模拟电动汽车控制器设计自动雨刮器电路设计(附件)
雨刮器是汽车的一个重要部件，它在阴雨天时，为汽车司机保驾护航。本文讨论了一种基于STM32的模拟汽车控制器的自动雨刮器设计。设计部分主要包括雨量传感器部分、STM32的数据采集处理部分、步进电机控制部分和加热装置控制部分。STM32主控芯片通过雨量传感器来判断雨量的大小，从而控制步进电机的转速和加热装置的功率。同时利用光电传感器检测雨刷是否处于起始位置，并在系统上电时及时作出调整。最后进行软硬件联调，实验结果验证了系统的可行性。关键词 雨刮器，雨量传感器，步进电机，光电检测目录
1绪论 1
1.1 课题背景与意义 1
1.2 国内外研究状况 1
2 总体设计 2
2.1 主控芯片选择 3
2.2 雨量传感器设计方案及选择 5
2.3 步进电机及驱动选择 6
2.4 加热装置设计 7
2.5 雨刮器轨迹设计 7
3 硬件设计 8
3.1 STM32的最小系统电路设计 9
3.2 雨量传感器电路设计 11
3.3 电机驱动电路设计 11
3.4 电源电路设计 12
3.5 光电检测电路设计 12
3.6 加热装置电路设计 13
4 软件设计 14
4.1 雨量采集部分 15
4.2 电机驱动部分 17
4.3 电阻加热部分 20
5 系统调试 21
5.1 电阻式雨量传感器调试 21
5.2 功率指示灯调试 22
5.3 光电传感器调试 23
5.4 系统整体调试 23
结 论 25
致 谢 26
参 考 文 献 27
1绪论
1.1 课题背景与意义
随着经济的发展，我国人均汽车拥有量逐年上升，然而，随之而来的交通事故的发生也越来越频繁，尤其是在阴雨、大雾等恶劣天气的影响下，交通安全问题也日益突出。为此，无论是中小型汽车，还是大型的卡车，在前挡风玻璃处都配有一对用于清扫水雾的雨刮器，在下雨或者下雪天时，雨刮器就会不停地清扫车窗上的水
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r /> 参 考 文 献 27
1绪论
1.1 课题背景与意义
随着经济的发展，我国人均汽车拥有量逐年上升，然而，随之而来的交通事故的发生也越来越频繁，尤其是在阴雨、大雾等恶劣天气的影响下，交通安全问题也日益突出。为此，无论是中小型汽车，还是大型的卡车，在前挡风玻璃处都配有一对用于清扫水雾的雨刮器，在下雨或者下雪天时，雨刮器就会不停地清扫车窗上的水雾或积雪，从而为司机提供清晰的视野，减少雨雪天气导致的交通事故的发生。因此可以说，汽车雨刮直接影响了乘车人员的财产和生命安全[1]。
传统的电动雨刮器由电机、减速器、刮水杆(片)、四连杆机构、刮水臂心轴等五大部件组成[2]。当下雨时，司机可以启动雨刮器，这时电机便会按照设置的路径转动，同时带动连杆和刮水片实现对车窗上的雨水的清扫。
然而，即使诞生了雨刮器来清扫汽车的挡风玻璃，许多由于阴雨等恶劣天气而导致的交通事故还是频繁发生。仔细分析不难发现，现在市场上通用的雨刮器存在着一个大的缺陷，那就是，虽然这些雨刮器可以清扫雨水，但是其工作方式简单，并不能做到实时监测是否有雨，以及雨量是什么等级。这就使得汽车司机需要手动开启和关闭雨刮器，同时，雨刮器不能根据雨量的大小调整雨刮器清扫雨水的速度，也就是说传统的雨刮器控制系统都是开环控制的，没有实时的检测和反馈环节，无法减轻司机的负担，从而导致其在雨天开车时容易分神，极易酿成交通事故。
因此，能够根据雨量大小自动调节摆动速度，并且根据模拟装置的形状确定运行轨迹，确定始点和终点的新型雨刮器，对于保持车窗的清晰度，始终为司机提供一个良好的视野，同时保证汽车司机可以专心致志地开车，避免交通事故的发生，增加驾车的舒适度具有十分重要的意义。
本文论述了一种集传感器系统和控制系统为一体的雨刮器闭环控制方案，实现雨刮器的自动控制。
1.2 国内外研究状况
市面上的雨刮器按照不同的划分方式可以分为很多种，按照雨刮器所在位置划分，有顶置式、底置式、侧置式、前后置式和内外置式等；按雨刷摆动范围划分，有局部雨刮器、整体雨刮器和单双面雨刮器；按照雨刮器摆动的方式划分，有四杆机构左右摆动式雨刮器、导轨式直线式雨刮器和弧线运动式雨刮器；按雨刷的制作材料划分，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。我国现阶段的雨刮器发展现状是新产品喜忧参半，老产品一统天下[3]。
在我国，新型智能雨刮器的发展才刚刚起步。目前，在能够根据雨量大小自动做出调整的新型雨刮器系统中，起着关键作用的是能够将雨量大小转换为电参的雨量传感器，它架起了外界物理量与现代电子控制系统之间的桥梁。
目前，机车专用的雨量传感器按照其原理划分主要有4种，分别为电容式、红外散射式、压电振子式和水滴电阻式，电容式雨量传感器是在汽车挡风玻璃的内侧放置了一个具有固定形状和电容分布的金属电极，当有雨滴落在汽车前挡风玻璃上时，该金属电极的电容量就会发生改变，根据电容的变化即可判断雨量的大小；红外散射式雨量传感器利用的是红外线的全反射原理，下雨时，落在挡风玻璃上的雨滴对从传感器发出的红外线产生散射作用，而返回到接收端的光线就会变弱，从而判断是否下雨、雨量大小[4-5]。压电振子式雨量传感器中的压电振子的工作原理为根据压电效应将机械位移转变成与之成一定关系的电信号，当有雨滴落在传感器上时，其冲击量将会转变成电压波形的形式，传感器输出的电压值传送到雨刮控制器。电压波形的积分值与雨刮器的速度值呈一定的关系，这样便实现了对雨刮器速度的控制。水滴电阻式雨量传感器在没有接触到雨水时有一个固定的电阻值，而当处于潮湿的环境中时，其阻值便会减小，而与它串联的电阻的分压便会增大，从而实现雨量大小跟输出电压成正比
雨量传感器通过自动控制刮水系统，保持前挡风玻璃始终干洁，增强了驾驶员的可见度，同时保证驾驶员可以专心、集中精力开车，去除了事故隐患，增加了驾车的舒适度，得到了越来越多的市场关注[6]。
2 总体设计
本文研究了一种能够根据雨量大小自动调整速度并选择开启和关闭的新型雨刮器，实现当检测到有雨滴时能够自动开启雨刮器，并自行判断雨量大小由此来选择雨刮器清扫雨滴的速度和加热装置的发热功率，辅助雨刮器更加快速地清扫挡风玻璃上的雨水。另外，本课题研究的新型雨刮器能够在上电时自行调整到初始位置，防止因外力导致雨刮器在不工作时而摆动至挡风玻璃中间，影响司机的视野。
在控制系统中，主控芯片选择为意法半导体公司的以ARM Cortex-M3为内核，拥有数字信号处理、实时时钟、低功耗等众多特性的STM32F103VET6处理器芯片，雨刮器选择用步进电机控制。电阻式雨量传感器根据雨量的大小输出0~3.3V之间的电压，STM32单片机的ADC外设对传感器的输出电压进行A/D转换，并根据转换后的12位二进制数值计算出该电压的十进制数值。我们在0~3.3V之间将雨量大小划分为四个等级，并
1绪论 1
1.1 课题背景与意义 1
1.2 国内外研究状况 1
2 总体设计 2
2.1 主控芯片选择 3
2.2 雨量传感器设计方案及选择 5
2.3 步进电机及驱动选择 6
2.4 加热装置设计 7
2.5 雨刮器轨迹设计 7
3 硬件设计 8
3.1 STM32的最小系统电路设计 9
3.2 雨量传感器电路设计 11
3.3 电机驱动电路设计 11
3.4 电源电路设计 12
3.5 光电检测电路设计 12
3.6 加热装置电路设计 13
4 软件设计 14
4.1 雨量采集部分 15
4.2 电机驱动部分 17
4.3 电阻加热部分 20
5 系统调试 21
5.1 电阻式雨量传感器调试 21
5.2 功率指示灯调试 22
5.3 光电传感器调试 23
5.4 系统整体调试 23
结 论 25
致 谢 26
参 考 文 献 27
1绪论
1.1 课题背景与意义
随着经济的发展，我国人均汽车拥有量逐年上升，然而，随之而来的交通事故的发生也越来越频繁，尤其是在阴雨、大雾等恶劣天气的影响下，交通安全问题也日益突出。为此，无论是中小型汽车，还是大型的卡车，在前挡风玻璃处都配有一对用于清扫水雾的雨刮器，在下雨或者下雪天时，雨刮器就会不停地清扫车窗上的水
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
r /> 参 考 文 献 27
1绪论
1.1 课题背景与意义
随着经济的发展，我国人均汽车拥有量逐年上升，然而，随之而来的交通事故的发生也越来越频繁，尤其是在阴雨、大雾等恶劣天气的影响下，交通安全问题也日益突出。为此，无论是中小型汽车，还是大型的卡车，在前挡风玻璃处都配有一对用于清扫水雾的雨刮器，在下雨或者下雪天时，雨刮器就会不停地清扫车窗上的水雾或积雪，从而为司机提供清晰的视野，减少雨雪天气导致的交通事故的发生。因此可以说，汽车雨刮直接影响了乘车人员的财产和生命安全[1]。
传统的电动雨刮器由电机、减速器、刮水杆(片)、四连杆机构、刮水臂心轴等五大部件组成[2]。当下雨时，司机可以启动雨刮器，这时电机便会按照设置的路径转动，同时带动连杆和刮水片实现对车窗上的雨水的清扫。
然而，即使诞生了雨刮器来清扫汽车的挡风玻璃，许多由于阴雨等恶劣天气而导致的交通事故还是频繁发生。仔细分析不难发现，现在市场上通用的雨刮器存在着一个大的缺陷，那就是，虽然这些雨刮器可以清扫雨水，但是其工作方式简单，并不能做到实时监测是否有雨，以及雨量是什么等级。这就使得汽车司机需要手动开启和关闭雨刮器，同时，雨刮器不能根据雨量的大小调整雨刮器清扫雨水的速度，也就是说传统的雨刮器控制系统都是开环控制的，没有实时的检测和反馈环节，无法减轻司机的负担，从而导致其在雨天开车时容易分神，极易酿成交通事故。
因此，能够根据雨量大小自动调节摆动速度，并且根据模拟装置的形状确定运行轨迹，确定始点和终点的新型雨刮器，对于保持车窗的清晰度，始终为司机提供一个良好的视野，同时保证汽车司机可以专心致志地开车，避免交通事故的发生，增加驾车的舒适度具有十分重要的意义。
本文论述了一种集传感器系统和控制系统为一体的雨刮器闭环控制方案，实现雨刮器的自动控制。
1.2 国内外研究状况
市面上的雨刮器按照不同的划分方式可以分为很多种，按照雨刮器所在位置划分，有顶置式、底置式、侧置式、前后置式和内外置式等；按雨刷摆动范围划分，有局部雨刮器、整体雨刮器和单双面雨刮器；按照雨刮器摆动的方式划分，有四杆机构左右摆动式雨刮器、导轨式直线式雨刮器和弧线运动式雨刮器；按雨刷的制作材料划分，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。我国现阶段的雨刮器发展现状是新产品喜忧参半，老产品一统天下[3]。
在我国，新型智能雨刮器的发展才刚刚起步。目前，在能够根据雨量大小自动做出调整的新型雨刮器系统中，起着关键作用的是能够将雨量大小转换为电参的雨量传感器，它架起了外界物理量与现代电子控制系统之间的桥梁。
目前，机车专用的雨量传感器按照其原理划分主要有4种，分别为电容式、红外散射式、压电振子式和水滴电阻式，电容式雨量传感器是在汽车挡风玻璃的内侧放置了一个具有固定形状和电容分布的金属电极，当有雨滴落在汽车前挡风玻璃上时，该金属电极的电容量就会发生改变，根据电容的变化即可判断雨量的大小；红外散射式雨量传感器利用的是红外线的全反射原理，下雨时，落在挡风玻璃上的雨滴对从传感器发出的红外线产生散射作用，而返回到接收端的光线就会变弱，从而判断是否下雨、雨量大小[4-5]。压电振子式雨量传感器中的压电振子的工作原理为根据压电效应将机械位移转变成与之成一定关系的电信号，当有雨滴落在传感器上时，其冲击量将会转变成电压波形的形式，传感器输出的电压值传送到雨刮控制器。电压波形的积分值与雨刮器的速度值呈一定的关系，这样便实现了对雨刮器速度的控制。水滴电阻式雨量传感器在没有接触到雨水时有一个固定的电阻值，而当处于潮湿的环境中时，其阻值便会减小，而与它串联的电阻的分压便会增大，从而实现雨量大小跟输出电压成正比
雨量传感器通过自动控制刮水系统，保持前挡风玻璃始终干洁，增强了驾驶员的可见度，同时保证驾驶员可以专心、集中精力开车，去除了事故隐患，增加了驾车的舒适度，得到了越来越多的市场关注[6]。
2 总体设计
本文研究了一种能够根据雨量大小自动调整速度并选择开启和关闭的新型雨刮器，实现当检测到有雨滴时能够自动开启雨刮器，并自行判断雨量大小由此来选择雨刮器清扫雨滴的速度和加热装置的发热功率，辅助雨刮器更加快速地清扫挡风玻璃上的雨水。另外，本课题研究的新型雨刮器能够在上电时自行调整到初始位置，防止因外力导致雨刮器在不工作时而摆动至挡风玻璃中间，影响司机的视野。
在控制系统中，主控芯片选择为意法半导体公司的以ARM Cortex-M3为内核，拥有数字信号处理、实时时钟、低功耗等众多特性的STM32F103VET6处理器芯片，雨刮器选择用步进电机控制。电阻式雨量传感器根据雨量的大小输出0~3.3V之间的电压，STM32单片机的ADC外设对传感器的输出电压进行A/D转换，并根据转换后的12位二进制数值计算出该电压的十进制数值。我们在0~3.3V之间将雨量大小划分为四个等级，并
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