汽车行业汽车雨刮器的自动控制系统设计与实现.docx

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汽车行业汽车雨刮器的自动控制系统设计与实现汽车行业汽车雨刮器的自动控制系统设计与实现汽车雨刮器的自动控制系统设计与实现设计总说明设计总说明本次设计的汽车自动雨刷省去了人为手动操作雨刷的问题，能够自动感应雨量并进行相应的工作。

自动雨刷用雨滴传感器作为检测器来感应雨量的大小，把感应信号传给单片机，通过软件的控制驱动芯片自动调节电机的正反转与转动频率。

此次设计采用40引脚的单片机AT89S52，设计中运用ULN2003AN驱动芯片来驱动步进电机的运转，克服了电机在低频工作时的噪音大，震动大的缺点。

本次设计在一定的程度上为驾驶者提供了舒适性和安全性的保障，避免了由于驾驶者手动操作雨刷的不当而带来的交通安全问题，同时也大大的提高了汽车雨刷的全面性与可靠性。

在汽车智能雨刮系统中由于两个雨刮电机的转速不可能完全一样，就存在两个雨刮摆动不同步的问题。

本文在分析了模糊控制理论及雨刮同步摆动规则的基础上，提出了一种基于模糊控制的汽车智能雨刮系统。

该系统将转速偏差和转速偏差变化量模糊化为模糊控制器的输入语言变量，根据所制定的一套模糊控制规则来选择控制PWM的输出语言变量，并以此通过脉宽调制技术来驱动直流电机，使两个雨刮同步摆动。

关键词：

雨滴传感器；步进电机；单片机；雨刮器CarWiperBladeDesignandImplementationofAutomaticControlSystemDesignDescriptionThedesignoftheautomaticwipersisimprovedfurtherinthetraditionalmanualbasedon.Automaticwiperwithrainsensorasthedetectorsizeinducedprecipitation,theinductionsignalissenttothesinglechipmicrocomputer.reversingandturningfrequencyautomaticadjustingmotorthroughthecontrolofthesoftwaredriver.Thedesignisbasedonthe40pinofthemicAT89S52.ThatuseofULN2003ANtodrivethesteppermotordriverchipdesignoperation.Thepulsewidthmodulationcshopperdrivermode.Thusgreatlyovercomethenoisewhenthemotorworkinthelowfrequency,vibrationfaults.Providecomfortandsafelyguaranteethisdesigninacertainextentforthedriver,toavoidthetrafficsafetyproblemcausedbythedrivermanuallyoperatedwiperimproper.Atthesametimealsogreatlyimprovethecomprehensivenessandreliabilityofautomobilewindshieldwiper.Inintelligentwindscreenwipersystemofautomobile,Astheproblemoftechnics,rotatespeedoftwoelectromotorsarenotthesamecompletely,sotherearetheproblemsthattwowiperbladesswingansynchronous.Inthethesis,aintelligentwindscreenwipersystemofautomobilebasedonfuzzycontrolispresented,byanalyzingfuzzycontroltheoryandsynchronousswingrulesofwindscreenwiper.Thespeederroranditschangewereusedasfuzzystablevariable.Accordingtoasetoffuzzyrules,theoutputvariablewasselectedtocontrolthePWMswitch.Inthisway,thePWMtechniquewasusedtodrivetheDCmotorandcontrolwindscreenwipertoswingsynchronously.windscreenkeywords：

rainsensor;Steppermotor;MCU;wiper1.绪论11.1概述11.2研究背景11.3国内外研究现状21.4研究意义32.总体设计方案42.1自动雨刷控制系统设计思路42.2设计原理42.3系统组成5231单片机的比较与选择5232STC12c5a60s2功能特性概述62.4雨滴传感器的分类8241压电振子原理的雨滴传感器82.4.2雨滴传感器种类9243光量变化的雨滴传感器9244红外雨滴传感器的原理1.0.2.5显示元件选择1.0.2.5.1液晶显示简介.10.2.5.LCD1602的基本参数及引脚功能1.22.6刮水电机1.3.2.6.1刮水电机型号的编制方法1.32.6.2减速器的结构特点1.4.6.2.3刮水电机的控制电路分析1.53.智能雨刮器的硬件组成及其芯片介绍1.83.1STC89C52的时钟电路和复位电路183.2A/D转换电路1.9.3.2.1ADC0832芯片介绍1.9.3.2.2ADC0832芯片电路21.3.2液晶显示电路21.3211602液晶简介21.322液晶引脚说明22.3.2.3液晶显示模块电路22.3.3雨滴传感器电路设计2.3.3.4电机控制的硬件设计2.4.3.5发射模块25.3.5.1发射管25.3.5.2由555定时器构成的多谐振荡器263.6接收模块27.3.6.1红外接收管27.3.6.2带通滤波器28.4.软件设计29.4.1程序语言及开发环境2.9.4.2智能雨刮器的主程序流程图设计294.3雨滴传感器的流程图设计30.4.4智能雨刮器电机控制的流程图设计3.15.系统调试33.5.1元器件的选择与测量3.3.5.2元件的焊接与组装33.5.3程序烧录345.4KEIL运行355.5运行结果356.总结37.致谢38.参考文献39.附录41.附录I电路原理图.4.1.附录U程序42.1.绪论绪论1.1概述概述雨刮器属汽车附件，是汽车安全行驶的重要部件，用于消除挡风玻璃、后窗玻璃及大灯玻璃上的雨雪和灰尘等，以保证玻璃透明清晰。

在汽车智能雨刮系统中由于两个雨刮电机的转速不可能完全一样，就存在两个雨刮摆动不同步的问题。

本文在分析了模糊控制理论及雨刮同步摆动规则的基础上，提出了一种基于模糊控制的汽车智能雨刮系统。

该系统将转速偏差和转速偏差变化量模糊化为模糊控制器的输入语言变量，根据所制定的一套模糊控制规则来选择控制PWM的输出语言变量，并以此通过脉宽调制技术来驱动直流电机，使两个雨刮同步摆动。

汽车工业是国民经济发展的支柱产业之一，现代汽车正从一种单纯的交通工具朝着满足人们需求、安全、节能和环保的方向发展。

为了满足人们对汽车日益提高的要求，汽车研发及生产机构必然要将越来越多的电子产品引入到汽车上，智能控制系统也成为汽车革新的主要内容1.2研究背景研究背景随着当今社会经济的迅速发展，对汽车性能的追求则在不断的提升，随着汽车制造业不断的创新，汽车中安装了越来越多自动控制系统，增加了汽车的安全性与舒适性，据统计，在雨天行车，世界上因为驾驶员对雨刷的操作不当而带来的交通事故占6%之多。

所有自动雨刷系统的安装对于汽车来说是十分重要的。

自动雨刷控制系统免去了驾驶员手动调节雨刷的麻烦，有效的提高了在雨天驾驶的安全性与可靠性；同时，也避免了因为路边积水溅在挡风玻璃上，驾驶员来不及操作而恐慌造成的交通事故。

雨刮器属汽车附件，是汽车安全行驶的重要部件，用于消除挡风玻璃、后窗玻璃及大灯玻璃上的雨雪、灰尘和水泥等，以保证玻璃透明清晰。

第一个发明电动刮水器的是德国博世公司，博世将它作为“博世最年幼的产品”加入到博世的产品家族。

自那以后，这个婴儿逐渐成长，从单纯的刮片发展到二十一世纪初的风窗玻璃之星无支架的刮水器。

在汽车的驾驶史上，对风窗玻璃的清洁问题解决开始得比较晚。

汽车从只有平添驾驶发展到成为全天候的驾驶。

技术变化最大是在二战以后，伴随着大规模机械的出现。

风窗玻璃洗涤器、间歇开关、后窗刮水器和可加热喷水器保证了驾驶时的视野清晰与行车安全。

伴随着其他一些技术革新，比如雨滴传感器、可变位刮水臂、刮水器的出现，就更扩大了刮拭的范围，刮水器成为了一个复杂的系统。

1.3国内外研究现状国内外研究现状国内外许多汽车厂商以雨水传感器为基础的自动雨刷控制系统，不是格昂贵就是系统不完善，反映不灵敏。

现今，则主要是把用雨水传感器检测出来的雨量大小的信号转变成电信号，然后传递给单片机，通过软件的控制来控制电机驱动芯片从而带动电机的旋转。

目前市场上的雨量传感器大都分为以下两种：

利用电阻压变，光强变化的传感器与各种信号控制器连接，来控雨刷电机的转动。

前一种是把传感器直接装在汽车挡风玻璃的外侧，雨滴直接落在传感器上来感应雨量的大小；后一种则是安装在挡风玻璃内侧，由光照引起的折射强度的变化来检测雨量的大小。

因为汽车雨刷主要功能是刮除挡风玻璃上的水渍及污垢，给驾驶者提供一个清晰的视野，所以自动雨刷系统属于必须的安全设备。

主动性安全系统是每个汽车系统工程师努力目标之一，雨刷系统是每辆车上为保证挡风玻璃清晰的唯一选择。

而此次设计的自动雨刷，乃目前各车厂投注心力的开发方向雨刮器总成含有电动机、减速机、四连杆机构、刮水臂心轴、挂水片总成等。

当司机按下雨刮器的开关时，电动机启动，电动机的转速经过蜗轮蜗杆的减速增扭作用驱动摆臂，摆臂带动四连杆机构、四连杆机构带动安装在前围板上的转轴左右摆动，最后由转轴带动雨刮片刮扫挡风玻璃。

雨刮器的种类很多,按安装位置分,有顶置、底置、侧置、前后置和内外置等;按雨刮范围分,有局部雨刮、整体雨刮、单面雨刮和双面雨刮;按运动方式分,有四杆机构左右摆动式、导轨式直线和弧线运动式;按制作材料分,有普通黑胶体雨刮器、透明塑料体雨刮器和磁性体雨刮器。

目前,车辆上广泛使用的是曲柄连杆机构黑胶体雨刮器。

国外对汽车电动雨刮器的性能要求：

1、耐久性能美国标准1975年SAEJ903b推荐

（1）总成耐久试验2）刮片耐久试验3）橡胶片耐久试验日本标准1976年JISD5710推荐

（1）橡胶片耐久试验

（2）总成耐久试验试验后摇臂的压力变化和试验前相比应在15%以内,摇臂和刮片的各部分不应有明显的松弛、松动（配合、间隙等）或其他有害缺陷的产生。

2、强度性能美国标准1975年SAEJ903b推荐在刮动过程中阻挡摇臂15秒，试验后应仍能正