【正文】 振蕩器，同時還具有加密陣列的二級程序存儲器加鎖和時鐘電路等。在空閑的時候，CPU停止工作，而RAM、定時/計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)仍然繼續(xù)工作。使用Atmel公司高密非易失性存儲器技術(shù)制造，片上允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，同樣也適合常規(guī)的編程。AT89S52單片機(jī)具有：8K字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器。 電機(jī)選擇 設(shè)計中選擇了步進(jìn)電機(jī)來代替了傳統(tǒng)的雨刷電機(jī)，相比傳統(tǒng)的電機(jī)其更加的靈活，精度高。通俗的來講就是當(dāng)驅(qū)動器接受到一個脈沖信號，就會相應(yīng)的驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按照設(shè)定好的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度。 在性能上步進(jìn)電機(jī)更適合作為雨刷電機(jī)，并且其價格便宜，在市場上供貨也比較多所以，所以在本次設(shè)計中選擇步進(jìn)電機(jī)。最常用的就是脈寬調(diào)制式斬波驅(qū)動方式，大多步進(jìn)電機(jī)都選擇這種驅(qū)動方式來進(jìn)行調(diào)速控制，TA8535H與ULN2003AN都是比較常用的，性能也是比較穩(wěn)定可靠的專用芯片。其由1個解碼器，2個驅(qū)動橋式電路，2個電流控制電路，2個輸出電流限制電路等功能模塊構(gòu)成。比如步進(jìn)電機(jī)公共端接5V，其余四個引腳接驅(qū)動芯片的四個輸出端，然后單片機(jī)或者外圍電路接上ULN2003的四個輸入引腳。 雨滴傳感器的選擇 在目前市場上雨滴傳感器的工作原理大都分為以下兩種：利用電阻壓變，光強(qiáng)變化的傳感器與控制器相連接，來控雨刷電機(jī)的轉(zhuǎn)動。 后種是在設(shè)計和發(fā)展上比較完善的傳感器，但在市場上買配件的時候發(fā)現(xiàn)前電阻式的更便于設(shè)計操作而被選擇。在另一種介質(zhì)中折射的光線和分界面的法線n0 的夾角稱之為折射角。 光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時，如果入射角大到一定的角度，便能使折射角達(dá)到90176。折射角等于90176。全反射的條件是：?光從光密介質(zhì)射入向光疏介質(zhì)中；?入射角等于或大于臨界角。根據(jù)上式計算得出，玻璃和空氣兩種介質(zhì)的臨界角是42176。 2 工作原理 雨水傳感器由紅外光發(fā)射電路和接收電路組成。和63176。如果擋風(fēng)玻璃上有水，一些光會雙倍折射出，這樣會使紅外感光元件接收到的反射光減弱。為了使系統(tǒng)更加靈敏可靠，靈敏區(qū)域和擋風(fēng)玻璃區(qū)域之間必須要有一個較好的比例，如上圖所示。紅外發(fā)射管用三個并聯(lián)，采用脈寬調(diào)制驅(qū)動方式，工作在38kHZ的頻率下。其中放大電路的作用是對光脈沖信號進(jìn)行線性放大與整形。檢波電路濾掉載頻后檢出的原始信號。 在市場上還有種簡捷的接收電路，采用的是紅外專用集成接收芯片TK1838，將各功能電路封裝在一起，用來接收紅外光信號，塑料封裝可濾除可見光。它具有微型一體化的塑料封裝，體積小，可靠性高，抗干擾光的能力強(qiáng)，用5V電源供電，功能損耗小，輸出信號比較靈敏等優(yōu)點。當(dāng)TK1838接收不到38kHz的脈沖信號時，輸出為高電平；當(dāng)接收到38kHz的脈沖信號時，輸出低電平（有效信號）。例如：在小雨的時，定為每10ms輸出脈沖的個數(shù)小于80個；在中雨時，輸出的脈沖個數(shù)大于等于80小于等于160個；在大雨時，可以設(shè)定輸出脈沖個數(shù)為每10ms大于160個。沒有雨的時候LED點亮，整體檢測芯片輸出高電平；有雨滴上去時，輸出低電平，開關(guān)指示燈亮，表明為有效信號 雨滴板和控制板是分開的方便將線引出大面積的雨滴板更有利于檢測到雨水 2 接線方法 VCC：接電源正極 GND：接電源負(fù)極 DO：TTL開關(guān)信號輸出 AO：模擬信號輸出 3 使用方法 接上5V電源電源燈亮，檢測板上沒有水滴時，DO輸出為高電平，開關(guān)指示燈不亮 ，當(dāng)?shù)紊弦坏嗡畷r，DO輸出低電平，開關(guān)指示燈亮，刷掉上面的水滴，又恢復(fù)到，輸出高電平狀態(tài)。 DO TTL數(shù)字輸出，用來連接到單片機(jī)上，檢測是否有雨。 （2）運用單片機(jī)控制系統(tǒng)，程序定化，系統(tǒng)更加穩(wěn)定。 （4） 設(shè)計中運用元件價格便宜，較適合推廣使用。 通過以上方案的分析，我們可以看出單片機(jī)技術(shù)是現(xiàn)代電子設(shè)計的重要發(fā)展部分。第二章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 根據(jù)設(shè)計要求，本次設(shè)計控制系統(tǒng)的硬件模塊按功能主要分為：電源模塊，單片機(jī)模塊，感應(yīng)檢測模塊，電機(jī)及驅(qū)動模塊。 在本章的這幾小節(jié)主要對各模塊的電路設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計和分析。而輸出電阻、紋波電壓、溫度系數(shù)是穩(wěn)壓電源的質(zhì)量指標(biāo)，它們決定了穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓系數(shù)、輸出阻抗、溫度系數(shù)和濾波電容的選擇。為了解決這個問題，采用雙路輸出的直流穩(wěn)壓電源。由上圖可見，這個雙路輸出的線形直流穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)簡單，只用了一個220V變12V的變壓器，一個整流橋，兩塊穩(wěn)壓集成電路7812和7805和四個電容。由于其本身的電解比大，對高頻交流成分的濾波效果會比較差，所以為改善濾波電路對高頻抑制特性，在其傍邊并聯(lián)一個高頻濾波性能良好的小電容。 單片機(jī)模塊設(shè)計AT89S52單片機(jī)是ATMEL公司采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)來制造的，其主要特點為采用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，同時為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。對P0口寫“1”是，引腳做高阻抗輸入。 P1口：其是一個內(nèi)部具有上拉電阻的8位雙向I/O口，輸出緩存器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。在Flash編程與校驗的時候， P1口接收低8位地址字節(jié) P2口：其是一個內(nèi)部具有上拉電阻的8位雙向I/O口，輸出緩存器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。 在Flash編程和校驗時，P2口接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。對其寫“1”時，內(nèi)部的上拉電阻會把端口拉高，此時可作為輸入使用。 P3口接收控制信號 RST：復(fù)位輸入?？撮T狗及時完成后，引腳輸出96個晶振周期的高電平。 當(dāng)AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，每個機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將不被激活。為了使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，EA必須接GND。 XTAL1與XTAL2接晶振電路。此反向放大器可以當(dāng)作為片內(nèi)振蕩器。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號時要通過一個二分頻的觸發(fā)器，因此對外部的時鐘信號的脈寬沒有任何要求，但必須要保證脈沖的高低電平要求的寬度。在XTAL1和XTAL2兩個引腳外接晶體振蕩器(簡稱晶振)或陶瓷諧振器，便構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。圖中，兩個電容器起到穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，電容值的范圍一般在530pF之間。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。這種方式適合用來把單片機(jī)的時鐘同外部信號保持同步。單片機(jī)在啟動的時候都需要進(jìn)行復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于初始的狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開始工作。這時電阻有瞬時電流通過，RST腳的電壓等于電阻兩端的電壓之差。在充電的過程中，隨著電容端的電壓逐步趨于電源電壓，電阻兩端最終將沒有電流通過，這時RST引腳相當(dāng)于地相連，因此RST引腳上的電壓將最終將接近于0。10uF電容足以使RST腳上的電壓在振蕩器啟振后尚有兩個機(jī)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，從而能夠使整個復(fù)位過程得以完成。單片機(jī)冷啟動之后，片內(nèi)RAM為隨機(jī)值，之后運行中的復(fù)位操作不會改變片內(nèi)RAM區(qū)中的內(nèi)容，其中21個特殊功能寄存器被復(fù)位后的狀態(tài)為確定值，如下表所示。 注明：*為隨機(jī)狀態(tài)； 特殊功能寄存器初始狀態(tài)特殊功能寄存器初始狀態(tài)特殊功能寄存器初始狀態(tài)PSW00HTH000HP0～P3FFHSBUF不定IP***00000BSCON00HIE0**00000BPCON0*******BA00HTMOD00HB00HTCON00HSP07HTL000HDPL00HTH100HDPH00HTL100HPSW為00H時，表明選寄存器0組為工作寄存器組；SP＝07H，表明堆棧指針指向單片機(jī)內(nèi)RAM 07H字節(jié)單元，根據(jù)堆棧操作的先加后壓法則，可以知道第一個被壓入的內(nèi)容寫入到08H單元中；Po～P3＝FFH，表明已經(jīng)向各端口寫入1，此時，各端口既可以作為輸入又可以作為輸出；IP＝***00000B，表明各個中斷源處在低優(yōu)先級；IE＝0**00000B，表明每個中斷源均被關(guān)斷；A＝00H，表明累加器已被清零； 此單片機(jī)的復(fù)位是由RESET引腳控制的，此引腳與高電平相接時間超過24個振蕩周期之后，單片機(jī)便進(jìn)入芯片內(nèi)部復(fù)位狀態(tài)，并且一直在這種狀態(tài)下等待，直到RESET引腳轉(zhuǎn)成低電平之后，才會檢查EA引腳是高電平或低電平，若是高電平則會執(zhí)行芯片內(nèi)部的程序代碼，若是低電平便會執(zhí)行外部程序。 感應(yīng)模塊的設(shè)計與分析 本次設(shè)計中的雨滴感應(yīng)模塊是由雨滴板、LN393低功率低失調(diào)電壓雙比較器、電位器、指示燈等組成。： 雨滴模塊的實物圖 電機(jī)及驅(qū)動模塊 電機(jī)控制電路的設(shè)計與分析 本次設(shè)計運用步進(jìn)電來取代傳統(tǒng)的雨刷電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蛘呤蔷€位移的開環(huán)控制元件。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而沒有累積誤差等特點。 1 步進(jìn)電機(jī)的基本原理和特點 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。我們可以通過控制脈沖的個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到較為準(zhǔn)確定位的目的；同時還可以通過控制脈沖的頻率來控制不進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度和加速度，來達(dá)到調(diào)速的目的。 常見的步進(jìn)電機(jī)分為三種：永磁式（PM），反應(yīng)式（VR）和混合式（HB），永磁式電機(jī)步進(jìn)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積都較小， 度 或15 度；反應(yīng)式電機(jī)步進(jìn)一般為三相，可實現(xiàn)較大轉(zhuǎn)矩輸出， 度，但因為噪聲和振動都很大。它分為兩相和五相兩種： 度，五相的步進(jìn)角一般為 度。 步進(jìn)電機(jī)是一種數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰疲唇o一個脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)就相應(yīng)的轉(zhuǎn)動一個角度，因此非常適合于單片機(jī)來控制。 步進(jìn)電機(jī)的控制信號由單片機(jī)產(chǎn)生，步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號而工作。 (2)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向 如果給定的工作方式是正序換相通電，則步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果是按反序通電 換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。兩個脈沖之間的時間間隔越短，則步進(jìn)電機(jī)就會轉(zhuǎn)得越快。 (4)步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo) 相數(shù)：產(chǎn)生不同的對極N、S 磁場的激磁線圈的對數(shù)。 拍數(shù)：在完成一個磁場周期性變化時所需要的脈沖數(shù)。θ=360 度/（轉(zhuǎn)子齒數(shù)*拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒數(shù)為50 齒電機(jī)為例。 定位轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在不通電的狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子的自身鎖定力矩。這個力矩是用來衡量電機(jī)體積（即幾何尺寸）的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動電壓及驅(qū)動電源是無關(guān)的。 (5) 步進(jìn)電機(jī)的動態(tài)指標(biāo)： 步距角精度：步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一個步距角的實際值與理論值之間的誤差。不同運行拍數(shù)其精度值不同，四拍運行時的誤差應(yīng)在5%之內(nèi)，八拍運行時的誤差應(yīng)在15%以內(nèi)。則稱之為失步。 最大空載起動頻率：電機(jī)于某種驅(qū)動形式、電壓和額定電流的接入下，在不加負(fù)載的情況時，能夠直接起動的最大頻率。 運行矩頻特性：步進(jìn)電機(jī)在某一種測試的條件下，測得運行中輸出的力矩與頻率之間的關(guān)系曲線稱為運行矩頻特性，這是電機(jī)諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。 步進(jìn)電機(jī)特性曲線 如上圖所示，其中，曲線3 的電流最大或者電壓最高；曲線1 的電流最小或者是電壓最低。想要使平均電流大，應(yīng)該盡可能的提高驅(qū)動電壓（必須要主要電機(jī)的額定電壓值），采用小電感大電流的不進(jìn)電機(jī)。 根據(jù)設(shè)計要求，本設(shè)計選用的步進(jìn)電機(jī)為四相五線制5V步進(jìn)電機(jī)，其也可以當(dāng)作兩相電機(jī)使用。但是如果采用細(xì)分方式，就能夠很好的解決上面的這個問題，步進(jìn)電機(jī)細(xì)分控制，從本質(zhì)上來說是通過對電機(jī)的勵磁繞組中電流的控制，來使步進(jìn)電機(jī)內(nèi)的合成磁場變?yōu)榫鶆虻膱A形的旋轉(zhuǎn)磁場，從而來實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)步距角的細(xì)分，在一般情況下，其合成磁場矢量的幅值是由步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)力矩的大小來決定的，相鄰的兩合成磁場矢量之間的夾角大小會決定步距角的大小，步進(jìn)電機(jī)的半步工作方式就蘊涵了細(xì)分這種方式的工作原理。選用ULN2003AN芯片來進(jìn)行驅(qū)動不進(jìn)電機(jī)。 。程序設(shè)計是要根據(jù)傳感器的信息來判斷旋轉(zhuǎn)的方向，以便啟動相應(yīng)的轉(zhuǎn)動方向子程序。程序設(shè)計時把步進(jìn)電機(jī)的控制方式簡歷成控制模型，并以數(shù)據(jù)表形式存于存儲器中，設(shè)計程序是可以直接調(diào)用該存儲器的數(shù)據(jù)。上電后首先進(jìn)行歸零操作，電機(jī)一開始以順時針（或逆時針）方向任意旋轉(zhuǎn)，一旦接受到主控臺傳來的信號就立即控制電機(jī)停止運動，并等待接收旋轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)，然后開始控制電機(jī)的運轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)的速率控制方法主要是通過改變每個脈沖信號的時間間隔，可以采用設(shè)置定時器的初始時間來獲得延時時間，也可以采用改變程序中的延時時間來滿足。因為步進(jìn)電機(jī)的響應(yīng)頻率fs比較低（100步/秒250步/秒），而電機(jī)的啟動頻率還要低于最高空載的啟動頻率，當(dāng)電機(jī)啟動后，在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時工作頻率又會遠(yuǎn)遠(yuǎn)的大于啟動頻率。為了解決快速而不失步的問題，對電機(jī)提出了相應(yīng)的要求，如下“低速啟動接著高速運轉(zhuǎn)，然后降低速度，最后停止”。 利用高耐壓，大電流的達(dá)林頓陳列ULN2003直接與負(fù)載電機(jī)相連接，并驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度由機(jī)械設(shè)計和單片機(jī)程序進(jìn)行控制。2 電機(jī)與控制模塊連接的實物圖 、 、2B、3B、4B四個引腳相連，作為信號的輸入，從而控制步進(jìn)電機(jī)作相應(yīng)的運轉(zhuǎn)。第三章 汽車自動雨刷控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計 系統(tǒng)軟件的設(shè)計包括有主程序的設(shè)計，電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置程序設(shè)計和各中斷服務(wù)等程序的設(shè)計。本章將