【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )任務(wù)書 學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 自動(dòng)化 1071 指導(dǎo)教師 工作單位 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院 設(shè)計(jì) (論文 )題目 汽車雨刷自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容： 雨刷器是汽車的重要部件之一 ， 要求根據(jù)汽車的行駛工作原理，設(shè)計(jì) 汽車智能雨刷系統(tǒng) , 當(dāng)下雨時(shí)雨刷自動(dòng)判斷并開啟，雨停時(shí)自動(dòng)關(guān)閉，并能根據(jù) 雨量的大小 自動(dòng)調(diào)節(jié)雨刷 工作速 度。 要求完成的主要任務(wù) 及其時(shí)間安排 : 1．查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，要求中文不少于 10 篇，英文不少于 2篇。 2．熟悉汽車行駛工作原理，了解目前汽車雨刷國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)應(yīng)用情況。 3．設(shè)計(jì)汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)，要求如下： （ 1）當(dāng)下雨時(shí)雨刷自動(dòng)判斷并開啟，雨停時(shí)自動(dòng)關(guān)閉。 （ 2）能根據(jù)雨量大小自動(dòng)調(diào)節(jié)雨刷擺動(dòng)速度的快慢。 （ 3）對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬 。 4．書寫設(shè)計(jì)說明書，要求不少于 10000字。 進(jìn)度安排： 第 3周 第 4周 查閱文獻(xiàn)資料，了解國(guó)內(nèi)外汽車雨刷自動(dòng)控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)方法 。 第 5周 第 6周 確定方案，提交開題報(bào)告。 第 7周 第 12周 系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 第 13周 第 15周 撰寫論文。 第 16周 論文答辯。 必讀參考資料： [1] 李華 .《 MCS51系列單片機(jī)接口技術(shù)》 [M].北京航空航天大學(xué)出版社 . ~70. [2] 李光飛 .《單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo)》 [M].北京航空航天大學(xué)出版社 . ~65. [3] 高光天 .《模數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用技術(shù)》 [M].2021年第 1版 .科學(xué)技術(shù)出版社 . 2021. [4] 楊幫文 . 現(xiàn)代新潮傳感器應(yīng)用手冊(cè) [M].第一版 . 北京：機(jī)械工業(yè) 出版社 . ~120. [5] 張洪潤(rùn)，張亞凡 . 《單片機(jī)原理及應(yīng)用》 .清華大學(xué)出版社 . 2021. 指導(dǎo)教師簽名： 教研室主任簽名： 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )開題報(bào)告 題目 汽車雨刷自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1． 目的及意義（含國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析） ： 汽車雨刷的主要功能為刮除附著于擋風(fēng)玻璃上的水漬及污垢，以提供駕駛者清新的視野。當(dāng)下雨時(shí)，駕駛者須以人為判斷前擋風(fēng)玻璃承受落雨量之模糊程度，故采用手動(dòng)方式調(diào)整雨刷啟動(dòng)按鈕，如此不僅使駕駛者分心，亦使玻璃落雨量刮除之清晰度不一，兩者均與駕駛安全相關(guān)，因此雨刷系統(tǒng)性質(zhì)屬于主動(dòng)性安全裝置。主動(dòng)性安全系統(tǒng)為汽車系統(tǒng)工程師的努力目標(biāo)之一，且雨刷系統(tǒng)必 然為擋風(fēng)玻璃保持清晰的唯一選擇。利用自動(dòng)雨刷系統(tǒng)可以減少駕駛者于行駛間的分心，確保玻璃落雨量刮除保持定量，以提升車輛的安全性。 雨刷器這項(xiàng)技術(shù)是自動(dòng)化科學(xué)中與產(chǎn)業(yè)部門連接最緊密、服務(wù)最為廣泛的一個(gè)。自從世界的第一輛汽車的制造出來，雨刷器就被聰明的人們用在了汽車上。在汽車制造業(yè)飛速發(fā)展的今天，汽車中已經(jīng)安裝了越來越多的自動(dòng)控制系統(tǒng)增加主動(dòng)和被動(dòng)安全性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界雨天行車有 7%的事故是由于駕駛者手動(dòng)操作雨刷引起的，所以，一種具有極高可靠性能的汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)顯得非常的重要，汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)使駕駛員免 除手動(dòng)操作雨刷的麻煩，有效提高了雨天行車的安全性和雨刷的可靠度。如果開發(fā)出在汽車行駛中檢測(cè)到雨滴后雨刷器就自動(dòng)工作的智能雨刷系統(tǒng)，至少可以將現(xiàn)在的雨刷器減少 3個(gè)開關(guān)。這樣，駕駛者就無需調(diào)節(jié)雨刷器設(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)在濕路上行駛時(shí)，駕駛者就無需動(dòng)手來打開雨刷器，所以駕駛者就可以集中精神開車。 回顧國(guó)內(nèi)外已發(fā)表的文獻(xiàn)資料，可發(fā)現(xiàn)自動(dòng)雨刷感測(cè)系統(tǒng)基本可分為以下幾類：包括早期以壓電形式感測(cè)，電性改變電阻大小感測(cè)，光學(xué)反射行感測(cè)，影像處理配合模糊邏輯判斷。汽車自動(dòng)感測(cè)雨刷由 1985年 Shiraishi et al.[1]提出以壓電元件所研發(fā)之雨滴感測(cè)器，利用落雨時(shí)雨滴落在擋風(fēng)玻璃的重量轉(zhuǎn)變?yōu)檎駝?dòng)訊號(hào)，再以壓電元件將力轉(zhuǎn)換成電訊號(hào)，并以放大電路將訊號(hào)放大藉以判斷雨刷間歇時(shí)間的長(zhǎng)短； 1996年 Cheok et al.[3]采用模糊邏輯法則控制智慧型自動(dòng)雨刷系統(tǒng)，將雨滴感測(cè)器所測(cè)得雨量配合 M68HC11微控制器來決定自動(dòng)雨刷的刮除速度，并有模糊邏輯判斷何種雨勢(shì)； 2021年 MiljkovicH et al.[4]以電性作為判別雨勢(shì)大小基礎(chǔ)； 2021年 Ertunc et al.[5]則是利用銅線傳導(dǎo)性來 感測(cè)雨量，當(dāng)銅線間無雨滴時(shí)電阻為無窮大，雨滴落下時(shí)銅線的電阻值則會(huì)隨雨量的多寡而變化，再由驅(qū)動(dòng)電路使雨刷啟動(dòng)； 2021年 Kurahashi et al.[6]以光學(xué)反射型之雨滴感測(cè)器來量測(cè)，光源采用紅外線并搭配感測(cè)器，探討此自動(dòng)雨刷系統(tǒng)之可靠度，建立自動(dòng)雨刷系統(tǒng)的控制法則； 2021年 Park et al.[7]以視覺影像處理配合模糊邏輯控制來判斷雨勢(shì)大小，此智慧型雨刷系統(tǒng)可準(zhǔn)確判別雨滴有無落在前擋風(fēng)玻璃，并在反應(yīng)時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)自動(dòng)雨刷。 國(guó)內(nèi)外許多汽車廠商研制以雨水傳感器為基礎(chǔ)的汽車制動(dòng)控制系統(tǒng)，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī) 械結(jié)構(gòu)的雨刷器，但不是價(jià)格昂貴就是系統(tǒng)不完善?，F(xiàn)在開發(fā)的汽車雨刷控制系統(tǒng)中，將雨滴傳感器檢出的雨水強(qiáng)度實(shí)成時(shí)測(cè)量值變電信號(hào)，根據(jù)電信號(hào)的大小，自動(dòng)設(shè)定雨刮器工作的時(shí)間間隔，控制雨刮器動(dòng)作。近年來由于車用電子開始發(fā)展，每年全球約有 5000萬輛新車在市場(chǎng)中銷售，而已經(jīng)成為現(xiàn)代車輛標(biāo)準(zhǔn)配備的各種車用電子設(shè)備，也成為一項(xiàng)商業(yè)無窮的明星產(chǎn)業(yè)，吸引世界各國(guó)科技廠商爭(zhēng)相投入。而新起的“雨刷科技”在近期有許多相關(guān)研究與產(chǎn)品出現(xiàn)，自動(dòng)感測(cè)雨刷系統(tǒng)主要訴求為安全性與可靠性，因此，能準(zhǔn)確測(cè)得擋風(fēng)玻璃上雨量多寡進(jìn)而控制雨刷作動(dòng)頻率 ，期望以不同方式改善其效率與生產(chǎn)成本即為研發(fā)重點(diǎn)。 本系統(tǒng)中采用步進(jìn)電機(jī)取代傳統(tǒng)的雨刷電機(jī)（傳統(tǒng)的雨刷電機(jī)為直流電機(jī)），目的是運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)控制精度高等特點(diǎn)，是系統(tǒng)更加的穩(wěn)定可靠。此次設(shè)計(jì)中我們采用了單片機(jī)系統(tǒng)的微處理器AT89C2051芯片、 TA8435H步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片等硬件，而且它們具有集成化，智能化，高精度，高性能，高可靠性和低價(jià)格等優(yōu)點(diǎn)。所以汽車雨刷自動(dòng)控制系統(tǒng)是個(gè)值得推廣的一種方法，且具有很好的市場(chǎng)推廣價(jià)值。 2．基本內(nèi)容和技術(shù)方案： 基本內(nèi)容： 運(yùn)用汽車雨量傳感器對(duì)環(huán)境雨量大小的檢測(cè) ，把信號(hào)輸單片機(jī)系統(tǒng)，通過程序控制步進(jìn)電機(jī)根據(jù)相應(yīng)的環(huán)境做出不同的轉(zhuǎn)動(dòng)。比如當(dāng)下小雨時(shí)，雨刷器自動(dòng)工作在小雨運(yùn)行方案（雨刷電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)來回后停止 10s后繼續(xù)運(yùn)行），當(dāng)中下大雨時(shí)，雨刷器自動(dòng)工作在中大雨運(yùn)行方案（雨刷電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)來回后停止 5s后繼續(xù)運(yùn)行），當(dāng)下大雨時(shí)，雨刷器自動(dòng)工作在大雨運(yùn)行方案（雨刷電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)來回后繼續(xù)運(yùn)行）。本設(shè)計(jì)中單片機(jī)運(yùn)用 AT89C205步進(jìn)電機(jī)用 TA8435H進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 技術(shù)方案： 本系統(tǒng)主要由電源電路、驅(qū)動(dòng)電路、中央處理單元等組成。系統(tǒng)中所用的單片機(jī)為 AT89C2051單片機(jī)，其是一種性能優(yōu)良的集成可編程的單片機(jī)，其功能的強(qiáng)大，它把 CPU、存儲(chǔ)器、及 I/O 集成到一個(gè)芯片上，只要外加少許電子零件便可以構(gòu)成一套簡(jiǎn)易的控制系統(tǒng)。步進(jìn)電機(jī)運(yùn)用細(xì)分發(fā)進(jìn)行控制，這樣可以使電機(jī)工作更穩(wěn)定，并通過編程實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車雨刷的控制。通過這些可以降低設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品的硬件成本和提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 控制方案比較 設(shè)計(jì)中運(yùn)用的單片機(jī)為 AT89C2051, 它的指令集和引腳結(jié)構(gòu)與 INTEL公司的 MCS－ 51系列單片機(jī)高度兼容 ， 加上我們也學(xué)習(xí)過該類型的單片機(jī)，應(yīng)用相對(duì)順手。在傳統(tǒng)的雨刷電機(jī)中大多采用直流電機(jī) ，但綜合考慮，采用了步進(jìn)電機(jī)作為雨刷電極。設(shè)計(jì)中鍵盤、電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的也需要做出合理的選擇，下面對(duì)幾種主要器件進(jìn)行比較。 （ 1） AT89C105 AT89C2051的比較選擇 AT89C1051是一種帶 1K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器 (FLASH ROM)的低電壓、高性能 CMOS 8位微控制器，該器件采用 ATMEL高密度、非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51的指令集和輸出管腳相兼容，由于將多功能 8位 CPU和閃速存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL的 AT89C1051是一種高效微控制器，為很多嵌 入式控制系統(tǒng)應(yīng)用提供了一種靈活性高且價(jià)廉的解決方案。AT89C1051有以下特點(diǎn)： 1k字節(jié) EPROM、 64 字節(jié) RAM、 15 根 I/O線、 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器、 5個(gè)向量二級(jí)中斷結(jié)構(gòu)、 1 個(gè)全雙向的串行口、并且內(nèi)含精密模擬比較器和片內(nèi)振蕩器，具有 至 12MHz/24MHz工作頻率，同時(shí)還具有加密陣列的二級(jí)程序存儲(chǔ)器加鎖、掉電和時(shí)鐘電路等。此外， AT89C1051 還支持二種軟件可選的電源節(jié)電方式?？臻e時(shí)， CPU 停止，而讓RAM、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 AT89C2051 結(jié)構(gòu)與可實(shí)現(xiàn)的功能跟 AT89C1051 基本一樣，只是閃速可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器 (FLASH ROM)升級(jí)到 2K，還有內(nèi)部 RAM為 128字節(jié)。 由上可知，為了降低難度，增加系 統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，因?yàn)樵谖錆h 的電子城中 AT89C2051容易購(gòu)買，所以選用了 AT89C2051。 （ 2）電機(jī)的選擇 本設(shè)計(jì)中運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的雨刷電極（傳統(tǒng)的雨刷電機(jī)為直流電機(jī)）其相比傳統(tǒng)雨刷具有控制靈活、精度高等優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)槠涫羌兇獾臄?shù)字 控制 電動(dòng)機(jī)，它將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰疲唇o一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)一個(gè)角度，因此非常合適 單片機(jī) 控制，在非超載的情況 下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角，同時(shí)步進(jìn)電機(jī)只有周期性的無累積誤差，精度高。 在性能上相比步進(jìn)電機(jī)很適合做雨刷電機(jī)，且在價(jià)格方面步進(jìn)電機(jī)也很便宜， 市場(chǎng)供貨也很多。所以設(shè)計(jì)中采用步進(jìn)電機(jī)，根據(jù)汽車雨刷條件，選用 12V的四相六線制步進(jìn)，其也可以作為兩相電機(jī)使用。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 1。 圖 1 四相六線制步進(jìn)原理圖 （ 3）電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)的核心部分就是對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。 最常用的是脈寬調(diào)制式斬波驅(qū)動(dòng)方式，大多數(shù)專用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片都采用這種驅(qū)動(dòng)方式 調(diào)速控制。 TA8435H和 L298都是比較常用，性能比較穩(wěn)定可靠的集成有橋式電路的電機(jī)專用芯片。 TA8435是東芝公司生產(chǎn)的單片正弦細(xì)分 二相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)專用芯片 ,TA8435主要由 1個(gè)解碼器，2 個(gè)橋式驅(qū)動(dòng)電路、 2個(gè)輸出電流 控制 電路、 2 個(gè)最大電流限制電路、 1個(gè)斬波器等功能模塊組成。工作電壓范圍寬（ 10－ 40V） L298是 ST公司生產(chǎn)的 內(nèi)部集成有兩個(gè)橋式電路的電機(jī)驅(qū)動(dòng)專用芯片，它驅(qū)動(dòng)的電壓可達(dá)到 46V，單個(gè)橋直流電流可達(dá)到 2A。具有兩個(gè)使能控制端口，分別控制兩個(gè)電機(jī)的啟動(dòng)和制動(dòng)。它可以外接電阻，把變化量反饋給 控制電路。其外， L298的兩個(gè)橋式電路還可以并聯(lián)起來驅(qū)動(dòng)一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)，直流電流可達(dá)到 4A。 其實(shí)對(duì)于本設(shè)計(jì)來說，上述兩塊芯片都可用。不過在市場(chǎng)上， TA8435H使用比較廣，而且控制起來也很方便，所以本設(shè)計(jì)選用 TA8435H作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片。 （ 4）雨量傳感器選擇 目前市場(chǎng)上的雨水傳感器大都是依據(jù)以下三種工作原理制成的：利用壓電振子的傳感器、利用靜電電容的傳感器、利用光強(qiáng)變化的傳感器。第一種和第二種是要把雨水傳感器安裝在汽車的外面，雨滴直接滴在傳感器上，第三種把雨水傳感器安裝在風(fēng)擋玻璃駕駛室一側(cè)，通過雨滴 滴落在玻璃上引起反射光強(qiáng)的變化感應(yīng)傳感器 。相比較各類雨水傳感器的性能和價(jià)格，設(shè)計(jì)中采用的是第三種方案的雨量傳感器，其是 基于光強(qiáng)變化的原理，提出了一種新的紅外線雨水傳感器。傳感器由紅外光發(fā)射電路和紅外光接收電路組成，實(shí)驗(yàn)證明，這種雨水傳感器反應(yīng)靈敏，實(shí)時(shí)性好，性能穩(wěn)定。 原理方框圖 該系統(tǒng)主要由控制單元、檢測(cè)部分、驅(qū)動(dòng)部分和接口單元電路等組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖 2所示。 圖 2汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 電源電路 傳感器 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 單片機(jī) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 步進(jìn)電機(jī) 3．進(jìn)度安排： 第 3周 第 4周 查 閱文獻(xiàn)資料，了解國(guó)內(nèi)外汽車雨刷自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 。 第 5周 第 6周 確定方案，提交開題報(bào)告。 第 7周 第 9周 完成汽車雨刷自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 。 第 10周 第 11周 完成汽車雨刷自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 。 第 12周 對(duì)系統(tǒng)或相關(guān)環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)試、仿真或試驗(yàn)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性、可行性。 第 13周 第 15周 完成不少于 10000字的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。 第 16周 論文答辯。 4．指導(dǎo)老師意見： 指導(dǎo)教師簽名 ： 年 月 日 鄭 重 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的