系統(tǒng)起著很重要的作用。目前較為廣泛應用的單片機有 51系列的 8位、面向大數(shù)字信號處理領域的數(shù)字信號處理器 (DSP)、增強型的 16位單片機機以及 32位的 AR芯片這幾種。 DSP器件在工業(yè)控制領域應用很廣泛，從長遠來看它的應用必將越來越廣。目前 DSP器件具有的特性為，運算能力強，速度快，側(cè)重于高端領域使用，其結(jié)構(gòu)功能設計側(cè)重于有大量數(shù)字信息處理的場合，但是它的價格較高，開發(fā)技 術難度大。 ARM芯片的優(yōu)點是體積小、功耗低、功能廣泛和性能高的特點，它主要應用在比較簡單的小型的場合。 第 6 頁 51單片機是從八十年代就開始流行的處理器，其價格低，開發(fā)技術成熟，應用廣泛，但不足在于功能過于簡單，計算能力有限，并且擴展麻煩、功耗高，已不能適應于目前對測控系統(tǒng)功能和速度的要求 [6]。 本次選擇 8 位控制器的典型代表就是 8051 微控制器的 stc12c5a60s2 單片機。它是一款入門級微控制器，它內(nèi)核簡易，應用廣泛，非常適合入門學習使用。而且它的價格低，對實時性要求不高的電子產(chǎn)品。 STC 單片機是一款增強型 51 單片機，完全兼容 MCS． 51，還增加新的功能，新增兩級中斷優(yōu)先級，多一個外中斷，內(nèi)置 EEPROM，硬件看門狗，具有掉電模式， 512B 內(nèi)存，支持 ISP在線編程，不用編程器，程序可擦寫 10萬次。引腳完全兼容，性能好，驅(qū)動能力強；抗干擾能力強；功耗更低；價格也比傳統(tǒng)的 89 系列低。 STC12c5a60s2功能特性概述 目前市場上使用比較常見的 51系列是 STC89C52。 STC89C52是通過低電壓，高性能 CMOS 8位微控制器與 4K字節(jié)的只讀程序可以反復擦寫存儲器（ PEROM）和128字節(jié)的隨機存 取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）的生產(chǎn)，該設備采用了該公司的 STC高密度，非易失性存儲技術，與標準 MCS51指令集，內(nèi)置通用 8件中央處理器（ CPU）和 Flash存儲單元，功能強大 STC89C52單片機可為您提供高性價比的許多應用程序兼容的地方可靈活應用于各種控制領域其。性能參數(shù)如下： (a)與 MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 (b)4k字節(jié)可重擦寫 Flash閃速存儲器 (c)1000次擦寫周期 (d)全靜態(tài)操作： 0Hz－ 24MHz (e)三級加密程序存儲器 (f) 128 8字節(jié)內(nèi)部 RAM (g) 32個可編程 I／ O口線 (h) 2個 16位定時／計數(shù)器 (i) 6個中斷源 (j)可編程串行 UART通道 (k)低功耗空閑和掉電模式 第 7 頁 圖 22 STC 12c5a60s2引腳圖 STC89C52單片機提供以下標準功能： 4k 字節(jié) Flash閃速存儲器， 128字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32個 I／ O口線，兩個 16位定時／計數(shù)器，一個 5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，stc12c5a60s2可降至 0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU的工作，但允許 RAM，定時／計 數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。 （ 2） STC89C52的內(nèi)存空間 內(nèi)部程序存儲器（ FLASH） 4K字節(jié)。 外部程序存儲器（ ROM） 64K字節(jié)。 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（ RAM） 256字節(jié)。 外部數(shù)據(jù)存儲器（ RAM） 64K字節(jié)。 表 21 程序存儲 6個特殊地址 第 8 頁 0000H 上電或復位入口地址 0003H 外部中斷 0入口地址 000BH 定時器 T0中斷入口地址 0013H 外部中斷 1入口地址 001BH 定時器 T1中斷入口地址 0023H 串口中斷入口地址 在上述事件發(fā)生時， PC指針獲得固定的地址，然后 CPU執(zhí)行 PC指針所指地址單元內(nèi)的程序。 雨滴傳感器的分類 壓電振子原理的雨滴傳感器 雨滴傳感器又叫雨滴檢測傳感器，用于檢測是否下雨及雨量的大小，廣泛用于汽車自動刮水系統(tǒng)、智能燈光系統(tǒng)和智能天窗系統(tǒng)中。在雨滴傳感刮水系統(tǒng)中，用雨滴檢測傳感器檢測出雨量，并利用控制器將檢測出的信號進行變換，根據(jù)變換后的信號自動地按雨量設定刮水器的間歇時間，以便隨時控制刮水器電動機 。在汽車智能燈光系統(tǒng)中檢測車輛 行駛的環(huán)境，自動調(diào)整燈光模式，提高車輛在惡劣環(huán)境下行駛的安全性 。在智能天窗系