【正文】 雨時(shí)雨刷自動判斷并開啟，雨停時(shí)自動關(guān)閉。 （ 3）對系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬 。 進(jìn)度安排： 第 3周 第 4周 查閱文獻(xiàn)資料，了解國內(nèi)外汽車雨刷自動控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)方法 。 第 7周 第 12周 系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 第 16周 論文答辯。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，故采用手動方式調(diào)整雨刷啟動按鈕，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)屬于主動性安全裝置。利用自動雨刷系統(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。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。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操作雨刷引起的，所以，一種具有極高可靠性能的汽車自動雨刷控制系統(tǒng)顯得非常的重要，汽車自動雨刷控制系統(tǒng)使駕駛員免 除手動操作雨刷的麻煩，有效提高了雨天行車的安全性和雨刷的可靠度。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)動或者得到更好的視角。 回顧國內(nèi)外已發(fā)表的文獻(xiàn)資料，可發(fā)現(xiàn)自動雨刷感測系統(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。 國內(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。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)，吸引世界各國科技廠商爭相投入。 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。所以汽車雨刷自動控制系統(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。比如當(dāng)下小雨時(shí)，雨刷器自動工作在小雨運(yùn)行方案（雨刷電機(jī)轉(zhuǎn)動一個(gè)來回后停止 10s后繼續(xù)運(yùn)行），當(dāng)中下大雨時(shí)，雨刷器自動工作在中大雨運(yùn)行方案（雨刷電機(jī)轉(zhuǎn)動一個(gè)來回后停止 5s后繼續(xù)運(yùn)行），當(dāng)下大雨時(shí)，雨刷器自動工作在大雨運(yùn)行方案（雨刷電動機(jī)轉(zhuǎn)動一個(gè)來回后繼續(xù)運(yùn)行）。 技術(shù)方案： 本系統(tǒng)主要由電源電路、驅(qū)動電路、中央處理單元等組成。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)對汽車雨刷的控制。 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)用相對順手。設(shè)計(jì)中鍵盤、電機(jī)驅(qū)動芯片的也需要做出合理的選擇，下面對幾種主要器件進(jìn)行比較。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程序存儲器加鎖、掉電和時(shí)鐘電路等?？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。 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。因?yàn)槠涫羌兇獾臄?shù)字 控制 電動機(jī)，它將電脈沖信號轉(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。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。 圖 1 四相六線制步進(jìn)原理圖 （ 3）電動機(jī)驅(qū)動芯片的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)的核心部分就是對步進(jìn)電動機(jī)進(jìn)行控制。 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。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)動專用芯片，它驅(qū)動的電壓可達(dá)到 46V，單個(gè)橋直流電流可達(dá)到 2A。它可以外接電阻，把變化量反饋給 控制電路。 其實(shí)對于本設(shè)計(jì)來說，上述兩塊芯片都可用。 （ 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。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。 原理方框圖 該系統(tǒng)主要由控制單元、檢測部分、驅(qū)動部分和接口單元電路等組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖 2所示。 第 5周 第 6周 確定方案，提交開題報(bào)告。 第 10周 第 11周 完成汽車雨刷自動控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 。 第 13周 第 15周 完成不少于 10000字的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。 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：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。這次設(shè)計(jì)是傳感器技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)在汽車制造業(yè)中的應(yīng)用，并且設(shè)計(jì)中運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的雨刷 電機(jī)，通過傳感器檢測到的雨量大小的信號，把信號輸入單片機(jī)AT89C2051中通過程序控制步進(jìn)電機(jī)的啟動、電機(jī)轉(zhuǎn)動速度及正反轉(zhuǎn)時(shí)間。此設(shè)計(jì)能免去駕駛員對雨刷的反復(fù)操作，提高了駕駛的安全性和舒適性，減少由于駕駛員對雨刷操作帶來的交通事故，也大大提高了汽車雨刷運(yùn)行的可靠度。 Sensors。 Automatic wipers Control System Design 1 緒論 研究背景 根據(jù)科學(xué)家針對消費(fèi)者對中型房車產(chǎn)品屬性偏好之研究，結(jié)果顯示消費(fèi)者對配備及式樣依序包括自動預(yù)縮安全帶、駕駛座安全氣囊、前座乘客座安全氣囊、主動式護(hù)頸頭枕、晶片防盜器、前霧燈、可調(diào)式間歇式雨刷、電動收藏廣角后照鏡、車側(cè)轉(zhuǎn)向警示燈、倒車?yán)走_(dá)。其中，可調(diào)式間歇式雨刷之需求排名第七，消費(fèi)者對于雨刷必須具有可調(diào)頻率，以因應(yīng)不同車況及前擋風(fēng)玻璃之落雨量之需求是相當(dāng)殷切的，然而，以駕駛者人為判斷前擋風(fēng)玻璃承受落雨量之模糊程度，再以手動方式調(diào)整雨刷啟動按鈕，不 僅使駕駛座分心，亦使玻璃落雨量刮除清晰度不一，兩者均與駕駛安全相關(guān)。主動性安全系統(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。 研究動機(jī)及目的 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。主動性安全系統(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。 現(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)測量值變電信號，根據(jù)電信號的大小，自動設(shè)定雨刮器工作的時(shí)間間隔，控制雨刮器動作。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 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。而且本系統(tǒng)中采用步進(jìn)電機(jī)取代傳統(tǒng)的雨刷電機(jī)（傳統(tǒng)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)，使系統(tǒng)更加的穩(wěn)定可靠?？紤]到設(shè)計(jì)成本，設(shè)計(jì)運(yùn)用的這些材料相對于其他同類產(chǎn)品價(jià)格非常底。所以汽車自動雨刷控制系統(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。 汽車自動雨刷控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路 本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路是：運(yùn)用汽車雨量傳感器對環(huán)境雨量大小的檢測，把信號輸單片機(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。設(shè)計(jì)中單片機(jī)運(yùn)用 AT89C2051，步進(jìn)電機(jī)用 TA8435H進(jìn)行驅(qū)動。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)成一套簡易的控制系統(tǒng)。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。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。 （ 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。此外，AT89C1051還支持二種軟件可選的電源節(jié)電方式。 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器 (FLASH ROM)升級到 2K，還有內(nèi)部 RAM為 128字節(jié)。 （ 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，市場供貨也很多。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 .。 最常用的是脈寬調(diào)制式斬 波驅(qū)動方式，大多數(shù)專用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片都采用這種驅(qū)動方式 調(diào)速控制。 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)動專用芯片 ,TA8435主要由 1 個(gè)解碼器， 2個(gè)橋式驅(qū)動電路、 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。具有兩個(gè)使能控制端口，分別控制兩個(gè)電機(jī)的啟動和制動。其外， L298 的兩個(gè)橋式電路還可以并聯(lián)起來驅(qū)動一個(gè)直流電動機(jī)，直流電流可達(dá)到 4A。不過在市場上， 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)動芯片。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 。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。 圖 結(jié)構(gòu)框圖 汽車自動雨刷控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn) 基于單片機(jī) AT89C2051對步進(jìn)電機(jī)控制制作型的汽車控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有： ? 本設(shè)計(jì)運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)取代傳統(tǒng)的雨刷電機(jī)，從而使控制精度增加，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，外圍電路簡單易懂。 ? 雨水感應(yīng)式自動雨刷控制系統(tǒng)使駕駛員免除手動操作雨刷的麻煩，有效地提高了雨天行車的安全性 。 ? 因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)可集成在一個(gè)芯片上，因此體積小，功耗低。采用單片機(jī)AT89C2051和步進(jìn)電機(jī)的結(jié)合的汽車自動雨刷控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，無論是在性能，特點(diǎn)，還是原理圖上，或者是在電路設(shè)計(jì)上，材料選用上都具有簡單，使用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。其中， AT89C2051單片機(jī)是整個(gè)電路的核心。 在本章下面的幾個(gè)小節(jié)中，我們根據(jù)附圖 1 所示的硬件設(shè)計(jì)圖，對各個(gè)模塊的主要的一些電路進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)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。這樣我們就需要兩個(gè)直流電源。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。圖中 C1是一個(gè)大容量的電解電容，起到低頻濾波的作用。而直流穩(wěn)壓電路輸出端的電容C3和 C4是用作改善穩(wěn)壓電源電路的瞬態(tài)負(fù)載響應(yīng)特性。其原理都一樣，下面介紹LM7805系列集成穩(wěn)壓塊主要技術(shù)參數(shù)：輸入電壓： DC3V～ 35V；最大輸出電流： 。注意事項(xiàng)：引腳不能接錯(cuò)，公共端不能懸空；為防止過熱應(yīng)安裝散熱片，其內(nèi)部原理圖如圖 ，按圖我們來分析其原理：在本設(shè)計(jì)中應(yīng)輸出電 壓為 Vo=5V，則當(dāng) Vo＞ 5V時(shí)， T2的 b極電壓上升，進(jìn)而 T2的 c極電壓下降，進(jìn)而 T1的 b極電壓下降 ,進(jìn)而 T1的 Vce極電壓上升，進(jìn)而 Vo趨于 5V；反之當(dāng) Vo＜ 5V時(shí)亦然。 95年出現(xiàn)在中國市場。 AT89C2051 的特點(diǎn) AT89C2051具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： ① AT89C2051與 MCS51系列的單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容； ② 片內(nèi)有 2k字節(jié)在線可重復(fù)編程快擦寫程序存儲器； ③ 全靜態(tài)工作 ,工作范圍 :0Hz～ 24MHz； ④ 有 2 個(gè)程序保密位，保密位 1 被編程之后，程序存儲器不能再被編程除非做一次擦除，保密位 2被編程之后，程序不能被讀出 ； ⑤ 128 8位內(nèi)部 RAM； ⑥ 32位雙向輸入輸出線； ⑦ 兩個(gè)十六位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； ⑧ 兩個(gè)串行中斷 ，