汽车雨刷设计.docx

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汽车雨刷设计

目录

摘要3

前言4

第一章汽车自动雨刷控制系统总体设计和主要特点5

1.1汽车自动雨刷控制系统的设计思路5

1.2原理方框图5

1.3汽车自动雨刷控制系统的主要特点5

1.4控制方案6

1.4.1电机的选择6

1.4.2雨量传感器选择6

1.4.3三脚稳压块选择7

第二章系统的硬件设计8

2.1电源电路的设计与分析8

2.2中央控制器——AT89C20519

2.2.1AT89C2051的特点9

总结10

参考文献11

摘要

主要完成以传感器作为检测器并通过软件的设计实现适时地对雨刷电机的转停、正转及反转，从而实现对汽车雨刷的自动控制。

这次设计传感器技术和现代控制技术在在汽车制造业中的应用，并且设计中运用步进电机代替传统的雨刷电机，通过传感器检测到的雨量大小的信号，把信号输入单片机AT89C2051中通过程序控制步进电机的启动、电机转动速度及正反转时间。

设计中运用TA8435H作为步进电机的驱动芯片，其是脉宽调制式斩波驱动方式，这样能克服步进电机在低频工作时，会有振动大、噪声大的缺点。

此设计能免去驾驶员对雨刷的反复操作，提高了驾驶的安全性和舒适性,减少由于驾驶员对雨刷操作带来的交通事故，也大大提高了汽车雨刷运行的可靠度。

关键词：

汽车自动雨刷控制系统；单片机；传感器；步进电机

前言

在汽车制造业飞速发展的今天，汽车中已经安装了越来越多的自动控制系统增加主动和被动安全性。

据统计，全世界雨天行车有7％的事故是由于驾驶员手动操作雨刷引起的，所以，一种具有极高可靠性能的汽车自动雨刷控制系统显的非常的重要，汽车自动雨刷控制系统使驾驶员免除手动操作雨刷的麻烦，有效地提高了雨天行车的安全性和雨刷的可靠度。

国内外许多汽车厂商研制以雨水传感器为基础的汽车自动雨刷控制系统，来代替传统的机械结构的雨刮器，但不是价格昂贵就是系统不完善。

现在开发的汽车雨刷控制系统中，将雨滴传感器检出的雨水强度实成时测量值变电信号，根据电信号的大小，自动设定雨刮器工作的时间间隔，控制雨刮器动作。

目前市场上的雨水传感器大都是依据以下三种工作原理制成的：

利用压电振子的传感器、利用静电电容的传感器、利用光强变化的传感器与控制器相连接，控制雨刷电机的工作。

第一种和第二种是要把雨水传感器安装在汽车的外面，雨滴直接滴在传感器上，第三种把雨水传感器安装在风挡玻璃驾驶室上，第三种把雨水传感器安装在风挡玻璃驾驶室一侧，通过雨滴滴落在玻璃上引起反射光强的变化感应传感器。

本系统中采用步进电机取代传统的雨刷电机（传统雨刷电机为直流电机），目的是运用步进电机控制精度高等特点，使系统更加的稳定可靠。

本次设计也综合应用之前学校所学的单片机、微机控制、电路设计、电机拖动等方面的知识，进一步了巩固我们的本专业知识。

考虑到设计成本，设计运用的这些材料相对于其他同类产品价格非常底。

此次设计中我们采用了单片机系统的微处理器AT89C2051芯片、TA8435H步进电机驱动芯片等硬件，而且它们具有集成化，智能化，高精度，高性能，高可靠性和低价格等优点。

所以汽车自动雨刷控制系统是个值得推广的一种方法，且具有很好的市场推广价值。

第1章汽车自动雨刷控制系统总体设计和主要特点

本章重点产阐述汽车自动雨刷控制系统的设计思路、控制方案的比较、设计电路的原理框图以及本次设计系统的主要特点。

1.1汽车自动雨刷控制系统的设计思路

本次设计的设计思路是：

运用汽车雨量传感器对环境雨量大小的检测，把信号输单片机系统，通过程序控制步进电机根据相应的环境做出不同的转动。

比如当小雨时，雨刮器自动工作在小雨运行方案（雨刷电机转动一个来回后停止10s后继续运行），当中大雨时，雨刮器自动工作在中大雨运行方案（雨刷电机转动一个来回后停止5s后继续运行），当大雨时，雨刮器自动工作在大雨运行方案（雨刷电机转动一个来回后继续运行）。

设计中单片机运用AT89C2051，步进电机用TA8435H进行驱动。

1.2原理方框图

该系统主要由控制单元、、检测部分、驱动部分和接口单元电路等组成，其结构框图如图1.4所示。

图1.4汽车自动雨刷控制系统结构框图

1.3汽车自动雨刷控制系统的主要特点

基于单片机AT89C2051对步进电机控制制作型的汽车控制系统的主要特点有：

⑴运用单片机控制系统，程序固化了，使系统更加稳定。

⑵雨水感应式自动雨刷控制系统使驾驶员免除手动操作雨刷的麻烦，有效地提高了雨天行车的安全性。

⑶因为整个系统可集成在一个芯片上，因此体积小，功耗低。

1.4控制方案

1.4.1电机的选择

本设计中运用步进电机代替传统的雨刷电极（传统的雨刷电机为直流电机）其相比传统雨刷具有控制灵活、精度高等优点。

因为其是纯粹的数字控制电动机，它将电脉冲信号转变为角位移，即给一个脉冲，步进电机就转一个角度，因此非常合适单片机控制，在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，电机则转过一个步距角，同时步进电机只有周期性的无累积误差，精度高。

在性能上相比步进电机很适合做雨刷电机，且在价格方面步进电机也很便宜，市场供货也很多。

所以设计中采用步进电机，根据汽车雨刷条件，选用12V的四相六线制步进，其也可以作为两相电机使用。

其内部结构如图。

1.4.2雨量传感器选择

目前市场上的雨水传感器大都是依据以下三种工作原理制成的：

利用压电振子的传感器、利用静电电容的传感器、利用光强变化的传感器。

第一种和第二种是要把雨水传感器安装在汽车的外面，雨滴直接滴在传感器上，第三种把雨水传感器安装在风挡玻璃驾驶室一侧，通过雨滴滴落在玻璃上引起反射光强的变化感应传感器。

相比较各类雨水传感器的性能和价格，设计中采用的是第三种方案的雨量传感器，其是基于光强变化的原理，提出了一种新的红外线雨水传感器。

传感器由红外光发射电路和红外光接收电路组成，实验证明，这种雨水传感器反应灵敏，实时性好，性能稳定。

1.4.3三脚稳压块选择

该装置中的稳压块选用LM7805和7812集成稳压块。

其原理都一样，下面介绍LM7805系列集成稳压块主要技术参数：

输入电压：

DC3V～35V；最大输出电流：

1.5A。

LM7805系列稳压块封装：

1脚为输入端，2脚为公共端，3脚为输出端。

注意事项：

引脚不能接错，公共端不能悬空；为防止过热应安装散热片，其内部原理图如图2.2所示，按图我们来分析其原理：

在本设计中应输出电压为Vo=5V，则当Vo＞5V时，T2的b极电压上升，进而T2的c极电压下降，进而T1的b极电压下降,进而T1的Vce极电压上升，进而Vo趋于5V；反之当Vo＜5V时亦然。

三端稳压电源内部图

第二章系统的硬件设计

根据设计要求，该系统的硬件设计按功能主要分为：

电源模块、检测模块、单片机控制模块、电机控制模块。

其中，AT89C2051单片机是整个电路的核心。

附图1就是汽车自动雨刷控制系统总电路图。

在本章下面的几个小节中，我们根据附图1所示的硬件设计图，对各个模块的主要的一些电路进行详细的设计和分析。

2.1电源电路的设计与分析

稳压电源的输出电压UO和最大输出电流IOmax是它的特性指标，这两个指标决定了该电源的适用范围，同时也决定了稳压器的特性指标以及如何选择变压器、整流管和滤波电容。

而输出电阻、纹波电压、温度系数是稳压电源的质量指标，它们决定了稳压器的稳压系数、输出阻抗、温度系数和滤波电容的选择。

图2.1稳压电源原理图

因为系统是由单片机直接控制处理，其稳定的电压是十分重要的，所以我们设计了一个稳压电源，如图2.1所示，本设计中控制部分的逻辑元件需要+5V的直流电，而我们设计使用的步进电动机的额定电压为12V。

这样我们就需要两个直流电源。

为解决这个问题，我们采用双路输出的直流稳压电源。

直流稳压电源又分成线性直流稳压电源和开关型直流稳压电源，因为线性直流稳压电源电路成熟，稳定度高，文波小，干扰小而且。

2.2中央控制器——AT89C2051

AT89C2051是由ATMEL公司推出的一种小型单片机。

95年出现在中国市场。

其主要特点为采用Flash存贮器技术，降低了制造成本，其软件、硬件与MCS-51完全兼容，可以很快被中国广大用户接受，其程序的电可擦写特性，使得开发与试验比较容易。

2.2.1AT89C2051的特点

AT89C2051的性能结构上是一个功能强大的单片机，它将AT89C51的P0口、P2口、EA/Vcc、ALE/PROG、口线简化后，形成的一种仅20个引脚的单片机，相当于INTEL8031的最小应用系统。

这对于一些不太复杂的控制场合，仅用一片AT89C2051就足够了。

由于将多功能的8位CPU和2KB闪速存储器以及模拟电压比较器集成到单个芯片上，从而成为一种多功能的微处理器，这为许多嵌入式控制提供了一种极佳的方案，使传统的51系列单片机的体积大、功耗大、可选模式少等诸多困扰设计工程师们的致命弱点不复存在。

AT89C2051的主要特点：

2K字节闪速可编程可擦除只读存储器（FLASHEEPROM）和128bytes的随机存取数据存储器（RAM）,可重复擦写10000次，数据保存时间10年，工作电压范围：

2.7～6V,工作频率：

0～24MHz,15根可编程I/O引线，2个16位定时器/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行口，一个精密模拟比较器，两级程序加密，输出口可直接驱动LED显示，低功耗的闲置和调电保护工作方式，以及片内振荡器和时钟电路。

由于AT89C2051单片机功能强劲，且体积小（芯片只有20个引脚），所以它在许多嵌入式和便携式测控系统中得到广泛应用，如机电式或电子式电度表，测速仪等智能仪器。

总结

本设计是采用一个单片机、雨量传感器来对汽车自动雨刷控制系统的设计与制作，并有效的进行控制输出，它具有集成化，智能化，高精度，高性能，高可靠性和低价格等优点，是一个值得推广的一种方法。

通过查阅网络与图书馆搜集到的资料，与生活中汽车雨刷控制原理相结合，设计出了这一汽车自动雨刷系统的主要硬件结构和软件结构，基本完成了课题的要求，但是由于设计的理论基础尚浅，对课题的研究经验还不成熟，使得在技术的解决与运用上显得粗糙了一些，在某些技术关键上的叙述不能达到详细、精辟。

但是这个系统的设计却不缺乏自己的特点和创新点，特归纳为以下几点：

⑴本设计运用步进电机取代传统的雨刷电机，从而使控制精度增加，响应速度快，抗干扰能力强，外围电路简单易懂。

⑵运用单片机控制系统，程序固化了，使系统更加稳定。

⑶雨水感应式自动雨刷控制系统使驾驶员免除手动操作雨刷的麻烦，有效地提高了雨天行车的安全性。

⑷因为整个系统可集成在一个芯片上，因此体积小，功耗低

由于考虑到了成本使用的问题，在硬件上使用了AT89C2051单片机；在软件上，充分利用了AT89C2051的强大功能，实现了信息的快速处理和控制、显示功能，能精确检测。

该系统的应用有助于减减少驾驶员的重复操作，提高驾驶的舒适度。

参考文献

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