汽车行业汽车雨刮器的自动控制系统设计与实现.docx

1、 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

2、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 Car Wiper Blade Design and Implementation of

3、Automatic Control System Design Description The design of the automatic wipers is improved further in the traditional manual based on.Automatic wiper with rain sensor as the detector size induced precipitation,the induction signal is sent to the single chip microcomputer.reversing and turning freque

4、ncy automatic adjusting motor through the control of the software driver.The design is based on the 40pin of the mic AT89S52.That use of ULN2003AN to drive the stepper motor driver chip design operation.The pulse width modulation cshopper driver mode.Thus greatly overcome the noise when the motor wo

5、rk in the low frequency,vibration faults.Provide comfort 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 improper.At the same time also greatly improve the comprehensiveness and reliability of automo

6、bile windshield wiper.In intelligent windscreen wiper system of automobile,As the problem of technics,rotate speed of two electro motors are not the same completely,so there are the problems that two wiper blades swing ansynchronous.In the thesis,a intelligent windscreen wiper system of automobile b

7、ased on fuzzy control is presented,by analyzing fuzzy control theory and synchronous swing rules of windscreen wiper.The speed error and its change were used as fuzzy stable variable.According to a set of fuzzy rules,the output variable was selected to control the PWM switch.In this way,the PWM tech

8、nique was used to drive the DC motor and control windscreen wiper to swing synchronously.windscreen keywords：rain sensor;Stepper motor;MCU;wiper 1.绪论 1 1.1概述 1 1.2研究背景 1 1.3国内外研究现状 2 1.4研究意义 3 2.总体设计方案 4 2.1自动雨刷控制系统设计思路 4 2.2设计原理 4 2.3系统组成 5 231单片机的比较与选择 5 232 STC12c5a60s2 功能特性概述 6 2.4雨滴传感器的分类 8 241

9、压电振子原理的雨滴传感器 8 2.4.2雨滴传感器种类 9 243光量变化的雨滴传感器 9 244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 1.2 2.6刮水电机 1.3.2.6.1刮水电机型号的编制方法 1.3 2.6.2减速器的结构特点 1.4.6.2.3刮水电机的控制电路分析 1.5 3.智能雨刮器的硬件组成及其芯片介绍 1.8 3.1STC89C52 的时钟电路和复位电路 18 3.2A/D 转换电路 1.9.3.2.1ADC0832 芯片介绍 1.9.3.2.2ADC0832 芯片电路 21

10、.3.2液晶显示电路 21.321 1602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 26 3.6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 29 4.3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 3.1 5.系统调试 33.5.1元器件的选择与测量 3.3.5.

11、2元件的焊接与组装 33.5.3程序烧录 34 5.4 KEIL 运行 35 5.5运行结果 35 6.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

12、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

13、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

14、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

15、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

16、、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