【導(dǎo)讀】雨時雨刷自動判斷并開啟，雨停時自動關(guān)閉，并能根據(jù)雨量的大小自動調(diào)節(jié)雨刷工作速度。1．查閱相關(guān)文獻資料，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內(nèi)外生產(chǎn)應(yīng)用情況。對系統(tǒng)進行仿真模擬。4．書寫設(shè)計說明書，要求不少于10000字。第5周-第6周確定方案，提交開題報告。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。時，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，故采用手動方式調(diào)整雨刷啟動按鈕，統(tǒng)性質(zhì)屬于主動性安全裝置。雨量刮除保持定量，以提升車輛的安全性。雨刷器這項技術(shù)是自動化科學(xué)中與產(chǎn)業(yè)部門連接最緊密、服務(wù)最為廣泛的一個。據(jù)統(tǒng)計，全世界雨天行車有7%的事。至少可以將現(xiàn)在的雨刷器減少3個開關(guān)。雨刷器，但不是價格昂貴就是系統(tǒng)不完善。本設(shè)計中單片機運用AT89C2051、步進電機用TA8435H進行驅(qū)動。出來的產(chǎn)品的硬件成本和提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　　

【正文】 M2決定電機的轉(zhuǎn)動方式： M1＝ 0、 M2＝ 0，電機按整步方式運轉(zhuǎn)； M1＝ M2＝ 0，電機按半步方式運轉(zhuǎn)； M1＝ 0、 M2＝ 1，電機按 1/4 細分方式運轉(zhuǎn)； M1＝ M2＝ 1，電機按 1/8步細分方式運轉(zhuǎn)， CW/CWW控制電機轉(zhuǎn)動方向， CK CK2時鐘輸入的最大頻率不能超過 5KHz，控制時鐘的頻率，即可控制電機轉(zhuǎn)動速率。 REFIN為高電平時， NFA和 NFB的輸出電壓為 ， REFIN為低電平時， NFA和 NFB輸出電壓為 ，這 2個引腳控制步進電機輸入電流，電流大小與 NF端外接電阻關(guān)系式為： IO＝ Vref/Rnf。圖 4中，設(shè) REFIN＝ 1，選用步進電機額定電流為 ， R1， R2選用 、 2W的大功率電阻， O、 C兩線不接。步進電機按二相雙極性使用，四相按二相使用時可以提高步進電機的輸出轉(zhuǎn)矩， D1－ D4快恢復(fù)二極管用來泄放繞組電流。 復(fù)位電路的設(shè)計 單片機復(fù)位電路基本原理及特點 在 51 系列單片機中，在振蕩器運行時， RST 引腳上保持到少兩個機器周期的高電平輸入信號，復(fù)位過程即可完成。為響應(yīng)這一不定期程， CPU發(fā)出內(nèi)部復(fù)位信號。內(nèi)部復(fù)位操作是在發(fā)現(xiàn) RST為高電平后的第二個周期進行的，并且此后每個周期都重復(fù)進行復(fù)位操作，直到 RST變成低電平為止。針對復(fù)位電路對時間的需要，我們對上電復(fù)位電路進行精心設(shè) 計。一般來講， Vcc電源的上升時間不超過 1ms，片內(nèi)振蕩器啟動時間在 10ms 之內(nèi)。在這種情況下，把 RST 引腳通 10uF 電容接到 Vcc 并同時經(jīng)過 10K電阻和地相連，就可獲得上電自動復(fù)位的結(jié)果。其具體的復(fù)位電路如圖 ： 圖 復(fù)位電路圖 接通電源后， Vcc便對電容通過電阻進行充電。 RST 腳的電壓等于 Vcc 與電容兩端電壓之差。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。此過渡過程之長短取決于電阻和電容值的大小。 10uF 電容足可使 RST 腳上的電壓在振蕩器啟振后尚有兩個 機器周期以上的時間保持高于施密特觸發(fā)器的低門檻電平，從而使整個復(fù)位過程得以完成。 單片機復(fù)位后的狀態(tài)的分析 單片機的復(fù)位操作使單片機進入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計數(shù)器 PC＝ 0000H，這表明程序從0000H地址單元開始執(zhí)行。單片機冷啟動后，片內(nèi) RAM為隨機值，運行中的復(fù)位操作不改變片內(nèi) RAM區(qū)中的內(nèi)容， 21個特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值，見下表 。值得指出的是，記住一些特殊功 能寄存器復(fù)位后的主要狀態(tài)，對于了解單片機的初態(tài)，減少應(yīng)用程序中的 初 始化部分是十分必要的。 說明：表中符號 *為 隨機狀態(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，各端口既可用于輸入又可用于輸出； IP＝ ***00000B，表明各個中斷源處于低優(yōu)先級； IE＝ 0**00000B，表明各個中斷均被關(guān)斷； A＝ 00H，表明累加器已被清零； 51單片機的復(fù)位是由 RESET引腳來控制的，此引腳與高電平相接超過 24個振蕩周期后， 51單片機即進入芯片內(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，若為低電平便會執(zhí)行外部程序。 51 單片機在系統(tǒng)復(fù)位時，將其內(nèi)部的一些重要寄存器設(shè)置為特定的值，（在特殊寄存器介紹時再做詳細說明）至于內(nèi)部 RAM內(nèi)部的數(shù)據(jù)則不變。 時鐘電路的設(shè)計與工作原理分析 振蕩器特性 XTAL1和 XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件， XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信 號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 時鐘電路的設(shè)計 8031/8051單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。 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。由于單 片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。內(nèi)部振蕩方式的外部電路如下圖 。圖中，電容器 C1， C2起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其電容值一般在 530pF。晶振頻率的典型值為 12MHz，采用 6MHz的情況也比較多。內(nèi)部振蕩方式所得的時鐘信 號比較穩(wěn)定，實用電路中使用較多。 外部振蕩方式是把外部已有的時鐘信號引入單片機內(nèi)。這種方式適宜用來使單片機的時鐘與外部信號保持同步。外部振蕩方式的外部電路如下圖 。 圖 時鐘振蕩方式 由上圖可見， XTAL1接地 ， 外部振蕩信號由 XTAL2引入。為了提高輸入電路的驅(qū) 動 能力，通常 將 外部信號經(jīng)過一個帶有上拉電阻的 TTL反相門后接入 XTAL2。 單片機的基本時序單位 單片機以晶體振蕩器的振蕩周期 (或外部引入的時鐘周期 )為最小的時序單 位，片內(nèi)的各種微操作都以此周期為時序基準(zhǔn)。 振蕩頻率二分頻后形成狀態(tài)周期或稱 s周期，所以， 1個狀態(tài)周期包含有 2個振蕩周期。振蕩頻率foscl2 分頻后形成機器周期 MC。所以， 1個機器周期包含有 6個狀態(tài)周期或 12個振蕩周期。 1個到 4個機器周期確定一條指令的執(zhí)行時間，這個時間就是指令周期。 MCS51 系列 單片機指令系統(tǒng)中，各條指令的執(zhí)行時間都在 1個到 4個機器周期之間。 4 種時序單位中，振蕩周期和機器周期是單片機內(nèi)計算其它時間值 (例如，波特率、定時器的定時時間等 )的基本時序單位。單片機外接晶振頻率 12MHZ 時的時序 單位的大?。赫袷幹芷冢?/fosc=1/12MHZ= 檢測電路的設(shè)計與分析 設(shè)計中所用傳感器是運用雨量傳感器， 雨量傳感器是汽車自動雨刷控制系統(tǒng)的重要組成部分。本設(shè)計中所用雨量傳感器是基于光強變化的原理，提出的一種新的紅外線雨水傳感器。該傳感器由紅外光發(fā)射電路和紅外光接收電路組成，利用紅外專用集成接收芯片 TK1838作為雨水傳感器的接收芯片。根據(jù)雨量的多少不同，可輸出相應(yīng)的脈沖，當(dāng)小雨時，輸出脈沖較少。當(dāng)雨量大時，脈沖數(shù)量較多。當(dāng)雨量變化時，會自動轉(zhuǎn)變脈沖數(shù)量，實驗證明，該雨水傳感器 反應(yīng)靈敏，實時性好，性能穩(wěn)定。 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，光線傳播方向發(fā)生改變，這稱為折射。在第二種介質(zhì)中折射光線和分界面法線 n0 的夾角稱為折射角。入射角 i和折射角 r有下述關(guān)系： （ 1）式中 , — 第二種介質(zhì)對第一種介質(zhì)的相對折射率。 光從光密介質(zhì)（折射率 n較大）射入光疏介質(zhì)（折射率 n較?。r，如果入射角增大到某一角度，使折射角達到 90176。時，折射光完全消失，光全部反射回原來介質(zhì)，這種現(xiàn)象叫做全反射。折射角變成90176。時 的入射角叫做臨界角。全反射 的條件是，光從光密介質(zhì)向光疏介質(zhì)入射，入射角等于大于臨界角。 本文設(shè)計的傳感器就是根據(jù)全反射光學(xué)原理制成?？諝獾恼凵渎适?1，水的折射率是 ，玻璃的折射率是 。根據(jù)式（ 1）計算得出，光從玻璃入射到空氣中的臨界角是 42176。，光從玻璃入射到水中的臨界角是 63176。 工作原理 雨水傳感器由紅外光發(fā)射電路和紅外光接收電路組成。如圖所示。 圖 雨水傳感器原理圖 圖 555電路輸出 由紅外光發(fā)射元件發(fā)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 空氣）和 63176。（玻璃 水）之間。如果在擋風(fēng)玻璃上有水，一些光會雙倍射出，且這會引起紅外感光元件接收到的反射光減弱。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)雨水滴到這個區(qū)域時，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較好的比例。如圖 。 硬件設(shè)計與實現(xiàn) 紅外發(fā)射電路 紅外發(fā)射管采用硅光電二極管，它具有暗電流小，噪聲低，受溫度影響小，價格便宜等優(yōu)點。紅外發(fā)射管三個并聯(lián)，采用脈寬調(diào)制驅(qū)動， 工作在 38kHZ的頻率下。采用這種方式可以減少發(fā)射電路的功耗。脈沖發(fā)生器采用 555電路構(gòu)成。如圖 3所示，經(jīng)式 (2) （ 3）（ 4）計算，得出 R R C1值。微調(diào)節(jié) R2，使脈沖頻率為 38kHz。由于紅外光線肉眼看不見，所以電路中加入 LED指示燈來指示紅外發(fā)射管是否在工作。 （ 2） （ 3） （ 4） 紅外接收電路 紅外接收電路通常由光接收二極管、放大電路、帶通濾波器、檢波電路等組成。放大電路的任務(wù)是對光脈沖信號進行線性放大和整形。帶通濾波器的任務(wù)是進行頻率選擇，濾除干擾 信號。檢波電路濾掉載頻后檢出的原始信號。因而電路比較復(fù)雜，體積也比較大。 本文設(shè)計的接收電路采用德律風(fēng)根公司（ Vishay）的紅外專用集成接收芯片 TK1838，將各功能電路封裝在一起，以實現(xiàn)接收脈沖編碼信號調(diào)制的紅外光信號，塑料封裝可濾除可見光。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖。 1腳為輸出， 2腳接地， 3腳電源接 +5V。 TK1838只有接收到 38kHz的脈沖信號才會作用。它具有微型一體化塑料封裝、體積小、可靠性高、內(nèi)部屏蔽、抗干擾光能力強、 5V 供電、功耗低、輸出信號靈敏、價格便宜等優(yōu)點。內(nèi)部集成了放大、濾波、解 調(diào)及其控制電路， 1腳直接輸出高低電平。當(dāng) TK1838接收不到 38kHz的脈沖信號時， 1腳輸出高電平；當(dāng)接收到 38kHz的脈沖信號時， 1腳輸出低電平。 控制電路 圖 TK1838內(nèi)部結(jié)構(gòu) 一般情況下采用 2~4個紅外發(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)出的光強滿足本設(shè)計的要求；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的脈沖信號幅值滿足要求。 當(dāng)有雨滴落在擋風(fēng)玻璃的“敏感區(qū)域”時， 1腳輸出一串脈沖波，小雨時，脈沖波的數(shù)量少； 大雨時，脈沖波的數(shù)量多。我們使用的雨刮電動機有低速擋和高速擋，用單片機 AT89C2051來檢測脈沖波，根據(jù)給定時間內(nèi)脈沖波數(shù)量的多少來控制雨刮器工作。當(dāng)小雨時，雨刮器工作在低速擋，當(dāng)大雨時，雨刮器工作在高速擋。 傳感器參數(shù)的選擇 由于這種雨量傳感器的參數(shù)可根據(jù)自己的需要，調(diào)節(jié)自己適合的參數(shù)。本設(shè)計中：在小雨的時候，輸出脈沖個數(shù)定為每 10ms輸出個數(shù)小于 80個；中雨時，每 10ms輸出個數(shù)大于等于 80小于等于 160；大雨時，輸出個數(shù)為每 10ms大于 160個。 4 汽車自動雨刷控制系統(tǒng)統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件的設(shè) 計包括主程序的設(shè)計、電機轉(zhuǎn)速設(shè)置程序設(shè)計、各中斷服務(wù)等程序設(shè)計組成。 主程序設(shè)計 本設(shè)計的單片機控制程序采用 51 匯編語言編寫，在編寫的過程中，盡量向結(jié)構(gòu)化、模塊化的方向編寫，整個程序的清單見附錄 1。 本章將對該系統(tǒng)的程序做具體分析。 首先分析主程序的流程，其主程序程序流程圖如圖 應(yīng)用兩個定時計數(shù)器， Timer0采用中斷方式（每定時 10ms 中斷一次）； Timer1 采用查值方式，用作計數(shù)（ Timer0沒中斷一次，讀取他的一次值，并作 相應(yīng)的處理） 主程序的初始化內(nèi)容 如上圖顯示，本設(shè)計的主程序設(shè)計比較簡單。程序首先是對 P1 口送初值，即給 AT89C2051送取一個占空比為 50%的數(shù)據(jù)。（當(dāng)然可送其它占空比數(shù)據(jù)，這里是為了跟好的展示，根據(jù)不同系統(tǒng)的需要，其值可變）。跟著對數(shù)據(jù)和中斷進行初始化 MCS51系列單片機復(fù)位后，（ PC） =0000H，而 0003H~002BH分別為各中斷源的入口地址。所以，編程時應(yīng)在 0000H處寫一條跳轉(zhuǎn)指令。當(dāng) CPU 接收到中斷請求信號并予以響應(yīng)后， CPU把當(dāng)前的 PC 內(nèi)容壓入堆棧中進行保護，然后轉(zhuǎn)入相應(yīng)的 中斷服務(wù)程序入口處執(zhí)行。一般應(yīng)在相應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口處寫一條跳轉(zhuǎn)指令，并以跳轉(zhuǎn)指令的目標(biāo)地址作為中斷服務(wù)程序的其實地址進行編程。 程序入口 初始化各寄存器 初始化 Timer0 Timer1 啟動 Timer0 Timer1 判斷輸入脈沖數(shù)量 調(diào)用步進電機程序 步進電機停止 圖 系統(tǒng)程序設(shè)計主流程圖 無信號輸入