汽车雨量控制雨刮系统设计(附件)
随着汽车工业和科技的发展，我国的汽车越来越多，交通也会日益拥堵。然而我国又是一个多雨的国家，在雨天行驶的车辆会很多。尽管汽车上多有雨刮，但大多数都是手动雨刮。在雨天会给驾驶员的驾驶增加难度，从而会引起交通事故。本文会对汽车雨量控制雨刮系统进行研究，通过雨量传感器感知雨量的大小，雨量传感器将电信号传给单片机，单片机对电信号进行分析和处理，再将脉冲信号传给电机，控制电机转速，实现自动雨刮。雨量传感器选用电容式雨滴传感器。雨刮系统控制方案为单片机步进电机调速系统，整体电路包含晶振电路、电源指示电路、按键电路、LCD液晶显示电路、电机调速驱动电路几大部分构成。
关键字 汽车，雨量传感器，控制器，单片机,设计
目 录
1 绪论 2
1. 1研究背景 2
1. 2 国内外现状 2
1.2.1 国外研究现状 3
1.2.2 国内研究现状 6
2 传感器设计 7
2. 1汽车雨量传感器工作原理 7
2.1.1电容式雨量传感器 8
2.1.2热电偶式雨量传感器 8
2.1.3红外反射式雨量传感器 9
2.1.4基于图像处理的雨量传感器 10
2. 2传感器方案选择 10
3 控制器设计 11
3. 1设计方案分析 11
3.1.1芯片AT89S52的性能及其常用参数的分析 11
3.1.2按键电路方案的设计 13
3.1.3显示电路设计 13
3.1.4电机调速电路设计分析 14
3. 2硬件电路设计 14
3.2.1单片机晶振电路设计 14
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3.2.3单片机按键电路设计 16
3.2.4电机驱动电路设计 17
3.2.5电源指示电路设计 17
3.2.6LED液晶显示电路设计 18
3.2.7整体电路设计 18
4 系统功能说明 19
5实验测试...................................................................................................................19
结 论 22
致 谢 23
参考文献 24
附录A 实物图 26
附录B 程序代码 27
1 绪论
1. 1研究背景
现在汽车工业是国民经济发展的支柱产业之一，汽车正从一种单纯的交通工具朝着满足人们需求和安全、节能、环保等方向发展。
汽车雨刷系统是汽车的重要安全设备之一。在传统机械雨刷系统中,驾驶者需要手动控制雨刷器速度转换开关,通过改变雨刷速度, 快速清除附着在挡风玻璃上的雨水;然而,手动切换雨刷器开关,必然影响驾驶员注意力,造成不必要的危险,据统计，雨天行车有 7 % 的事故是由于驾驶员手动操作雨刷系统引起的。采用智能雨刷控制系统使驾驶员免除手动操作雨刷的麻烦，有效地提高了驾驶员雨天行车的安全[1]。国内外汽车厂商研制以雨水传感器为基础的汽车智能雨刷控制系统，来代替传统的雨刷器[2]。
1. 2 国内外现状
雨量传感器通过自动检测降雨的强度，利用先进的传感技术、模拟信号处理
技术、模式识别、预测控制算法，实时检测、分析、判断、控制刮水系统在合适的模式下工作,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。国内外许多汽车厂商研制以雨量传感器为基础的汽车雨刮器控制系统，来代替传统的人工控制的雨刮器。
雨量传感器还可以集成其他各种传感功能，如自动灯光传感器、阳光传感器、
湿度传感器、雾传感器等。雨量传感器要求对挡风玻璃刮水系统、前照灯控制系统、传感视觉系统以及软件算法等有较高的技术积累和测试经验, 市场对传感器的依赖程度不断增加, 使得对传感器的可靠性、安全性要求逐步提高。同时市场对传感器的外观、安装方式、工作方式提出了新的要求, 在提高性能的前提下, 尽可能对整车外观、驾驶视觉效果没有任何影响。
1.2.1 国外研究现状
在国外主要是由博世、电装、科世达、天合、法雷奥等一些大型供应商在生产车用雨量传感器。
博世公司第三代雨量传感器继承了以往的所有功能，提高了安全性和舒适性，其固定在挡风玻璃内侧，依据检测到的雨量大小，自动控制刮水器工作在最合理、最有效的刮水档位，能在120毫秒内响应突然溅起的泥水，能识别出挡风玻璃上的灰尘，避免受灰尘的影响集成了光线传感器，支持串行网络接口，外观如图1.1所示。
电装公司用于自动刮水系统的雨量传感器如图1.2所示，安装在前挡风玻璃上，采用红外方式检测雨量，接收来自雨量传感器的信号， 驱动刮水电动机以合,适的速度刮水，依据传感器感知雨量的大小，可以工作在停止、间歇、低速、高速，传感器刮水系统可以根据实际情况提高传感器探测的灵敏度，在保证可见度的前提下尽可能地提高安全性和舒适度，传感器具有较大的探测区域。
科世达新一代雨量传感器同时集成了光传感器，如图1.3所示，采用了最新设计的光学部件，优化的电子设计大大提高了传感器的功能和性能，可以通过车身控制器自动控制前刮水器，并根据环境光照情况开/关前照灯，还可以根据客户的实际需要，集成阳光传感器、结露检测传感器，基于成像技术的传感器可以集成更多的与舒适、安全性相关的功能。
天合雨量传感器如图1.4所示，安装在挡风玻璃后面，依靠红外检测和专利伺服控制技术，雨量传感器依靠伺服技术不断适应环境条件的变化，需要与刮水控制模块通信来启动刮水电动机，并依据检测到的雨量大小控制刮水器自动工作，其还可以自动匹配、适应不同的挡风玻璃。
法雷奥雨量传感器如图1.5所示，它同时集成了光传感器，可以自动激活整车刮水、灯光系统，光传感器依据准确检测环境光线的强弱, 可以将光线变化区分成不同的模式: 白天、夜晚、隧道、预变化、下雨、车库或者树荫等，光传感器可以检测并预测光线，切换并及时打开/关掉前照灯，而雨量传感器则根根据雨量大小调整自动刮水器的刮水速度。
海拉雨量传感器电子模块与内视镜供应商合作, 除了雨量/灯光功能外加入了其他功能, 如阳光传感器、湿度传感器或成像系统, 可以在功能、外形尺寸、成本、品质等诸多方面满足客户不断增长的需求，雨量传感器采用红外IR发射、接收器来确定前挡风玻璃上的湿度，可以在间歇周期可调的单次刮水和合适速度的连续刮水之间切换，其产品外观如图1.6所示。
图 1.1 博世雨量传感器
图 1.2 电装雨量传感器
图 1.3 科世达雨量传感器
图 1.4 天合雨量传感器
32个双向I/O口 256x8bit内部RAM
3.1.4电机调速电路设计分析
电机调速电路是该系统中的最主要部分，其中有两种方案：
方案一：采用LM298电机专用驱动芯片，可调电压范围宽，控制过程简单，但只能进行正传或反转控制，而无法实现正反转的控制过程。
1 绪论 2
1. 1研究背景 2
1. 2 国内外现状 2
1.2.1 国外研究现状 3
1.2.2 国内研究现状 6
2 传感器设计 7
2. 1汽车雨量传感器工作原理 7
2.1.1电容式雨量传感器 8
2.1.2热电偶式雨量传感器 8
2.1.3红外反射式雨量传感器 9
2.1.4基于图像处理的雨量传感器 10
2. 2传感器方案选择 10
3 控制器设计 11
3. 1设计方案分析 11
3.1.1芯片AT89S52的性能及其常用参数的分析 11
3.1.2按键电路方案的设计 13
3.1.3显示电路设计 13
3.1.4电机调速电路设计分析 14
3. 2硬件电路设计 14
3.2.1单片机晶振电路设计 14
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
3.2.3单片机按键电路设计 16
3.2.4电机驱动电路设计 17
3.2.5电源指示电路设计 17
3.2.6LED液晶显示电路设计 18
3.2.7整体电路设计 18
4 系统功能说明 19
5实验测试...................................................................................................................19
结 论 22
致 谢 23
参考文献 24
附录A 实物图 26
附录B 程序代码 27
1 绪论
1. 1研究背景
现在汽车工业是国民经济发展的支柱产业之一，汽车正从一种单纯的交通工具朝着满足人们需求和安全、节能、环保等方向发展。
汽车雨刷系统是汽车的重要安全设备之一。在传统机械雨刷系统中,驾驶者需要手动控制雨刷器速度转换开关,通过改变雨刷速度, 快速清除附着在挡风玻璃上的雨水;然而,手动切换雨刷器开关,必然影响驾驶员注意力,造成不必要的危险,据统计，雨天行车有 7 % 的事故是由于驾驶员手动操作雨刷系统引起的。采用智能雨刷控制系统使驾驶员免除手动操作雨刷的麻烦，有效地提高了驾驶员雨天行车的安全[1]。国内外汽车厂商研制以雨水传感器为基础的汽车智能雨刷控制系统，来代替传统的雨刷器[2]。
1. 2 国内外现状
雨量传感器通过自动检测降雨的强度，利用先进的传感技术、模拟信号处理
技术、模式识别、预测控制算法，实时检测、分析、判断、控制刮水系统在合适的模式下工作,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。国内外许多汽车厂商研制以雨量传感器为基础的汽车雨刮器控制系统，来代替传统的人工控制的雨刮器。
雨量传感器还可以集成其他各种传感功能，如自动灯光传感器、阳光传感器、
湿度传感器、雾传感器等。雨量传感器要求对挡风玻璃刮水系统、前照灯控制系统、传感视觉系统以及软件算法等有较高的技术积累和测试经验, 市场对传感器的依赖程度不断增加, 使得对传感器的可靠性、安全性要求逐步提高。同时市场对传感器的外观、安装方式、工作方式提出了新的要求, 在提高性能的前提下, 尽可能对整车外观、驾驶视觉效果没有任何影响。
1.2.1 国外研究现状
在国外主要是由博世、电装、科世达、天合、法雷奥等一些大型供应商在生产车用雨量传感器。
博世公司第三代雨量传感器继承了以往的所有功能，提高了安全性和舒适性，其固定在挡风玻璃内侧，依据检测到的雨量大小，自动控制刮水器工作在最合理、最有效的刮水档位，能在120毫秒内响应突然溅起的泥水，能识别出挡风玻璃上的灰尘，避免受灰尘的影响集成了光线传感器，支持串行网络接口，外观如图1.1所示。
电装公司用于自动刮水系统的雨量传感器如图1.2所示，安装在前挡风玻璃上，采用红外方式检测雨量，接收来自雨量传感器的信号， 驱动刮水电动机以合,适的速度刮水，依据传感器感知雨量的大小，可以工作在停止、间歇、低速、高速，传感器刮水系统可以根据实际情况提高传感器探测的灵敏度，在保证可见度的前提下尽可能地提高安全性和舒适度，传感器具有较大的探测区域。
科世达新一代雨量传感器同时集成了光传感器，如图1.3所示，采用了最新设计的光学部件，优化的电子设计大大提高了传感器的功能和性能，可以通过车身控制器自动控制前刮水器，并根据环境光照情况开/关前照灯，还可以根据客户的实际需要，集成阳光传感器、结露检测传感器，基于成像技术的传感器可以集成更多的与舒适、安全性相关的功能。
天合雨量传感器如图1.4所示，安装在挡风玻璃后面，依靠红外检测和专利伺服控制技术，雨量传感器依靠伺服技术不断适应环境条件的变化，需要与刮水控制模块通信来启动刮水电动机，并依据检测到的雨量大小控制刮水器自动工作，其还可以自动匹配、适应不同的挡风玻璃。
法雷奥雨量传感器如图1.5所示，它同时集成了光传感器，可以自动激活整车刮水、灯光系统，光传感器依据准确检测环境光线的强弱, 可以将光线变化区分成不同的模式: 白天、夜晚、隧道、预变化、下雨、车库或者树荫等，光传感器可以检测并预测光线，切换并及时打开/关掉前照灯，而雨量传感器则根根据雨量大小调整自动刮水器的刮水速度。
海拉雨量传感器电子模块与内视镜供应商合作, 除了雨量/灯光功能外加入了其他功能, 如阳光传感器、湿度传感器或成像系统, 可以在功能、外形尺寸、成本、品质等诸多方面满足客户不断增长的需求，雨量传感器采用红外IR发射、接收器来确定前挡风玻璃上的湿度，可以在间歇周期可调的单次刮水和合适速度的连续刮水之间切换，其产品外观如图1.6所示。
图 1.1 博世雨量传感器
图 1.2 电装雨量传感器
图 1.3 科世达雨量传感器
图 1.4 天合雨量传感器
32个双向I/O口 256x8bit内部RAM
3.1.4电机调速电路设计分析
电机调速电路是该系统中的最主要部分，其中有两种方案：
方案一：采用LM298电机专用驱动芯片，可调电压范围宽，控制过程简单，但只能进行正传或反转控制，而无法实现正反转的控制过程。
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