【正文】 基于單片機(jī)的汽車智能雨刮器設(shè)計(jì)摘 要雨刮器屬汽車附件，是汽車安全行駛的重要部件，用于消除擋風(fēng)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。本文分析了三種雨滴傳感器的組成原理，基于光強(qiáng)變化的原理設(shè)計(jì)了一種新型的汽車紅外線雨滴傳感器。當(dāng)下雨時(shí)，該雨刮器系統(tǒng)可以通過紅外雨滴傳感器感知雨量大小，分辨出是大雨還是小雨,使雨刮器自動(dòng)工作在高速或低速狀態(tài)，能夠取代傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)的雨刮器。在汽車智能雨刮系統(tǒng)中由于兩個(gè)雨刮電機(jī)的轉(zhuǎn)速不可能完全一樣，就存在兩個(gè)雨刮擺動(dòng)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(dòng)規(guī)則的基礎(chǔ)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(shù)來驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，使兩個(gè)雨刮同步擺動(dòng)。本文基于單片機(jī)完成了對(duì)雨滴傳感器及模糊控制的軟、硬件設(shè)計(jì)，并對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了MATLAB仿真，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)能有效的抑制超調(diào)現(xiàn)象，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)態(tài)性能。關(guān)鍵詞：雨滴傳感器；模糊控制；單片機(jī)；雨刮器The Design Of Intelligent Windscreen Wiper Of Automobile Based On Single Integrated CircuitAbstractThe windscreen wiper is an accessories of the Automobile, it is an important part of Automobile for the steer security. It is used to clear up the rain and snow, dust and cement on the windscreens,rear windows and headlight windows,to make sure the windows transparent and clear.In this thesis,positive theory of three kinds of rain sensors are analysed,and a newtype of infrared rain sensor of automobile is designed based on the theory of variety of light it rains,the windscreen wiper system senses the amount of rainfall by the infrared rain sensor and distinguish the number of precipitation rain fall and thus makes the windscreen wiper automatically work either at a high speed or at a low speed. It can replace traditional windscreen wiper system of mechanical structure.In intelligent windscreen wiper system of automobile, As the problem of technics,rotate speed of two electro motors are not the same pletely,so there are the problems that two wiper blades swing ansynchronous. In the thesis,a intelligent windscreen wiper system of automobile based on fuzzy control is presented,by analyzing fuzzy control theory and synchronous swing rules of windscreen wiper. The speed error and its change were used as fuzzy stable to a set of fuzzy rules, the output variable was selected to control the PWM switch. In this way, the PWM technique was used to drive the DC motor and control windscreen wiper to swing synchronously.The software and hardware of rain sensors and fuzzy control was pleted based on SCM in this thesis,and process the simulation of MATLAB. The simulation results showed that the system could depress the overshoot and improve the response and steady state performance.keywords：rain sensor；fuzzy control；SCM；windscreen wiper目 錄摘 要 IAbstract II第一章 引 言 1 研究背景 1 研究的意義 2 論文的內(nèi)容 2第二章 智能雨刮器的原理及種類 4 雨滴傳感器的分類 4 壓電振子原理的雨滴傳感器 4 靜電電容原理的雨滴傳感器 4 光量變化的雨滴傳感器 5 紅外雨滴傳感器的原理 5第三章 智能雨刮器的硬件組成及其芯片介紹 7 發(fā)射模塊 7 發(fā)射管 7 由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器 7 接收模塊 9 紅外接收管 9 帶通濾波器 10 分頻器CD4024 12 80C51芯片資料 12 四總線緩沖門74ls125 14第四章 智能雨刮器硬件設(shè)計(jì) 16 智能雨刮器的結(jié)構(gòu)框圖 16 雨滴傳感器的硬件設(shè)計(jì) 16 電機(jī)控制的硬件設(shè)計(jì) 16第五章 智能雨刮器的軟件設(shè)計(jì) 19 雨滴傳感器的流程圖設(shè)計(jì) 19 智能雨刮器雙電機(jī)控制的流程圖設(shè)計(jì) 20 汽車智能雨刮器的主程序流程圖設(shè)計(jì) 22第六章 基于模糊控制的智能雨刮控制系統(tǒng) 23 模糊控制簡介 23 模糊控制的數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 24 模糊集合 24 隸屬度函數(shù)及其確定 24 模糊控制器的設(shè)計(jì) 25 模糊控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 27 精確量的模糊化 28 29 2量化因子及比例因子的選擇 30 30 30 31 31 智能雨刮器電機(jī)的模糊控制 32 智能雨刮器的控制原理圖 32 直流電機(jī)的調(diào)速原理 33 電機(jī)同步設(shè)計(jì)中選擇模糊控制的原因 34 模糊控制在電機(jī)同步控制中的應(yīng)用 36 模糊控制算法流程圖 40 控制系統(tǒng)的仿真與分析 42總結(jié) 45參考文獻(xiàn) 46附錄A matlab仿真圖 48附錄B 硬件原理圖 51附錄C 程序 52致謝 65第一章 引 言 研究背景汽車工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)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(duì)汽車日益提高的要求，汽車研發(fā)及生產(chǎn)機(jī)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。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(fēng)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(gè)發(fā)明電動(dòng)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(gè)嬰兒逐漸成長，從單純的刮片發(fā)展到二十一世紀(jì)初的風(fēng)窗玻璃之星——無支架的刮水器。在汽車的駕駛史上，對(duì)風(fēng)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(shù)變化最大是在二戰(zhàn)以后，伴隨著大規(guī)模機(jī)械的出現(xiàn)。風(fēng)窗玻璃洗滌器、間歇開關(guān)、后窗刮水器和可加熱噴水器保證了駕駛時(shí)的視野清晰與行車安全。伴隨著其他一些技術(shù)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(kuò)大了刮拭的范圍，刮水器成為了一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。目前傳感器在汽車上的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛，汽車傳感器作為汽車電子控制系統(tǒng)的信息源，是汽車電子控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，也是汽車電子技術(shù)領(lǐng)域研究的核心內(nèi)容之一。在對(duì)于汽車雨刮器的研究上，智能雨滴傳感器自然成了智能刮水器系統(tǒng)的重要組成部分。智能化傳感器是具有智能功能的高檔傳感器，它具有檢測、信息處理功能、自動(dòng)進(jìn)行各種誤差補(bǔ)償、精度高、量程覆蓋范圍大、穩(wěn)定性好、輸出信號(hào)大、信噪比高、傳輸中抗干擾性能好，可遠(yuǎn)距離輸送信號(hào)，有的還帶有自檢功能。 研究的意義據(jù)統(tǒng)計(jì)全世界雨天行車有7%的事故是由于駕駛員手動(dòng)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(dòng)性和被動(dòng)安全性。采用雨滴感應(yīng)式自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)可以使駕駛員免除手動(dòng)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(shè)置來迅速停止刮片的運(yùn)動(dòng)或者得到更好的視角。當(dāng)在濕路上駕駛時(shí)，駕駛者就無需動(dòng)手來打開雨刮器，所以駕駛者就可以集中精力開車。 論文的內(nèi)容論文結(jié)合智能雨刮系統(tǒng)的特點(diǎn)，進(jìn)行了以下幾個(gè)問題的研究：1．論文總結(jié)了汽車雨刮器的發(fā)展歷程以及汽車傳感器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，提出了研制汽車雨滴傳感器的重要意義。2．目前，雨滴傳感器主要由三種原理構(gòu)成：利用壓電振子的傳感器、利用靜電電容的傳感器和利用光量變化的傳感器。我們根據(jù)把雨滴傳感器放在汽車內(nèi)部的需要，利用光量變化的原理，研制出了一種新型紅外線汽車雨滴傳感器。該雨滴傳感器能夠智能的分辨出大雨還是小雨，從而使雨刮做高速或低速擺動(dòng)。3．本文系統(tǒng)分析了模糊控制理論及模糊控制技術(shù)在汽車上的應(yīng)用。汽車工業(yè)在其發(fā)展過程中所日益顯示的對(duì)于高新技術(shù)的可容性和電子化趨勢，使得模糊技術(shù)頗受各國汽車公司和廠商的重視，并由此掀起了一股模糊技術(shù)用于汽車的熱潮。因此，要研制智能化的汽車離不開模糊控制技術(shù)。4．把模糊控制技術(shù)用于汽車智能雨刮系統(tǒng)中的兩個(gè)雨刮片的同步問題。由于生產(chǎn)工藝的問題，兩個(gè)雨刮電機(jī)的轉(zhuǎn)速不可能完全一樣，就會(huì)存在兩個(gè)雨刮片擺動(dòng)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(gè)系統(tǒng)80c51單片機(jī)來控制，給出了硬件和軟件設(shè)計(jì)。5．用MATLAB軟件對(duì)模糊控制系統(tǒng)和PID控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，并對(duì)比兩個(gè)仿真結(jié)果。仿真結(jié)果表明了設(shè)計(jì)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(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(hào)，根據(jù)電信號(hào)的大小，控制刮雨器動(dòng)作。在這個(gè)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(yīng)將機(jī)械位移(振動(dòng))變成電信號(hào)。壓電振子受到雨淋，按照雨滴的強(qiáng)弱和雨量作振動(dòng)；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(duì)應(yīng)，這樣就可控制刮雨器運(yùn)動(dòng)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(zhì)不同(在雨滴傳感器中為“空氣”和“水”)能儲(chǔ)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(shù)(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(dòng)作。： 靜電電容傳感器 光量變化的雨滴傳感器把半導(dǎo)體發(fā)光元件和感光元件配成一對(duì)，從發(fā)光元件發(fā)出的光信號(hào)，如果在光路途中遇到雨滴落下，由于光的散射，光強(qiáng)減弱。可利用光強(qiáng)的衰減信號(hào)控制雨刮器的動(dòng)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(nèi)部，即駕駛室一側(cè)的風(fēng)擋玻璃上。所以采用第三種方法，利用光強(qiáng)變化來實(shí)現(xiàn)的雨滴傳感器。 紅外雨滴傳感器的原理本設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(fēng)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(fēng)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(fēng)玻璃區(qū)域被稱之為傳感器的“敏感區(qū)域”，僅當(dāng)雨水滴到這個(gè)區(qū)域時(shí)，才可以被探測出來。為使系統(tǒng)靈敏可靠，擋風(fēng)玻璃區(qū)域和靈敏區(qū)域之間必須要有一個(gè)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(jī)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(shè)計(jì)中光源定為紅外線，所以發(fā)射模塊由八個(gè)紅外發(fā)射器