【正文】 個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)，以四相 電機(jī)為例，有四相四拍運(yùn)行方式 ABBCCDDAAB，四相八拍運(yùn)行方式即 AABBBCCCDDDAA. 步距角：對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用 θ 表示。不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同，四拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在 5%之內(nèi)，八拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在 15%以內(nèi)。 電機(jī)一旦選定，電機(jī)的靜力矩確定，而動(dòng)態(tài)力矩卻不然，電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩取決于電機(jī)運(yùn)行時(shí)的平均電流（而非靜態(tài)電流），平均電流越大，電機(jī)輸出力矩越大，即電機(jī)的頻率特性越硬。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 實(shí)現(xiàn)細(xì)分方式有多種方 法，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， TA8435 就是其中一種芯片 而在這里，我們所接為感性負(fù)載步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，因此不能直接由單片機(jī)進(jìn)行直接驅(qū)動(dòng)。當(dāng)RNFB 上的電壓大于比較器正端的電壓時(shí)，比較器使橋式驅(qū)動(dòng)電路關(guān)閉，電機(jī)線圈上的電流開始衰減，RNFB 上的電壓也相應(yīng)減??；當(dāng)電壓值小于比較器正向電壓時(shí)，橋式驅(qū)動(dòng)電路又重新導(dǎo)通，如此循環(huán)，電流不斷的上升和下降形成鋸齒波，其波形如圖 IA波形的第 1 段，另外由于斬波器頻率很高，一般在幾十 KHz，其頻率大小與所選用電容有關(guān)，在 OSC作用下，電流鋸齒波紋是非常小的，可以近似認(rèn)為輸出電流是直流。 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)復(fù)位電路基本原理及特點(diǎn) 在 51 系列單片機(jī)中，在振蕩器運(yùn)行時(shí)， RST 引腳上保持到少兩個(gè)機(jī)器周期的高電平輸入信號(hào)，復(fù)位過程即可完成。在充電過程中，隨著電容電壓逐步趨于 Vcc， RST 引腳上之電壓最終將接近于 0。 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)與工作原理分析 振蕩器特性 XTAL1和 XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。內(nèi)部振蕩方式的外部電路如下圖 。為了提高輸入電路的驅(qū) 動(dòng) 能力，通常 將 外部信號(hào)經(jīng)過一個(gè)帶有上拉電阻的 TTL反相門后接入 XTAL2。單片機(jī)外接晶振頻率 12MHZ 時(shí)的時(shí)序 單位的大?。赫袷幹芷冢?/fosc=1/12MHZ= 檢測電路的設(shè)計(jì)與分析 設(shè)計(jì)中所用傳感器是運(yùn)用雨量傳感器， 雨量傳感器是汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)的重要組成部分。入射角 i和折射角 r有下述關(guān)系： （ 1）式中 , — 第二種介質(zhì)對(duì)第一種介質(zhì)的相對(duì)折射率。根據(jù)式（ 1）計(jì)算得出，光從玻璃入射到空氣中的臨界角是 42176。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。微調(diào)節(jié) R2，使脈沖頻率為 38kHz。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖。我們使用的雨刮電動(dòng)機(jī)有低速擋和高速擋，用單片機(jī) AT89C2051來檢測脈沖波，根據(jù)給定時(shí)間內(nèi)脈沖波數(shù)量的多少來控制雨刮器工作。程序首先是對(duì) P1 口送初值，即給 AT89C2051送取一個(gè)占空比為 50%的數(shù)據(jù)。 程序入口 初始化各寄存器 初始化 Timer0 Timer1 啟動(dòng) Timer0 Timer1 判斷輸入脈沖數(shù)量 調(diào)用步進(jìn)電機(jī)程序 步進(jìn)電機(jī)停止 圖 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)主流程圖 無信號(hào)輸入。 本章將對(duì)該系統(tǒng)的程序做具體分析。 控制電路 圖 TK1838內(nèi)部結(jié)構(gòu) 一般情況下采用 2~4個(gè)紅外發(fā)射管，與紅外發(fā)射管串聯(lián)的電阻取值要保證紅外發(fā)射管發(fā)出的光強(qiáng)滿足本設(shè)計(jì)的要求；紅外發(fā)射管的角度要保證紅外光在擋風(fēng)玻璃的外表面形成全反射； R R6 取值滿足輸入到單片機(jī)的脈沖信號(hào)幅值滿足要求。因而電路比較復(fù)雜，體積也比較大。脈沖發(fā)生器采用 555電路構(gòu)成。（玻璃 水）之間。 本文設(shè)計(jì)的傳感器就是根據(jù)全反射光學(xué)原理制成。 圖 雨水傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 雨水傳感器工作原理 光學(xué)原理 光線射在兩種介質(zhì)分界面上，當(dāng)一部分光線射入另外一種介質(zhì)時(shí)，光線傳播方向發(fā)生改變，這稱為折射。 MCS51 系列 單片機(jī)指令系統(tǒng)中，各條指令的執(zhí)行時(shí)間都在 1個(gè)到 4個(gè)機(jī)器周期之間。外部振蕩方式的外部電路如下圖 。 在引腳 XTAL1和 XTAL2外接晶體振蕩器 (簡稱晶振 )或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。 說明：表中符號(hào) *為 隨機(jī)狀態(tài)； 表 特殊功能寄存器與初始狀態(tài)表 特殊功能寄存器 初始狀態(tài) 特殊功能寄存器 初始狀態(tài) PSW 00H TH0 00H P0～ P3 FFH SBUF 不定 IP ***00000B SCON 00H IE 0**00000B PCON 0*******B A 00H TMOD 00H B 00H TCON 00H SP 07H TL0 00H DPL 00H TH1 00H DPH 00H TL1 00H PSW＝ 00H，表明選寄存器 0組為工作寄存器組； SP＝ 07H， 表明堆棧指針指向片內(nèi) RAM 07H字節(jié)單元，根據(jù)堆棧操作的先加后壓 法則，第一個(gè)被壓入的內(nèi)容寫入到 08H單元中； Po～ P3＝ FFH，表明已向各端口線寫入 1，此時(shí)，各端口既可用于輸入又可用于輸出； IP＝ ***00000B，表明各個(gè)中斷源處于低優(yōu)先級(jí)； IE＝ 0**00000B，表明各個(gè)中斷均被關(guān)斷； A＝ 00H，表明累加器已被清零； 51單片機(jī)的復(fù)位是由 RESET引腳來控制的，此引腳與高電平相接超過 24個(gè)振蕩周期后， 51單片機(jī)即進(jìn)入芯片內(nèi)部復(fù)位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到 RESET引腳轉(zhuǎn) 成 低電平后， 才檢查 EA 引腳是高電平或低電平，若為高電平則執(zhí)行芯片內(nèi)部的程序代碼，若為低電平便會(huì)執(zhí)行外部程序。其具體的復(fù)位電路如圖 ： 圖 復(fù)位電路圖 接通電源后， Vcc便對(duì)電容通過電阻進(jìn)行充電。圖 4中，設(shè) REFIN＝ 1，選用步進(jìn)電機(jī)額定電流為 ， R1， R2選用 、 2W的大功率電阻， O、 C兩線不接。 AT8435H的工作原理 : 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。步進(jìn)電機(jī)在低頻工作時(shí)，會(huì)有振動(dòng)大、噪聲大的缺點(diǎn)。 運(yùn)行矩頻特性：電機(jī)在某種測試條件下測得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運(yùn)行矩頻特性，這是電機(jī)諸多動(dòng)態(tài)曲線中最重要的，也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。 (5)、步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)指標(biāo)及術(shù)語： 步距角精度：步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。 (4)步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)及術(shù)語 相數(shù)：產(chǎn)生不同對(duì)極 N、 S 磁場的激磁線圈對(duì)數(shù)。步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制電機(jī)的最大特點(diǎn)是，它是通過輸入脈沖信號(hào)來進(jìn)行控制的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 7. XTAL2：作為振蕩器反相放大器的輸出。用作輸入時(shí) ,被外部拉低的 P3口引腳將用上拉電阻而流出電流 (IIL)。P1口輸出緩沖器可吸收 20mA電流并能直接驅(qū)動(dòng) LED顯示。由于 AT89C2051 單片機(jī)功能強(qiáng)勁，且體積小（芯片只有20個(gè)引腳），所以它在許多嵌入式和便攜式測控系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，如機(jī)電式或電子式電度表，智能煤氣表，測速儀等智能儀器。其主要特點(diǎn)為采用 Flash存貯器技術(shù)，降低了制造成本，其軟件、硬件與 MCS51 完全兼容，可以很快被中國廣大用戶接受，其程序的電可擦寫特性，使得開發(fā)與試驗(yàn)比較容易。由于 C1本身的電解比大，對(duì)高頻交流成分的濾波效果比較差，所以為了改善濾波電路的高頻抑制特性，在 C1傍邊并聯(lián)一個(gè)高頻濾波性能良好的小電容 C2。 電源電路的設(shè)計(jì)與分析 穩(wěn)壓電源的輸出電壓 UO（或電壓可調(diào)范圍 UOmin~ UOmax）和最大輸出電流 IOmax是它的特性指標(biāo)，這兩個(gè)指標(biāo)決定了該電源的適用范圍，同時(shí)也決定了穩(wěn)壓器的特性指標(biāo)以及如何選擇變壓器、整流管和濾波電容。 ? 設(shè)計(jì)中運(yùn) 用元件價(jià)格便宜，適合推廣使用。 （ 4）雨量傳感器選擇 目前市場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。 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。 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容易購買，所以選用了 AT89C2051。 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。 2 汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和主要特點(diǎn) 本章重點(diǎn)產(chǎn)闡述汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路、控制方案的比較、設(shè)計(jì)電路的原理框圖以及本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)。目前市場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 與控制器相連接，控制雨刷電機(jī)的工作 。 又因?yàn)槠囉晁⒌闹饕δ転楣纬街趽躏L(fēng)玻璃上的水漬及污垢，以提供駕駛座清晰的視野，所以雨刷系統(tǒng)性屬主動(dòng)性安全裝置。設(shè)計(jì)中運(yùn)用 TA8435H作為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片，其是脈寬調(diào)制式斬波驅(qū)動(dòng)方式，這樣能克服步進(jìn)電機(jī)在低頻工作時(shí)，會(huì)有振動(dòng)大、噪聲大的缺點(diǎn)。 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 。 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。 （ 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)。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。 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 ，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)。汽車自動(dòng)感測雨刷由 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)，將雨滴感測器所測得雨量配合 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； 2021年 MiljkovicH et al.[4]以電性作為判別雨勢大小基礎(chǔ)； 2021年 Ertunc et al.[5]則是利用銅線傳導(dǎo)性來 感測雨量，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)反射型之雨滴感測器來量測，光源采用紅外線并搭配感測器，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。 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)。 第 5周 第 6周 確定方案，提交開題報(bào)告。 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。 進(jìn)度安排： 第 3周 第 4周 查閱文獻(xiàn)資料，了解國內(nèi)外汽車雨刷自動(dòng)控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)方法 。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。 回顧國內(nèi)外已發(fā)表的文獻(xiàn)資料，可發(fā)現(xiàn)自動(dòng)雨刷感測系統(tǒng)基本可分為以下幾類：包括早期以壓電形式感測，電性改變電阻大小感測，光學(xué)反射行感測，影像處理配合模糊邏輯判斷。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，且具有很好的市場推廣價(jià)值。 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。 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容易購買，所以選用了 AT89C2051。 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。 （ 4）雨量傳感器選擇 目前市場上的雨水傳