【正文】 電機的轉速不可能完全一樣，就會存在兩個雨刮片擺動不同步的問題。用模糊控制器來取代傳統(tǒng)的PID控制器，可以更好的控制雨刮片的同步。整個系統(tǒng)80c51單片機來控制，給出了硬件和軟件設計。5．用MATLAB軟件對模糊控制系統(tǒng)和PID控制系統(tǒng)進行了仿真，并對比兩個仿真結果。仿真結果表明了設計的合理性及方案的可行性。第二章 智能雨刮器的原理及種類現在開發(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。 雨滴傳感器的分類 壓電振子原理的雨滴傳感器壓電振子利用壓電效應將機械位移(振動)變成電信號。壓電振子受到雨淋，按照雨滴的強弱和雨量作振動；將雨滴的沖擊能量變換成電壓波形，再輸入到雨刮控制器。該電壓波形的積分值(斜線部分的面積)與某一定值的速度對應，這樣就可控制刮雨器運動的速度。： 靜電電容原理的雨滴傳感器靜電電容表示因電極之間的物質不同(在雨滴傳感器中為“空氣”和“水”)能儲存電荷量的能力。電極面積(S)，電極的間隔(d)不變，則靜電容C只由介電系數(ε)決定。因水和空氣的ε值不同，C隨雨滴的大小而變。利用靜電容的變化，改變振蕩電路的振蕩頻率，從而控制雨刮器的動作。： 靜電電容傳感器 光量變化的雨滴傳感器把半導體發(fā)光元件和感光元件配成一對，從發(fā)光元件發(fā)出的光信號，如果在光路途中遇到雨滴落下，由于光的散射，光強減弱?？衫霉鈴姷乃p信號控制雨刮器的動作。前兩種雨滴傳感器需要放在汽車的外部，而本文所研制的雨滴傳感器需要放在汽車的內部，即駕駛室一側的風擋玻璃上。所以采用第三種方法，利用光強變化來實現的雨滴傳感器。 紅外雨滴傳感器的原理本設計中的雨滴傳感器選用紅外雨滴傳感器，屬于光量變化原理雨滴傳感器的一種。由光（本設計中選用紅外線）發(fā)射元件發(fā)射出的紅外光以全反射角度在擋風玻璃的外表面反射，其角度必須在42176。（玻璃水）和63176。（玻璃空氣）之間。如果在擋風玻璃上有雨，雨量越大，反射回來的光越多。從發(fā)射元件發(fā)出的光反射到接收裝置的擋風玻璃區(qū)域被稱之為傳感器的“敏感區(qū)域”，僅當雨水滴到這個區(qū)域時，才可以被探測出來。為使系統(tǒng)靈敏可靠，擋風玻璃區(qū)域和靈敏區(qū)域之間必須要有一個較好的比例[1]。： 第三章 智能雨刮器的硬件組成及其芯片介紹該雨刮器的雨滴傳感器部分主要由發(fā)射模塊和接收模塊兩大模塊組成。而電機部分的主要芯片是四總線緩沖門74LS125。 發(fā)射模塊發(fā)射模塊的主要功能是為接收模塊提供足夠的光輻射通量，本設計中光源定為紅外線，所以發(fā)射模塊由八個紅外發(fā)射器、一個555定時器和電阻電容元件組成。八個紅外發(fā)射管采用4個為一組，兩組并聯的方式，由555定時器驅動。 發(fā)射管發(fā)射管采用西門子公司出產的SFH421作為光源，實物圖如圖210所示。峰值波長λ為880 nm，帶寬80 nm。它具有高線性度、高可靠性、高脈沖處理能力等特點。采用4個一組，兩組并聯的方式，由555定時器驅動，發(fā)出頻率為38 kHz的紅外光。工作在38 kHz的頻率下，采用這種方式可以減少發(fā)射電路的功耗。 由555定時器構成的多諧振蕩器發(fā)射器的核心是振蕩器,多諧振蕩器是一種自激振蕩電路，該電路在接通電源后無需外接觸發(fā)信號就能產生一定頻率和幅值的矩形脈沖或方波?？捎杉呻娐贩聪嗥鳌⑴c非門、無穩(wěn)態(tài)電路, 555定時器等組成. 其中555定時器組成的振蕩發(fā)射系統(tǒng)容易起振,本身的輸出功率較大,常用其組成發(fā)射系統(tǒng),，：C、C的比較電壓分別為V和V。接通電源后，電容C被充電，v上升，當v上升到v時，觸發(fā)器被復位，同時放電BJT T導通，此時v為低電平，電容C通過R和T放電，使v下降。當v降到v時，觸發(fā)器又被置位，v翻轉為高電平。電容器C放電所需的時間為： 式()當C放電結束時，T截止，v將通過R、R向電容器C充電，v由v上升到v所需的時間為： 式() 當v上升到v時，觸發(fā)器又發(fā)生翻轉，如此周而復始，在輸出端就得到一個周期性的方波，其頻率為[2]： 式() 多謝振蕩器電路圖本文設計的發(fā)射模塊就是由555定時器構成的多諧振蕩器，通過式()、()、()計算出R、R和C的值，使555電路發(fā)出頻率為38 kHz的脈沖波，從而驅動紅外發(fā)射管工作在38 kHz的頻率下。由于555內部的比較器靈敏度較高，而且采用差分電路形式，它的振蕩頻率受電壓和溫度變化的影響很小。所以電源電壓的變化,須采取提高穩(wěn)定發(fā)射強度的措施,方法是采取恒流源技術或窄脈沖發(fā)射的措施,能使紅外輻射強度保持不變[3]。本設計中采用的是恒流源技術。 555定時器原理圖 接收模塊接收模塊是由一個紅外接收管、帶通濾波器、分頻器及51單片機組成。 紅外接收管紅外接收管SFH320是西門子公司生產的。它將接收到的紅外光脈沖信號變成電脈沖信號后送入帶通濾波器。SFH320是NPN型硅光電三極管。峰值波長λ為880 nm，具有高線性度、高可靠性等特點。 SFH320外形圖 帶通濾波器帶通濾波器的作用是只允許某一段頻帶內的信號通過，而將此頻帶以外的信號阻斷。這種濾波器經常用于抗干擾的設備中，以便接收某一頻帶范圍內的有效信號，而消除高頻段及低頻段的干擾和噪聲。將低通濾波器和高通濾波器串聯起來，即可獲得帶通濾波電路。，低通濾波器的通帶截止頻率為f，即該低通濾波器只允許ff的信號通過；而高通濾波器的通帶截止頻率為f，即它只允許ff的信號通過?，F將二者串聯起來，且ff，則其通頻帶即是上述二者頻帶的覆蓋部分，即等于ff。輸入端的電阻R和電容C組成低通電路，另一個電容C和電阻R組成高通電路，二者串聯起來接在集成運放的同相輸入端[4]。 帶通濾波器原理示意圖 帶通濾波器的典型電路為了估算方便起見，設R=2R，R=R，此時可求得帶通濾波器的電壓放大倍數為： 式() 式() 式() 式() 式()本設計中選取中心頻率為38kHz，帶寬為100Hz，所以Q為380，選取C，再求R 。C的容量不易超過。因大容量的電容器體積大，價格高，應盡量避免使用。根據式取C=，,根據式()可得：計算出R=：因為f=時則=380，所以。根據與A、的關系，集成運放兩輸入端外接電阻的對稱條件，可得： 1+ 解得：R=,R= 分頻器CD4024分頻器CD4024是由7級主從觸發(fā)器構成的二進制串行計數/分頻器。輸出端連接QQQQQQQ7就可以對輸入端1腳的信號進行136128分頻。用CD4024分頻器把由帶通濾波器輸出的脈沖信號分頻，滿足輸出脈沖信號是毫秒數量級[5]。因為中心頻率為38KHz，所以本設計中選用128分頻，使f變?yōu)?00Hz，則周期為3ms。把雨滴傳感器單片機的定時時間選為60ms，則最多可以測出20個脈沖，用60ms中脈沖的數量來確定雨量的多少：小于3個脈沖視為無雨，沒有啟動雨刮器的必要；3~12個脈沖為小雨，雨刮器此時工作在慢速檔；12~20個脈沖為大雨，雨刮器工作在高速檔；大于20個脈沖無法檢測到，也視為無雨對待。 CD2042的引腳圖 80C51芯片資料80C51由一個8位通用中央處理器、程序存儲器、隨機讀寫數據存儲器、常用外圍電路等部分組成。其中P0口、P2口既可作為一般的I/O引腳使用；在擴展外部存儲器時，P0口將作為低8位地址總線（A7～A0）/數據總線（D7～D0）使用，P2口作為高8位地址總線（A15～A8）使用。[6]：ALE：低八位地址鎖存信號，在訪問外部存儲器時，用ALE信號下降沿鎖存從P0口輸出的低八位地址信息A7～A0.～：內部帶有弱上拉的雙向I/O口，作為輸入引腳使用前，先向P1口鎖存器寫入1，使P1口引腳被上拉為高電平。、：除了作為一般I/O引腳使用外，還具有第二輸入/輸出功能。T2（）：定時器T2的計數輸入端或定時器T2的時鐘輸出端。T2EX()：定時器T2外部觸發(fā)輸入端。 80C51引腳圖～：內部帶有弱上拉的雙向I/O口，作為輸入引腳使用前，先向P2口鎖存器寫入1，使P2口引腳被上拉為高電平。在讀寫外部存儲器時，P2口輸出高八位地址A15～A8?！簝炔繋в腥跎侠碾p向I/O口，作為輸入引腳使用前，先向P3口鎖存器寫入1，使P3口引腳被上拉為高電平。P3口除了可作為一般I/O引腳使用外，還具有第二輸入/輸出功能：RXD()：串行數據接收（輸入）端。TXD()：串行數據發(fā)送（輸入）端()：外中斷0輸入端。()：外部中斷1輸入端。T0()：定時/計數器T0的外部輸入端。T1()：定時/計時器T1是的外部輸入端。（）：外部數據存儲器的寫選通信號，低電平有效。()：外部數據存儲器讀選通信號，低電平有效。RST：復位信號輸入端，高電平有效。：外部程序存儲器讀選通信號。當沒有外部存儲器時，該引腳懸空。ALE：第八位地址鎖存信號。訪問外部存儲器時，用ALE信號下降沿鎖存從P0口輸出的第八位地址信息A7～A0，以便隨后將P0作為數據總線使用。ALE只能在執(zhí)行MOVX指令時被激活。/VPP：外部程序存儲器選擇信號，低電平有效。在復位期間CPU檢測并鎖存其引腳電平狀態(tài)，當發(fā)現該引腳為高電平時，從片內程序存儲器取指令，只有當程序計數器PC超出片內程序存儲器地址編碼范圍時，才能到外部ROM中取指令；當該引腳為低電平時，一律從外部程序存儲器中取指令。XTAL1：片內晶振電路反相放大器輸入端，接CPU內部時鐘電路。XTAL2：片內晶振電路反相放大器輸出端。 四總線緩沖門74ls125本設計中用三態(tài)門74ls125做三態(tài)輸出四總線同相緩沖器，它和反相驅動器74ls06控制4個光電隔離器和4個大功率場效應管IRF640。： 74ls125引腳圖三態(tài)輸出門（簡稱三態(tài)門）的電路結構是在普通門電路的基礎上附加控制電路構成的。： 三態(tài)門的功能表輸 入輸 出AY00001110高阻態(tài)11高阻態(tài)，在三態(tài)使能端的控制下，輸出端Y有三種可能出現的狀態(tài)，高阻態(tài)、關態(tài)（高電平）、開態(tài)（低電平）。當=“1”時，電路輸出Y呈現高阻狀態(tài)，當=“0”時，實現Y=A的邏輯功能，即為低電平有效。第四章 智能雨刮器硬件設計 智能雨刮器的結構框圖智能雨刮器系統(tǒng)由單片機、直流電動機、雨滴傳感器及雨刷等組成。 雨滴傳感器的硬件設計雨滴傳感器部分，由555定時器構成的多謝振蕩器對紅外發(fā)射管進行驅動，再由接收管接收，這樣就構成一個光電傳感器。把光電傳感器的信號經帶通濾波器把信號頻率限制在38KHz左右，再經分頻器進行128分頻，使脈沖信號變?yōu)楹撩霐盗考墶＃?電機控制的硬件設計、。下面舉例說明此電路對電機A的控制過程:當單片機經P0接口輸出12H控制模型時，由于鎖存器74LS125中的三態(tài)門1是打開的，所以光電隔離器LEI導通并發(fā)光，光敏三極管輸出為高電平，因而使大功率場效應開關管IRF640（v1）導通。同理，74LS125中的三態(tài)門4輸出為高電平，因此光電隔離器LEI發(fā)光并導通，因而使v4導通。同理可分析，此時v2和v3是關斷的。因此電流從左至右流過直流電機，使電機正轉。當P0接口輸出09H時，則鎖存器74LS125中的2，3號三態(tài)門打開，使得v2和v3接通，v1和v4關斷，電流由右向左流過電機，使電機反轉。SA0為電機左到位開關，當SA1置一，則輸出正向代碼；SA1為電機右到位開關，當SA1置一，則輸出反向代碼[7]。電機復位端為兩電機各自的左到位開關。：第五章 智能雨刮器的軟件設計 雨滴傳感器的流程圖設計因為脈沖的中心頻率為38KHZ，進行128分頻后約為300HZ，周期即為3ms，所以選定定時時間為60ms，在此時間段內最多可接收20個脈沖，由此在按脈沖的多少進行大小雨的分配，： 60ms定時器流程圖 智能雨刮器雙電機控制的流程圖設計對于直流電動機的轉速來說，當勵磁恒定時，它是隨著電樞電壓的增減而增減的(當然也可以利用改變勵磁的大小來調節(jié)直流電機的轉速)。所以，一旦調節(jié)或改變直流電動機的電樞電壓，即可達到控制轉速的目的。通過改變單片機輸出PWM脈寬信號的占空比，來控制直流電動機的電樞電壓，從而改變雨刮電動機的轉速[8]。： 汽車智能雨刮器的主程序流程圖設計在汽車智能雨刮系統(tǒng)中，有許多非線性因素都會對雨刮同步造成影響。這樣，我們就需要用人的經驗知識來調整PWM信號的占空比，使兩個雨刮同步擺動。因此，把模糊控制技術運用到雨刮同步控制中，可以使系統(tǒng)有良好的控制效果。： 智能雨刮器主程序流程圖第六章 基于模糊控制的智能雨刮控制系統(tǒng) 模