【正文】 單片機(jī)的管腳說明 單片機(jī)AT89S52為40引腳芯片 ： 單片機(jī)AT89S52引腳圖 各引腳說明如下： VCC：電源 GND：地 P0口：P0口十余個(gè)8位的漏極開路雙向I/O口，作為輸出口，每位能夠驅(qū)動8個(gè)TTL邏輯電平。而直流穩(wěn)壓電路輸出端的電容是用來改善穩(wěn)壓電源電路的瞬態(tài)負(fù)載響應(yīng)特性。圖中有一個(gè)大容量的電解電容，起低頻濾波的作用。直流穩(wěn)壓電源又分成線性直流穩(wěn)壓電源和開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源，因?yàn)榫€性直流穩(wěn)壓電源電路成熟，穩(wěn)定度高，文波小，干擾小而且。 穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)原理圖 在本次設(shè)計(jì)中本分邏輯元件需要穩(wěn)壓電源為5V的直流電，而步進(jìn)電機(jī)的額定電壓為12V，所以設(shè)計(jì)了5V與12V的額定電壓電源。 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。其中單片機(jī)AT89S52模塊是本次設(shè)計(jì)的核心模塊。采用單片機(jī)AT89S52和步進(jìn)電機(jī)結(jié)合的自動雨刷控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，無論是性能上，特點(diǎn)上，還是原理圖上，或是在電路設(shè)計(jì)上都具有簡單，使用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。 （5） 整個(gè)系統(tǒng)可集成于一個(gè)芯片上，因此體積小，功耗低。 （3）雨水感應(yīng)式自動雨刷控制系統(tǒng)使駕駛員去除了手動操作雨刷的麻煩，有效地提高了在雨天行駛的安全性。 汽車自動雨刷控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn) 基于單片機(jī)AT89S52對步進(jìn)電機(jī)控制制作系統(tǒng)的主要特點(diǎn)： （1） 本設(shè)計(jì)運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的雨刷電機(jī)，從而使控制精度更高，響應(yīng)速度更快，抗干擾能力更強(qiáng)，且外圍電路簡單易懂。 AO模擬輸出，作為模擬演示時(shí)使用，可以連接到單片機(jī)的AD口來檢測滴在上面的雨量大小。本設(shè)計(jì)中選用的雨滴模塊介紹如下： 1 具體參數(shù)即功能描述電壓：5V 控制板大?。?* 大面積雨滴檢測板：* 電源指示燈，輸出信號LED指示燈 TTL電平輸出，輸出有效信號為低電平，驅(qū)動能力為100MA左右靈敏度可以通過電位器調(diào)節(jié)。 5傳感器參數(shù)的選擇 這種雨量傳感器的參數(shù)可根據(jù)自己的需求，調(diào)節(jié)參數(shù)。其內(nèi)部集成了放大、濾波、解調(diào)和控制電路。 芯片TK1838內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖TK1838只有接收到38kHz的脈沖信號時(shí)才會起作用。因而電路比較復(fù)雜，體積也比較大。帶通濾波器的作用是進(jìn)行頻率選擇，濾除干擾信號。 4 紅外接收電路 紅外接收電路由光接收二極管，放大電路，帶通濾波器，檢波電路等構(gòu)成。 3 紅外發(fā)射電路 紅外發(fā)射管用硅光電二極管，其具有暗電流小，噪聲低，受溫度影響小等優(yōu)點(diǎn)。在擋風(fēng)玻璃發(fā)生反射的區(qū)域被稱之為傳感器“敏感區(qū)域”，僅當(dāng)雨水在這個(gè)敏感區(qū)域時(shí)，才可以被探測出。之間。 紅外光發(fā)射電路和接收電路 由紅外光發(fā)射元器件發(fā)出的紅外光在擋風(fēng)玻璃的外表面以全反射角反射，其角度必須控制在42176。玻璃和水之間的臨界角是63176。 這種傳感器就是根據(jù)全反射光學(xué)原理制成的。時(shí)的入射角叫做全反射臨界角。這時(shí)折射光線就會完全的消失，光會全部反射到原來介質(zhì)，這種現(xiàn)象叫做光的全反射。入射角i和折射角r的關(guān)系如下： （式1） 上式1中為第二種介質(zhì)對第一種介質(zhì)的相對折射率。 目前在我國光強(qiáng)變化傳感器與控制電路相接組成的雨滴傳感器發(fā)展的比較完善，所以以下我對這兩種雨滴傳感器做個(gè)具體的分析：光變雨滴傳感器的工作原理： 1 光學(xué)原理 光線射在兩種介質(zhì)分界面上，當(dāng)光線從一種介質(zhì)射入另外一種介質(zhì)時(shí)，光線的傳播方向會發(fā)生一定的改變，這稱之為光的折射。前種是把傳感器直接裝在汽車擋風(fēng)玻璃的外面，雨滴直接落在傳感器上來感應(yīng)雨量的大??；后種則是安裝在擋風(fēng)玻璃內(nèi)側(cè)，由光照引起的折射強(qiáng)度的變化來檢測雨量的大小。 其實(shí)在本設(shè)計(jì)中這兩種芯片都可以選擇，但是ULN2003驅(qū)動芯片原理更加簡單，操作容易，在驅(qū)動電機(jī)時(shí)，工作穩(wěn)定；而且在市場上驅(qū)動芯片ULN2003使用比較廣泛，所以選擇ULN2003AN作為驅(qū)動芯片。ULN2003AN是一種最常用的驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的芯片，而且接線十分簡單，用單片機(jī)驅(qū)動小量步進(jìn)電機(jī)是很好的選擇，有16個(gè)引腳其中有七個(gè)為輸入引腳另外七個(gè)為輸出引腳，8號是接地引腳，9號是接電源12V或5V的引腳。 TH8435驅(qū)動芯片東芝公司生產(chǎn)的脈寬調(diào)制式斬波器型二相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片，工作穩(wěn)定可靠，工作電壓為1040V，具有整步，半步，1/4細(xì)分和1/8細(xì)分運(yùn)動方式供選擇。 ： 步進(jìn)電機(jī)原理圖12相勵(lì)磁順序表， 輸出軸方向看逆時(shí)針方向 主要的功能參數(shù)如下： 1——額定電壓 2——相數(shù) 3——減速比 4——步距角 5——驅(qū)動方式 6——自定位轉(zhuǎn)矩 7——絕緣電阻 電機(jī)驅(qū)動芯片的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)書的要求，本次設(shè)計(jì)核心就是對電機(jī)的控制，所以對于選擇理想的驅(qū)動芯片來驅(qū)動電機(jī)則就成為了十分重要的一部分了。通過脈沖個(gè)數(shù)可以來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)也可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī) 轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)是一種電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。能實(shí)現(xiàn)的功能比單片機(jī)AT89C2052更加全面，內(nèi)存更大， 單片機(jī)AT89S52引腳圖由上可知，為了更加便于操作，降低難度，不用擔(dān)心引腳不夠的問題，且考慮本次畢業(yè)設(shè)計(jì)小組能夠協(xié)同工作，則選擇單片機(jī)AT89S52，另外其是各性能比較全面，在鄭州市場比較好買到的價(jià)格便宜的理想單片機(jī)。在單片機(jī)上擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)上可編程存儲器Flash，讓它在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活有效的解決方案。共有20個(gè)引腳， 單片機(jī)AT89C2051引腳圖 單片機(jī)AT89S52是種低能耗，高性能的8位CMOS微控制器，在系統(tǒng)中具有8K可編程Flash存儲器。此外還支持二種軟件可選的電源節(jié)電方式。 設(shè)計(jì)原理方框圖本次設(shè)計(jì)由檢測部分，控制部分，驅(qū)動部分組成，： 設(shè)計(jì)原理框圖 系統(tǒng)使用部件選擇 系統(tǒng)主要是由單片機(jī)最小控制系統(tǒng)（包括晶振電路，復(fù)位電路，供電電源），雨滴感應(yīng)模塊，電機(jī)驅(qū)動模塊組成。例如，當(dāng)檢測為小雨量的時(shí)候，電機(jī)工作在小雨模式（電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)來回要停留10秒再繼續(xù)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)）；當(dāng)檢測為中大雨的時(shí)候則，啟動中大雨運(yùn)轉(zhuǎn)模式（電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)來回停止5秒后再繼續(xù)工作）；當(dāng)檢測為大雨的時(shí)候，則啟動大雨運(yùn)轉(zhuǎn)模式（電機(jī)連續(xù)進(jìn)行來回旋轉(zhuǎn)）。第一章 自動雨刷控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 本章主要闡述設(shè)計(jì)的整體設(shè)計(jì)思路，系統(tǒng)使用部件選擇，設(shè)計(jì)原理框圖與本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)。主動性安全系統(tǒng)是每個(gè)汽車系統(tǒng)工程師努力目標(biāo)之一，雨刷系統(tǒng)是每輛車上為保證擋風(fēng)玻璃清晰的唯一選擇。前一種是把傳感器直接裝在汽車擋風(fēng)玻璃的外側(cè)，雨滴直接落在傳感器上來感應(yīng)雨量的大小；后一種則是安裝在擋風(fēng)玻璃內(nèi)側(cè)，由光照引起的折射強(qiáng)度的變化來檢測雨量的大小。現(xiàn)今，則主要是把用雨水傳感器檢測出來的雨量大小的信號轉(zhuǎn)變成電信號，然后傳遞給單片機(jī)，通過軟件的控制來控制電機(jī)驅(qū)動芯片從而帶動電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。自動雨刷控制系統(tǒng)免去了駕駛員手動調(diào)節(jié)雨刷的麻煩，有效的提高了在雨天駕駛的安全性與可靠性；同時(shí)，也避免了因?yàn)槁愤叿e水濺在擋風(fēng)玻璃上，駕駛員來不及操作而恐慌造成的交通事故。 隨著當(dāng)今社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，對汽車性能的追求則在不斷的提升，隨著汽車制造業(yè)不斷的創(chuàng)新，汽車中安裝了越來越多自動控制系統(tǒng)，增加了汽車的安全性與舒適性，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在雨天行車，世界上因?yàn)轳{駛員對雨刷的操作不當(dāng)而帶來的交通事故占6%之多。其中對可調(diào)間歇雨刷的需求排在了第六位，消費(fèi)者認(rèn)為汽車雨刷必須具有可調(diào)頻率，以應(yīng)對不同車況和前擋風(fēng)玻璃落雨量之需求。關(guān)鍵詞：汽車自動雨刷，雨滴傳感器，單片機(jī)，步進(jìn)電機(jī)第 65 頁 共 67 頁Abstract The design of the automatic wipers is improved further in the traditional manual based wiper with rain sensor as the detector size induced precipitation,the induction signal is sent to the single chip and turning frequency automatic adjusting motor through the control of the software design is based on the 40pin of the mic use of ULN2003AN to drive the stepper motor driver chip design pulse width modulation’s chopper driver greatly overe the noise when the motor work in the low frequency ,vibration fort and safely guarantee this design in a certain extent for the driver,to avoid the traffic safety problem caused by the driver manually operated wiper the same time also greatly improve the prehensiveness and reliability of automobile windshield wiper. Keyword:Automatic wipers ,Rain sensor,SCM,Stepper motor前 言 根據(jù)科學(xué)家針對消費(fèi)者對中性車產(chǎn)品屬性偏好的研究，結(jié)果顯示消費(fèi)者對配備及式樣依序包括預(yù)縮安全帶、前座安全氣囊、駕駛席安全氣囊、主動護(hù)頸頭枕、前霧燈、可調(diào)間歇式雨刷、電動收藏廣角后視鏡、倒車?yán)走_(dá)等。此次設(shè)計(jì)采用40引腳的單片機(jī)AT89S52，設(shè)計(jì)中運(yùn)用ULN2003AN驅(qū)動芯片來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，克服了電機(jī)在低頻工作時(shí)的噪音大，震動大的缺點(diǎn)。摘 要 1Abstract 2前 言 3第一章 自動雨刷控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 4 自動雨刷控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路 4 設(shè)計(jì)原理方框圖 4 系統(tǒng)使用部件選擇 4 單片機(jī)AT89S52，AT89C2051的比較與選擇 5 電機(jī)選擇 6 電機(jī)驅(qū)動芯片的選擇 7 汽車自動雨刷控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn) 11第二章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 13 電源電路的設(shè)計(jì)與分析 13 單片機(jī)模塊設(shè)計(jì) 14 單片機(jī)AT89S52 14 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 感應(yīng)模塊的設(shè)計(jì)與分析 20 電機(jī)及驅(qū)動模塊 21 電機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)與分析 21 不進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動芯片 25第三章 汽車自動雨刷控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 29 主程序設(shè)計(jì) 29 30 代碼轉(zhuǎn)換程序 30 中斷服務(wù)程序 30 31 31第四章 汽車自動雨刷控制系統(tǒng)調(diào)試 33 調(diào)試單片機(jī)最小系統(tǒng) 33 問題分析及雨滴感應(yīng)模塊調(diào)試 33 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊調(diào)試 33 系統(tǒng)軟件調(diào)試 34第五章 總結(jié)與展望 36參 考 文 獻(xiàn) 37致 謝 38附錄I 39附錄II 42附錄III 612摘 要 本次設(shè)計(jì)的汽車自動雨刷省去了人為手動操作雨刷的問題，能夠自動感應(yīng)雨量并進(jìn)行相應(yīng)的工作。自動雨刷用雨滴傳感器作為檢測器來感應(yīng)雨量的大小，把感應(yīng)信號傳給單片機(jī)，通過軟件的控制驅(qū)動芯片自動調(diào)節(jié)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)與轉(zhuǎn)動頻率。本次設(shè)計(jì)在一定的程度上為駕駛者提供了舒適性和安全性的保障，避免了由于駕駛者手動操作雨刷的不當(dāng)而帶來的交通安全問題，同時(shí)也大大的提高了汽車雨刷的全面性與可靠性?？梢?，對安全性的設(shè)備已超過了對舒適性的設(shè)備需求。然而駕駛?cè)俗约簛砼袛嗲皳躏L(fēng)玻璃落雨量的模糊程度，再去手動調(diào)節(jié)雨刷，不僅使駕駛者分心，而且使玻璃上落雨量刮除清晰度不一，兩者均關(guān)系到駕駛的安全。所有自動雨刷系統(tǒng)的安裝對于汽車來說是十分重要的。 國內(nèi)外許多汽車廠商以雨水傳感器為基礎(chǔ)的自動雨刷控制系統(tǒng)，不是格昂貴就是系統(tǒng)不完善，反映不靈敏。目前市場上的雨量傳感器大都分為以下兩種：利用電阻壓變，光強(qiáng)變化的傳感器與各種信號控制器連接，來控雨刷電機(jī)的轉(zhuǎn)動。 因?yàn)槠囉晁⒅饕δ苁枪纬龘躏L(fēng)玻璃上的水漬及污垢，給駕駛者提供一個(gè)清晰的視野，所以自動雨刷系統(tǒng)屬于必須的安全設(shè)備。而此次設(shè)計(jì)的自動雨刷，乃目前各車廠投注心力的開發(fā)方向。 自動雨刷控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)的總體思路是：運(yùn)用雨滴傳感器感應(yīng)雨量的大小，把感應(yīng)信號輸給單片機(jī)系統(tǒng)，然后通過軟件控制雨刷電機(jī)根據(jù)相應(yīng)的環(huán)境做出不同的轉(zhuǎn)動。設(shè)計(jì)中運(yùn)用AT89S52單片機(jī)，步進(jìn)電機(jī)采用ULN2003AN驅(qū)動芯片進(jìn)行驅(qū)動。 單片機(jī)AT89S52，AT89C2051的比較與選擇 單片機(jī)AT89S2051是具有可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能的8位CMOS微處理器，有15根I/O線、16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器兩個(gè)、全雙向的串行口一個(gè)、并且其內(nèi)部含有精密的比較器和片內(nèi)